Produção de celulases por Talaromyces almestokiae CMIAT 055 com uso de materiais lignocelulósicos como indutores

Cellulases are a complex of enzymes for a complete solubilization of cellulose into sugars, thus playing a primordial role into natural carbon cycle through the hydrolysis of lignocellulosic structures. In addition to its applications in the pharmaceutical industry, cellulases are also used in the textile industry, animal and human diet; in the pulp industry; as well as in the production of ethanol. However, the cost of the enzyme preparation is a major impediment in its commercialization and use in different industrial processes. To mitigate the cost that cellulases add to the bioconversion process, strategies have focused on studies that compose all stages of production of the enzymatic complex, such as selection of hyperproducers microorganisms and replacement of components of culture medium by high added-value lignocellulosic materials. The objective of this thesis was to evaluate the production of cellulases through a microorganism isolated from the Amazonian biome, using pseudostem of the banana tree as inducer of the enzyme in submerged fermentation. Among the strategies carried out to reach the main objective are: selection and use of lignocellulosic materials (cashew bagasse, corn flour, corn ear and banana tree pseustem); study of the initial pH and temperature conditions of the submerged fermentation; optimization of the culture medium components through statistical experimental design; study of pH control in bioreactors; study of the agitation system by comparing impellers with different flow profiles in the liquid medium; and study the stability of the enzyme. The strain CMIAT 055 was statistically out of the others, with FPase activity 17.5% lower than the activity expressed by Trichoderma reesei RUT C30, used as positive control. Molecular techniques identified this sample such as Talaromyces almestokiae and was then submitted to continuous fermentations to obtain the following parameters: initial pH 5.0; culture temperature at 30 ° C; inoculum grown on wheat bran; and cellulase production medium with banana tree pseudostem as an inducer. After checking that large concentrations of plant biomass induced the synthesis of the enzymes, the culture medium was submitted to two experimental designs (Plackett-Burman and DCCR), in which only three components of the culture medium were significant and optimized for the large synthesis of FPase and CMCase. In the bioreactor tests, these parameters were beneficial for higher enzyme activities: maintaining the pH at 5.0; use of the Pitched blade impeller and rotating speed at 300 rpm. Comparing the first test with the use of pseudostem of the banana tree in Erlenmeyer flask, to the last fermentation process in bioreactors, it was observed that the activity of total cellulases increased from 424.7 FPU/L to 2172.8 FPU/L. This fact shows that the strategies adopted in this study are a relevant way to reduce the production cost of the enzyme through the use of lignocellulosic materials.As celulases são um complexo de enzimas necessárias para a completa solubilização de celulose em açúcares, desempenhando assim um papel primordial no ciclo natural do carbono através da hidrólise das estruturas lignocelulósicas. Além de suas aplicações na indústria farmacêutica, as celulases também são utilizadas na indústria têxtil, na alimentação animal e humana; na indústria de celulose; assim como na produção de etanol. No entanto, o custo da preparação enzimática é um grande impedimento na sua comercialização e uso em diferentes processos industriais. Para amenizar o custo que as celulases agregam ao processo de bioconversão, as estratégias tem se concentrado em estudos que compõem todas as etapas de produção do complexo enzimático, como seleção de microrganismos hiperprodutores e substituição de componentes do meio de cultura por materiais lignocelulósicos de alto valor agregado. Logo, este estudo de tese teve como objetivo avaliar a produção de celulases, através de microrganismo isolado do bioma amazônico, utilizando diferentes materiais lignocelulósicos como indutores da síntese da enzima em fermentação submersa. Dentre as estratégias realizadas para alcançar o objetivo principal: seleção e uso de materiais lignocelulósicos (bagaço de caju, farelo de milho, sabugo de milho e pseudocaule da bananeira); estudo das condições de pH inicial e temperatura da fermentação submersa; seleção dos componentes do meio de cultura e otimização através de delineamento experimental estatístico; estudo do controle do pH em biorreatores; estudo do sistema de agitação através da comparação de impelidores com diferentes perfis de fluxo no meio líquido; e estudo da estabilidade da enzima. A linhagem CMIAT 055 destacou-se estatisticamente das demais, com atividade de FPase 17,5 % menor do que a atividade expressa por Trichoderma reesei sp. RUT C30, utilizada como controle positivo. Esta amostra foi identificada, através de técnicas moleculares, como Talaromyces almestokiae e logo foi submetida a seguidas fermentações para obtenção dos seguintes parâmetros: pH inicial 5,0; temperatura de cultivo a 30°C; inóculo cultivado em farelo de trigo; e meio de produção de celulases com pseudocaule da bananeira como indutor. Após verificar que maiores concentrações da biomassa induziram a síntese das enzimas, o meio de cultura foi submetido a dois planejamentos experimentais (Plackett-Burman e DCCR), no qual apenas três componentes do meio de cultura foram significativos e otimizados para maior síntese de FPase e CMCase. Nos testes em biorreatores, tais parâmetros foram benéficos para maiores atividades da enzima: manutenção do pH em 5,0; uso do impelidor Pitched blade e velocidade de rotação a 300 rpm. Realizando um comparativo entre o primeiro teste com uso de pseudocaule da bananeira em frasco Erlenmeyer, ao ultimo processo fermentativo em biorreatores, foi observado que a atividade de celulases totais aumentou de 424,7 FPU/L para 2172,8 FPU/L. Tal fato mostrou que as estratégias adotadas neste estudo são um caminho pertinente para diminuir o custo de produção da enzima através do uso de materiais lignocelulósicos