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https://repositorio.ufms.br/handle/123456789/5859
Tipo: | Tese |
Título: | Produção, purificação e caracterização bioquímica de pectinases de Aspergillus japonicus e Thermoascus aurantiacus: aplicação da enzima de A. japonicus na clarificação de sucos de frutas |
Autor(es): | Nelciele Cavalieri de Alencar Guimaraes Oliveira |
Primeiro orientador: | Giovana Cristina Giannesi |
Resumo: | O desenvolvimento de alternativas inovadoras e sustentáveis para agregar valor aos resíduos de biomassa lignocelulósica provenientes de fontes agrícolas e alimentares é necessário no mundo todo. A biomassa lignocelulósica é uma fonte de recursos renováveis por ser uma matéria orgânica constituída de uma complexa matriz de polissacarídeos, incluindo celulose, hemicelulose e pectina. As pectinases são um grupo complexo de enzimas que degradam substâncias pécticas e são muito utilizadas pelas indústrias. Estas são usadas principalmente na indústria alimentícia, como nas indústrias de sucos de frutas, onde seu uso aumenta o rendimento e a qualidade do produto final. Neste contexto, o objetivo geral foi estudar a produção de pectinases pelos fungos Aspergillus japonicus e Thermoascus aurantiacus usando substratos de baixo custo e analisar as suas aplicações na clarificação de sucos de frutas. A melhor produção de pectinase por T. aurantiacus foi em SSC com farinha de mandioca de Rondonópolis/MT com 26,7 U/g de substrato seco (ou 2,67 U/mL). E para A. japonicus foi observado que a maior produção de pectinase foi com casca de maracujá em SSC (30 U/g de substrato seco ou 3 U/mL). Para T. aurantiacus, 96 h de crescimento foi o melhor tempo, enquanto para A. japonicus foi 48 h. Na avaliação dos efeitos do pH e temperatura para atividade das enzimas, T. aurantiacus teve pH 4,0 e 70 °C como parâmetros ótimos, e A. japonicus pH 4,0 e 60 °C. Na avaliação da estabilidade, a pectinase de A. japonicus (extrato bruto) ficou totalmente estável durante 4 h em todos os pHs testados. Sobre termoestabilidade, a pectinase de A. japonicus se manteve estável durante 6 h a 25 °C, e após as 24 h de teste ainda manteve 74% da atividade inicial. A 50 ºC a enzima manteve 71% de atividade durante 6 h. A pectinase (extrato bruto) de A. japonicus foi avaliada na clarificação de 13 polpas e foi superior à pectinase comercial (Pectinex) em todas as frutas avaliadas. A melhor clarificação obtida usando 3 U/mL da pectinase (extrato bruto) de A. japonicus foi em manga (Haden) com 85,56%, enquanto a Pectinex clarificou apenas 50,89%. Com a maçã (Argentina), a pectinase de A. japonicus foi 5 vezes mais eficiente na clarificação do que a Pectinex, com 66,32% e 12,67% de clarificação, respectivamente. A pectinase de T. aurantiacus foi purificada em duas etapas cromatográficas (DEAE-fractogel e sephacryl S-200), com atividade específica de 75,7 U/mg proteína, resultando em um fator de purificação de 10 vezes com 21% de rendimento. E a pectinase de A. japonicus também foi semi-purificada em duas etapas cromatográficas (DEAE-fractogel e fenil-sepharose), resultando em uma purificação de 2,9 vezes com 81% de rendimento e uma atividade específica de 7,9 U/mg de proteína, exibindo um peso molecular de cerca de 40 kDa (nomeada como PGAj). Na espectrometria de massas (LC-MS/MS) de PGAj uma poligalacturonase de 29,99 kDa foi a mais abundante. O pH e a temperatura ótimos para a atividade da PGAj foram pH 4,0 e 55 °C, respectivamente. Além disso, a enzima PGAj reteve acima de 90% da sua atividade inicial por 4 h em pH 4,0, 5,0 e 6,0. A enzima manteve 83% de atividade residual após 20 min a 50 °C. No teste de especificidade, A PGAj teve a pectina cítrica como substrato preferido, seguida de pectina de maçã e ácido poligalacturônico. Para os testes de clarificação de sucos pela PGAj também foram usadas 13 polpas, onde o melhor resultado obtido foi com as polpas de manga (Palmer e Tommy), com 65% e 41%, enquanto a Pectinex clarificou apenas 49% e 21%, respectivamente. Em seguida a goiaba branca, a banana nanica e a maçã gala, tiveram 40%, 11% e 9,4% de clarificação, respectivamente. O melhor resultado obtido na imobilização foi com alginato de sódio 2%, usando 0,1 M de CaCl2. Nos testes de reuso a PGAj imobilizada manteve 100% de atividade após 6 ciclos de reação usando pectina 1% como substrato. Conclui-se que a pectinase (extrato bruto) e a semi-purificada de A. japonicus mostraram potencial para aplicação em indústrias de bebidas, para contribuir com uma produção eficiente e econômica de sucos de frutas mais claros. |
Abstract: | The development of innovative and sustainable alternatives to add value to agricultural and food waste (lignocellulosic biomass) is needed worldwide. Lignocellulosic biomass is a source of renewable resources because it is an organic matter made up of a complex matrix of polysaccharides, including cellulose, hemicellulose and pectin. Pectinases are a complex group of enzymes that degrade pectic substances widely used by industries, mainly in the food industry. In this context, the general objective of this study was the production of pectinases by two fungi (Aspergillus japonicus and Thermoascus aurantiacus) using low-cost substrates (agribusiness residues/products), as well as the purification and biochemical characterization of the enzymes, followed by immobilization and application of pectinase from A. japonicus in the clarification of fruit juices. In this context, the general objective was to study the production of pectinases by the fungi Aspergillus japonicus and Thermoascus aurantiacus using low-cost substrates and to analyze their applications in the clarification of fruit juices. The best pectinase production by T. aurantiacus was in SSC with cassava flour from Rondonópolis/MT with 26.7 U/g of dry substrate (or 2.67 U/mL). And for A. japonicus it was observed that the highest production of pectinase was with passion fruit peel in SSC (30 U/g of dry substrate or 3 U/mL). For T. aurantiacus, 96 hours of growth was the best time, while for A. japonicus it was 48 hours. In evaluating the effects of pH and temperature on enzyme activity, T. aurantiacus had pH 4.0 and 70 °C as optimal parameters, and A. japonicus pH 4.0 and 60 °C. In the stability evaluation, pectinase from A. japonicus (crude extract) was completely stable for 4 hours at all tested pHs. About thermostability, pectinase from A. japonicus remained stable for 6 hours at 25 °C, and after 24 hours of testing it still maintained 74% of the initial activity. At 50 °C the enzyme maintained 71% activity for 6 hours. The pectinase (crude extract) of A. japonicus was evaluated in the clarification of 13 pulps and was superior to the commercial pectinase (Pectinex) in all evaluated fruits. The best clarification obtained using 3 U/mL of crude pectinase from A. japonicus was in mango (Haden) with 85.56%, while Pectinex clarified only 50.89%. With apple (Argentina), pectinase from A. japonicus was 5 times more efficient in clarification than Pectinex, with 66.32% and 12.67% clarification, respectively. T. aurantiacus pectinase was purified in two chromatographic steps (DEAE-fractogel and Sephacryl S-200), with specific activity of 75.7 U/mg protein, resulting in a 10-fold purification with 21% enzyme recovery. And pectinase from A. japonicus was also semi-purified in two chromatographic steps (DEAE-fractogel and fenil-sepharose), resulting in a 2.9-fold purification with 81% enzyme recovery and a specific activity of 7.9 U/mg protein, exhibiting a molecular weight of about 40 kDa (named as PGAj). In mass spectrometry (LC-MS/MS) of PGAj a polygalacturonase of 29.99 kDa was the most abundant. The optimum pH and temperature for PGAj activity were pH 4.0 and 55 °C, respectively. Furthermore, the PGAj enzyme retained over 90% of its initial activity for 4 hours at pH 4.0, 5.0 and 6.0. The enzyme maintained 83% of residual activity after 20 min at 50 °C. In the specificity test, PGAj had citrus pectin as the preferred substrate, followed by apple pectin and polygalacturonic acid. For the juice clarification tests by PGAj, 13 pulps were also used, where the best result was obtained with mango pulps (Palmer and Tommy), with 65% and 41%, while Pectinex clarified only 49% and 21%, respectively. Then the white guava, the banana “nanica” and the gala apple, had 40%, 11% and 9.4% of clarification, respectively. The best result of immobilization obtained was with 2% sodium alginate, using 0.1 M CaCl2. In reuse tests, immobilized PGAj maintained 100% activity after 6 reaction cycles using 1% pectin as substrate. It is concluded that crude and semi-purified pectinase from A. japonicus showed potential for application in beverage industries, to contribute to an efficient and economical production of clearer fruit juices. |
Palavras-chave: | produção pectinases A. japonicus. |
País: | Brasil |
Editor: | Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sul |
Sigla da Instituição: | UFMS |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
URI: | https://repositorio.ufms.br/handle/123456789/5859 |
Data do documento: | 2023 |
Aparece nas coleções: | Programa de Pós-graduação em Bioquímica e Biologia Molecular - SBBq |
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