Levansucrase of Bacillus subtilis natto : synthesis of fructooligosaccharides for use in edible films

Levanasacarase é uma frutosiltransferase responsável pela sintese de levana e fruto-oligossacarídeos (FOSs) em sacarose como substrato. O Bacillus subtilis natto é um microrganismos que se destaca como produtor destas moléculas. Neste estudo os objetivos foram otimizar a produção da levanasacarase de Bacillus subtilis natto variando a concentração de sacarose e pH, caracterizar parcialmente a enzima quanto à estabilidade térmica e massa molecular e aplicar na síntese de fruto-oligossacarídeos, variando os volumes de reação, 2,5 mL em tudo de ensaio (variando sacarose, temperatura e tempo por delineamento Box Behnken), a melhor condição obtida foi testada em volumes de 250 mL (frascos de Erlenmeyer) e 2,5 L (biorreator). Também foi objetivo deste estudo utilizar os FOSs (0, 1, 5 e 10 g/ 100 g sólidos) produzidos por fermentação com B. Subtillis, em filmes de amido de mandioca, pela técnica de casting. Os filmes foram caracterizados quanto à microestrutura, propriedades de barreira e mecânica. A melhor produção de levanasacarase foi de 23,9 U/mL em sacarose a 420,7 gL-1 e pH 7,0. A enzima foi estável até 90 °C por 2 h, demonstrando ser termoestável e apresentou massa molecular de 56 kDa. A maior síntese dos FOSs pela levanasacarase foi de 69,8 gL-1 em 2,5 mL (350 gL-1, 40 °C por 36 h). Em 250 mL e 2,5 L as produções foram 63,7 e 38,7 gL-1 respectivamente, o aumento de volume reduziu em 40 % a produção dos FOSs. Os filmes produzidos com FOSs de B. subtilis apresentaram boa aparência, sem poros ou bolhas, e os resultados de espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e calorimetria diferencial de varredura (DSC) indicaram fortes indícios de interação entre o amido e esses oligômeros. A adição dos FOSs levou ao aumento da solubilidade e da elongação e ao decréscimo da permeabilidade ao vapor de água dos filmes. Os resultados mostraram que a levanasacarase de B. subtilis teve potencial de produzir altas concentrações dos FOSs em meio de sacarose e esses mostraram ser compatíveis com a matriz polimérica do amido. Sendo assim, os fruto-oligossacarídeos de B. subtilis natto podem ser indicados como um promissor ingrediente funcional.Levansucrase is a fructosyltransferase that synthesizes levan and fructo-oligosaccharides (FOSs) in sucrose. Bacillus subtilis natto is a microorganism that stands out as a producer of these molecules. The aims of this study were to optimize the production of levansucrase of B. subtilis natto varying the sucrose concentration and pH, characterize the enzyme as to thermal stability and molecular weight and verify the FOSs synthesis in 2,5 mL (ranging sucrose, temperature and time by Box Behnken design), the best condition obtained was tested in 250 mL (Erlenmeyer frasks) and 2,5 L (bioreactor). Also in this work were produced FOSs by microorganism and were employed as a functional ingredient in cassava starch edible films, which were characterized according to their microstructure, mechanical and barrier properties. The best production of levansucrase was 23,9 U/mL in sucrose 420,7 gL-1 and pH 7,0. The enzyme was stable until to 90 °C for 2 h, proving to be thermostable and the molecular weight was of 56 kDa. The greater synthesis of FOSs by levansucrase was 69,8 gL-1 in 2,5 mL (350 gL-1, 40 °C for 36 h). In 250 mL and 2,5 L the FOSs productions were 63,7 and 38.7 gL-1 respectivaly, the increase in volume reduced in 40 % the production. Films produced with FOSs B. subtilis had good appearance without cracks or bubbles, and the results of infrared spectroscopy with Fourier transform (FTIR) and differential scanning calorimetry (DSC) indicated strong evidence of interaction between starch and these oligomers. The addition of FOSs led to increased solubility and elongation and decreased the permeability of the films water vapor. The results showed that the levansucrase of B. subtilis has potential to produce high concentrations of FOSs in sucrose medium and these were compatible with the polymeric starch matrix. Thus, fructooligosaccharides B. subtilis natto can be indicated as a promising functional ingredient