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Title: Produção de enzimas celulolíticas e xilanolítica a partir do bagaço do sorgo sacarino por fermentação semissólida e submersa.
Other Titles: Production of cellulolytic and xylanolitic enzymes from bagasse of sweet sorghum by semisolid and submerged fermentation.
???metadata.dc.creator???: SILVA, Rebeca de Almeida.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: OLIVEIRA, Líbia de Sousa Conrado de.
???metadata.dc.contributor.referee1???: OLIVEIRA, Laércio Gomes de.
???metadata.dc.contributor.referee2???: SANTIAGO, Ângela Maria.
???metadata.dc.contributor.referee3???: MÉLO, Beatriz Cavalcante Amorim de.
???metadata.dc.contributor.referee4???: LEÃO, Douglas Alexandre Saraiva.
???metadata.dc.contributor.referee5???: MOTA, Mércia Melo de Almeida.
Keywords: Processos Biotecnológicos;Materiais Lignocelulósicos;Celulases;Hemicelulases;Trichoderma reesei;Biotechnological Processes;Lignocellulosic Materials;Cellulases
Issue Date: 28-Feb-2019
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: SILVA, R. de A. Produção de enzimas celulolíticas e xilanolítica a partir do bagaço do sorgo sacarino por fermentação semissólida e submersa. 2020. 108 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Processos) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Processos, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2019.
???metadata.dc.description.resumo???: Os materiais lignocelulósicos são uma fonte rica em celulose, hemicelulose e lignina, e representam uma matéria prima promissora e de baixo custo para a produção de enzimas. A demanda por tais catalisadores tem crescido, encorajada principalmente pela indústria de biocombustíveis, em especial para a produção de etanol de 2ª geração. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi estudar a produção de enzimas celulolíticas (CMCase e FPase) e xilanolítica (Xilanase) a partir da fermentação semissólida (FSS) e submersa (FSm) utilizando como substrato o bagaço do sorgo sacarino variedade IPA P15 e fonte indutora o farelo de trigo, e microrganismo metabolizador o Trichoderma reesei LCB 48. Foram realizadas caracterizações dos substratos, bagaço do sorgo sacarino (BSS) e farelo de trigo (FT), e foram construídas isotermas de dessorção desses substratos. Para o estudo da produção das enzimas CMCase, FPase e Xilanase por processos fermentativos foi realizado um planejamento experimental 22 com 3 pontos centrais, analisando a influência das variáveis umidade inicial e o teor de farelo de trigo na FSS e na FSm a influência do teor de farelo de trigo e relação massa/volume (m/v) da concentração do substrato e para cada condição experimental foi realizado acompanhamento cinético da fermentação por 240 horas. Para a condição ótima do planejamento experimental na FSS foi realizado um aumento de escala para analisar a influência desse aumento nas atividades enzimáticas estudadas. A caracterização do BSS demonstrou ser este um substrato com potencial para ser utilizado na fermentação para produção de celulases e xilanase, por apresentar 40,5 % e 30,5 % de celulose e hemicelulose respectivamente. As isotermas de dessorção dos substratos apresentaram correlação entre a atividade de água e umidade de equilíbrio para os substratos. O modelo de GAB forneceu um bom ajuste para os dados experimentais dos substratos, e os valores da umidade da monocamada para cada substrato. O tratamento estatístico dos planejamentos a um nível de significância de 95 %, mostrou que as variáveis umidade inicial e teor de farelo de trigo influenciaram as atividades enzimáticas da CMCase, FPase e Xilanase na FSS, e as variáveis teor de farelo de trigo e relação massa/volume (m/v) da concentração do substrato influenciaram as atividades enzimáticas na FSm. Os resultados obtidos no estudo da produção dessas enzimas por FSS apontaram o ensaio realizado com 60 % de umidade e 50 % de FT na composição do substrato, o que apresentou as maiores atividades enzimáticas para todas as enzimas estudadas. A atividade de Xilanase teve um pico de 548,7 U.g-1 em 48 horas, de CMCase um pico de atividade de 19,6 U.g-1em 72 horas, e de FPase um pico de atividade de 2,1 U.g-1em 96 horas do processo. Já os resultados obtidos na FSm apontaram o ensaio realizado com 5 % da concentração do substrato e 50 % de FT, o que apresentou as maiores atividades enzimáticas para todas as enzimas estudadas. A atividade de Xilanase teve um pico de 76,7 U.mL-1 em 192 horas e de CMCase um pico de atividade de 1,5 U.mL-1em 216 horas. Os picos de atividades ocorreram em tempos diferentes que facilita a obtenção das diferentes enzimas em um único processo. As maiores atividades enzimáticas encontradas foi para o aumento de escala realizado com 30 g de substrato e capacidade de 500 mL do biorreator na FSS, onde obteve-se picos de 24,7 U.g-1 (3,3 U.mL-1) de CMCase, 2,8 U.g-1 (0,4 U.mL-1) de FPase e 708,9 U.g-1 (94,5 U.mL-1) de Xilanase.
Abstract: Lignocellulosic materials are a rich source of cellulose, hemicellulose and lignin, and represent a promising and low-cost raw material for the production of enzymes. The demand for such catalysts has grown, encouraged mainly by the biofuel industry, especially for the production of 2nd generation ethanol. In this context, the objective of this work was to study the production of cellulolytic enzymes (CMCase and FPase) and xylanolitic (Xylanase) from semisolid (FSS) and submerged (FSm) fermentation using the sweet sorghum bagasse variety IPA P15 as a substrate and inducing source the wheat bran and metabolizing microorganism Trichoderma reesei LCB 48. Characterizations of the substrates, bagasse of sweet sorghum (BSS) and wheat bran (FT) were carried out, and desorption isotherms were constructed for these substrates. For the study of the production of CMCase, FPase and Xylanase enzymes by fermentative processes, an experimental planning 22 with 3 central points was carried out, analyzing the influence of the variables initial moisture and the wheat bran content in the FSS and FSm the influence of the content of wheat bran and mass/volume ratio (m/v) of the substrate concentration and for each experimental condition, kinetic monitoring of the fermentation was carried out for 240 hours. For the optimal condition of the experimental planning in the FSS, an increase in scale was carried out to analyze the influence of this increase in the studied enzymatic activities. The characterization of BSS demonstrated that this is a substrate with the potential to be used in fermentation for the production of cellulases and xylanase, as it presents 40,5 % and 30,5 % cellulose and hemicellulose, respectively. The substrate desorption isotherms showed a correlation between water activity and equilibrium humidity for the substrates. The GAB model provided a good fit for the experimental data from substrate, and the monolayer moisture values for each substrate. The statistical treatment of the planning at a 95 % significance level, showed that the variables initial moisture and wheat bran content influenced the enzymatic activities of CMCase, FPase and Xylanase in FSS, and the variables wheat bran content and the mass/volume (m/v) ratio of the substrate concentration influenced enzyme activities in FSm. The results obtained in the study of the production of these enzymes by FSS pointed to the assay carried out with 60 % humidity and 50 % FT in the composition of the substrate, which showed the highest enzymatic activities for all the studied enzymes. Xylanase activity peaked at 548,7 U.g-1 in 48 hours, CMCase peaked at 19,6 U.g-1 in 72 hours, and FPase peaked at 2,1 U.g-1 in 96 hours of the process. The results obtained in FSm, on the other hand, showed the assay carried out with 5 % of the substrate concentration and 50 % of FT, which showed the highest enzymatic activities for all the studied enzymes. Xylanase activity peaked at 76,7 U.mL-1 in 192 hours and CMCase peaked at 1,5 U.mL-1 in 216 hours. The activity peaks occurred at different times, which makes it easier to obtain the different enzymes in a single process. The greatest enzymatic activities found were for the scale increase performed with 30 g of substrate and 500 mL capacity of the bioreactor in the FSS, where peaks of 24,7 U.g-1 (3,3 U.mL-1) were obtained of CMCase, 2,8 U.g-1 (0,4 U.mL-1) of FPase and 708,9 Ug-1 (94,5 U.mL-1) of Xylanase.
Keywords: Processos Biotecnológicos
Materiais Lignocelulósicos
Celulases
Hemicelulases
Trichoderma reesei
Biotechnological Processes
Lignocellulosic Materials
Cellulases
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharias
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/13912
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