Production, characterization and purification of fungal beta-glucosidases and their action in the hydrolys of amygdalin, cellobiose and p-nitrophenyl-beta-glucopiranoside

Resumo: As ß-glicosidases (ß-D-glucosídeo glucohidrolase, EC 3.2.1.21) catalisam a hidrólise de dissacarídeos e glicosídeos conjugados a partir da extremidade não redutora. A enzima ß-glicosidase apresenta inúmeras aplicações na indústria de alimentos e farmacêutica, atuando na hidrólise da celobiose em glicose, no processo de conversão da celulose em glicose em combinação com outras enzimas celulolíticas; na liberação de compostos de aroma em sucos de frutas e vinho; na hidrólise de compostos cianogênicos, presentes em plantas e resíduos agroindustriais e na transformação de isoflavonas glicosiladas de soja em isoflavonas agliconas, que podem ser utilizadas para reposição hormonal. Entre as linhagens de Aspergillus sp., Aspergillus oryzae, Mucor miehei, Penicillium sp. E Trichoderma viride a primeira apresentou a maior produção de ß-glicosidase. Na fermentação da linhagem Aspergillus sp. em meio semi sólido composto de farelo de trigo (Natur¿s): casca de maracujá: água destilada, na proporção 1:1:0,4; foram obtidos, respectivamente, 25,75 U/g, 45,88 U/g e 9,29 U/g de ß-glicosidase utilizando-se os substratos p-NPG, celobiose e amigdalina, após 30 minutos a 50°C. A ß-glicosidase bruta de Aspergillus oryzae apresentou atividade ótima na faixa de pH 5,0 - 5,5 e uma fração com atividade em pH 7,0. A enzima apresentou temperatura ótima de atividade na faixa de 45 - 50°C e mostrou-se estável a 45°C após 30 minutos de incubação em pH 5,0 e na faixa de pH 5,0 - 7,0 após 2 h a 47°C. A ß-glicosidase bruta de Penicillium sp. apresentou atividade ótima em pH 4,0 a 50°C e a 60ºC, evidenciando a presença de iso enzimas. Mostrou-se estável a 55°C após 30 minutos de incubação em pH 5,0 e apr esentou maior estabilidade na faixa de pH 3,0 - 7,0 após 2 h a 60°C. A ß-glicosidase bruta de Trichoderma viride mostrou atividade ótima em pH 5,0 - 5,5 e 45ºC e mostrou-se estável a 45°C após 30 minutos de incubação em pH 5,0 e na faixa de pH 5,0 - 7,0 após 2 h a 45°C . A ß-glicosidase bruta de Aspergillus sp. apresentou atividade ótima em pH 4,5 e 60°C, estabilidade a 60°C após 30 minutos de incubação em pH 4,5 e na faixa de pH 3,0 - 8,5 após 2 h de incubação a 60°C. A ß-glicosidase de Aspergillus sp. apresentou valores de Km de 3,41 mM e Vmax de 72,46 µmol p nitrofenol/mL.min para o substrato p-NPG. Após fracionamento com sulfato de amônio 80% e cromatografia em coluna DEAE-celulose, a ß-glicosidase de Aspergillus sp. foi parcialmente purificada cerca de 38 vezes com recuperação de 2,5%. Utilizando-se planejamento experimental a ß-glicosidase parcialmente purificada apresentou atividade ótima em pH 4,5 e 60°C e estabilidade na faixa de pH de 3,6 - 5,0 e temperatura de 30 - 50°C após 2 h de incubação. A ß-glicosidase parcialmente purificada de Aspergillus sp. apresentou atividade de hidrólise da celobiose, p-NPG e amigdalinaAbstract: The ß-glucosidases (ß-D-glucoside glucohydrolase, EC 3.2.1.21) catalyze the hydrolysis of disaccharides and conjugate glycosides from the non-reducing end. The ß-glucosidases have several applications in the food and pharmaceutical industries such as the hydrolysis of cellobiose into glucose, the conversion of cellulose into glucose together with other cellulolytic enzymes; the release of flavour compounds into fruit juices and wine; the hydrolysis of cyanogenic compounds present in plants and agro-industrial residues and the conversion of isoflavone glycosides into the soy isoflavone aglycone, which can be used for hormone replacement. Of the strains Aspergillus sp., Aspergillus oryzae, Mucor miehei, Penicillium sp. and Trichoderma viride, the first showed the greater production of ß-glucosidase. In the fermentation by the Aspergillus sp. strain in a semi-solid medium containing wheat bran: passion fruit peel: distilled water, in a ratio of 1:1:0.4; 25.75 U/g, 45.88 U/g and 9.29 U/g of ß-glucosidase were obtained, respectively, using p-NPG, amygdalin and cellobiose as the substrate, after 30 minutes at 50°C. The crude ß-glucosidase obtained from Aspergillus oryzae showed a fraction with optimal activity at pH 5.0 ¿ 5.5, and another fraction with activity at pH 7.0. The enzymes showed optimum activity in the temperature range from 45 to 50°C and were stable after 30 minutes of incubation at 45°C and pH 5.0, and also after 2 hours at 47°C in the pH range from 5.0 to 7.0. The crude ß-glucosidase from Penicillium sp. showed optimal activity at pH 4.0 and isoenzymes with optimal activity at 50°C and 60ºC. The enzymes showed stability after 30 minutes of incubation at 55°C and pH 5.0, and were stable in the pH range from pH 3.0 to 7.0 after 2 hours at 60°C. The crude ß-glucosidase from Trichoderma viride showed optimal activity in the pH range from 5.0 to 5.5 at 45°C; stability after 30 minutes of incubation at 45°C and pH 5.0 and stabil ity in the pH range from 5.0 to 7.0 after 2 hours at 45°C. The crude ß-glucosidase from Aspergillus sp. Showed optimal activity at pH 4.5 and 60°C; stability afte r 30 minutes of incubation at 60°C and pH 4.5, and stability in the pH range from 3.0 to 8.5 after 2 hours of incubation at 60°C. The ß-glucosidase from Aspergillus sp. showed a Km value of 3.41 mM and Vmax of 72.46 mmol p-nitrophenyl/mL.min with p-NPG as the substrate. After fractionation with 80% ammonium sulphate and chromatography on a DEAEcellulose column, the ß-glucosidase from Aspergillus sp. was purified 38 fold with a recovery of 2.5%. Using an experimental design the partially purified ß-glucosidase showed optimal activity at pH 4.5 and 60°C, and sta bility in the pH range from 3.6 to 5.0 and temperature range from 30°- 50°C, after 2 hours of incubation. The partially purified ß-glucosidase from Aspergillus sp. showed hydrolytic activity with respect to cellobiose, p-NPG and amygdali