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???metadata.dc.type???: Dissertação
Title: Produção e purificação de enzimas amilolíticas para hidrólise enzimática de biomassa de Spirulina
Other Titles: Production and purification of amylolytic enzymes for the enzymatic hydrolysis of Spirulina biomass
???metadata.dc.creator???: Rodrigues, Ellen Francine 
???metadata.dc.contributor.advisor1???: Colla, Luciana Maria
???metadata.dc.contributor.advisor-co1???: Bertolin, Telma Elita
???metadata.dc.description.resumo???: A produção e utilização de enzimas de origem microbiana constituem um dos principais setores da indústria biotecnológica, apresentando aplicações em diversos setores industriais, sendo os processos de hidrólise enzimática de biomassas para a obtenção de bioetanol um dos mais recentes e demandados. A produção de bioetanol de terceira geração, obtido a partir de biomassa de microalgas, tem sido uma alternativa proposta, porém, os custos de produção de bioetanol destas fontes ainda inviabilizam a sua aplicação em maior escala. Um dos gargalos de produção de bioetanol de terceira geração é a necessidade de obtenção de enzimas para a aplicação em biomassas microalgais. Objetivou-se a produção e purificação de enzimas amilolíticas e sua aplicação na hidrólise dos polissacarídeos intracelulares da microalga Spirulina. A produção de enzimas foi realizada utilizando bioprocessos submersos e em estado sólido tendo como componente principal dos meios de cultivo o farelo de trigo. Os extratos enzimáticos obtidos nos bioprocessos foram purificados através da precipitação com sulfato de amônio e/ou microfiltração e submetidos à avaliação de estabilidade térmica. As enzimas purificadas foram imobilizadas através do processo de encapsulação em suporte de poliuretano. A microalga Spirulina platensis LEB 52 foi cultivada em condições previamente estudadas para o acúmulo de carboidratos intracelulares e, a biomassa seca foi utilizada para o estudo do processo de hidrólise enzimática. Previamente um estudo de pré-tratamento da biomassa foi realizado utilizando-se Spirulina sp. LEB 18, contendo conteúdos normais de carboidratos e enzimas comerciais, sendo as variáveis do estudo: tratamento térmico, ultrassom e micro-ondas. Após realizou-se o processo de hidrólise da biomassa microalgal cultivada (Spirulina platensis LEB 52): utilizando as enzimas purificadas livres ou imobilizadas produzidas neste estudo. A variável de resposta do processo de hidrólise foi à quantidade de açúcares redutores gerados. Foi possível a obtenção de atividades amilolíticas após os bioprocessos nos dois modos de cultivo, obtendo-se 24,63 U/gfarelofermentado a partir da fermentação em estado sólido e 0,79 U/mL na fermentação submersa. Após a microfiltração, as atividades específicas foram obtidas na fração retido, sendo 103,06±0,71 U/mgproteína na fermentação submersa e 50,77±0,19 U/mgproteína na fermentação em estado sólido. Os extratos enzimáticos microfiltrados foram estáveis a 40 ºC e na faixa de 50 ºC a 60 ºC durante 24 h, respectivamente para a fermentação em estado sólido e submersa. A imobilização em poliuretano das enzimas purificadas apresentou rendimentos de 332 % e 205 %, respectivamente para fermentação submersa e em estado sólido. O pré-tratamento selecionado foi o tratamento térmico a 121 ºC, 101 kPa, por 30 min. No processo de hidrólise enzimática utilizando as enzimas produzidas nos processos fermentativos, as quantidades de açúcares redutores gerados aumentaram ao longo do tempo de processo, tanto usando as enzimas livres microfiltradas quanto as enzimas microfiltradas e imobilizadas. Pode-se concluir que ocorreu a produção de enzimas em ambos os processos fermentativos estudados, sendo estas, aplicáveis em processos biotecnológicos. Os resultados obtidos no processo de hidrólise enzimática mostraram que as enzimas livres ou imobilizadas favoreceram a geração de açúcares fermentescíveis. O emprego de enzimas amilolíticas sobre a hidrólise dos polissacarídeos microalgais é considerado uma alternativa promissora para o desenvolvimento do conceito biorrefinarias utilizando biomassas microalgais.
Abstract: Production and use of microbial enzymes is one of the main sectors of biotechnology industry. It has presented applications in several industrial sectors and the most recent ones are the processes of biomass enzymatic hydrolysis for producing bioethanol. The production of third-generation, microalgae-derived, bioethanol has been an alternative proposal, but the costs of its production have not enabled its application in a larger scale yet. One of the production bottlenecks of third-generation bioethanol is the need for obtaining enzymes to apply in microalgae biomass. We aimed at producing and purifying amilolitic enzymes and their application in intracellular hydrolysis of polysaccharides of Spirulina microalgae. The production of enzymes was performed by using solid submerged bioprocesses, being the wheat bran its main component for cultivation. The enzymatic extracts obtained through bioprocesses were purified with ammonium sulfate precipitation and/or microfiltration and evaluated regarding its thermal stability. The purified enzymes were immobilized through process of encapsulation in polyurethane support. Spirulina platensis LEB 52 microalgae was cultivated in conditions previously studied for accumulation of intracellular carbohydrates and the dry biomass was used to studying the process of enzyme hydrolysis. Before, we studied a pre-treatment for biomass using Spirulina sp. LEB 18, which contained normal contents of carbohydrates and commercial enzymes. The variables of the study were: thermal treatment, ultrasound and microwaves. Later, we performed the process of cultivated microalgae Spirulina platensis LEB 52) biomass hydrolysis: using free or immobilized purified enzymes produced in this study. The response variable of the hydrolysis process was the amount of reducing sugars generated. It was possible to obtain amilolitic activities after bioprocesses in both cultivation ways. We obtained 24.63 U/g fermentedbran from solid state fermentation and 0.79 U/mL in submerged fermentation. After microfiltration, specific activities were obtained in the retained fraction being 103.06±0.71 U/mgprotein during submerged fermentation and 50.77±0.19 U/mg protein in solid state fermentation. The microfiltered enzymatic extracts were stable at 40 °C and in between 50 ºC - 60 ºC during 24 h, respectively for solid state and submerged fermentation. The immobilization of purified enzymes in polyurethane presented outputs of 332 % and 205 % respectively for submerged and solid state fermentation. The selected pre-treatment was the thermal treatment at 121 ºC, 101 kPa, for 30 min. In the process of enzyme hydrolysis, using the enzyme produced in the fermentation processes, the amount of reducing sugars generated has increased during the process, both for microfiltered free and immobilized enzymes. It can be concluded that there was production of enzymes in both fermentation processes studied and that they can be applied to biotechnological processes. The results obtained in the process of enzyme hydrolysis have shown that both free and immobilized enzymes favored generation of fermentable sugars. The use of amilolitic enzymes on microalgae polysaccharides hydrolysis is considered a promising alternative for developing the concept of bio-refineries using microalgae biomasses.
Keywords: Enzimas
Diástase
Energia da biomassa
Biocombustíveis
???metadata.dc.subject.cnpq???: CIENCIA E TECNOLOGIA DE ALIMENTOS::ENGENHARIA DE ALIMENTOS
???metadata.dc.language???: por
???metadata.dc.publisher.country???: Brasil
Publisher: Universidade de Passo Fundo
???metadata.dc.publisher.initials???: UPF
???metadata.dc.publisher.department???: Faculdade de Agronomia e Medicina Veterinária – FAMV
???metadata.dc.publisher.program???: Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Alimentos
Citation: RODRIGUES, Ellen Francine. Produção e purificação de enzimas amilolíticas para hidrólise enzimática de biomassa de Spirulina. 2016. 93 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Tecnologia de Alimentos) - Universidade de Passo Fundo, Passo Fundo, RS, 2016.
???metadata.dc.rights???: Acesso Aberto
URI: http://tede.upf.br/jspui/handle/tede/1350
Issue Date: 4-Mar-2016
Appears in Collections:Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Alimentos

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