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Título: Produção de celulases por fermentação submersa utilizando micro-organismos prospectados em coleções de culturas nacionais
Título em inglês: Cellulases production by submerged fermentation using microrganisms prospected in national collections of cultures
Autor(es): Faheina Junior, Genilton da Silva
Orientador(es): Pinto, Gustavo Adolfo Saavedra
Coorientador(es): Sousa, Kally Alves de
Palavras-chave: Engenharia química
Enzimas de fungos
Biocombustível
Fungos - Seleção
Data do documento: 13-Fev-2012
Citação: FAHEINA JUNIOR, G. da S. (2012)
Resumo: As pesquisas acerca de fontes alternativas de combustíveis tem se concentrado principalmente na biomassa composta de celulose, hemicelulose e lignina. Os carboidratos estruturais contidos na matriz celulósica representam o substrato que pode ser utilizado para produção de biocombustíveis por processos fermentativos. A opção pela hidrólise enzimática de biomassa vegetal, utilizando celulases, pode gerar uma opção de menor impacto ambiental frente a outros processos de hidrólise. Estudos sobre novas fontes microbianas e, análises mais acuradas das etapas que compõem a produção de celulases são essenciais como estratégias para diminuir os custos gerados pelo uso de celulases nos processos de obtenção de açúcares fermentescíveis. Portanto, este trabalho tem como objetivo a seleção de fungos filamentosos, produtores de enzimas do complexo celulolítico, assim como a investigação dos parâmetros que envolvem a produção de celulases através do processo de fermentação submersa. Em uma etapa inicial foram selecionados os micro-organismos por metodologia em placas, onde se averiguou o potencial celulolítico através do índice enzimático em meio específico. Foram selecionadas as linhagens que atingiram um diâmetro de crescimento de colônia de 150 mm, em placas de Petri, em menor tempo de incubação (48 horas). Da etapa de seleção inicial, foram escolhidos os micro-organismos com maior potencial enzimático que foram então submetidos aos testes em fermentação submersa. O primeiro teste consistiu em selecionar os micro-organismos como melhores produtores de celulases totais (FPase) em erlenmeyer não aletados contendo 100 mL de meio de cultura específico. O teste subsequente analisou as três melhores linhagens da etapa anterior, que foram então submetidos à fermentação submersa em frascos contendo aletas. A etapa seguinte teve o intuito de investigar a produção enzimática em fermentação com quatro tipos de açúcares solúveis: glicose, lactose, sacarose e xilose. A linhagem fúngica selecionada nas etapas anteriores foi utilizada nos testes em biorreator, onde foram analisados três diferentes estratégias de inoculação. Dentre os fungos analisados na etapa inicial, destacaram-se as linhagens Fusarium sp. SAP 09, Lasiodiplodia theobromae CNPAT 040, Trichoderma sp. LCB 79, Trichoderma, sp. INPA 666, Trichoderma sp. INPA 1014 e Trichoderma sp. INPA 1218. Na etapa de seleção por fermentação submersa em frascos não aletados, a melhor atividade de FPase foi apresentada pela linhagem Trichoderma sp. INPA 666 (48,0 FPU/L) e CMCase pelo fungo Lasiodiplodia theobromae CNPAT 040 (350,0 U/L). Na comparação com erlenmeyers aletados, houve uma maior produção tanto de FPase quanto de CMCase em frascos sem a presença de aletas, apontando que as forças de cisalhamento aplicadas nas culturas fúngicas possivelmente foram deletérias para a produção enzimática. O uso de sacarose mostrou-se ser a melhor opção dentre os açúcares solúveis testados, apresentando os maiores valores de atividade de FPase (49,9 FPU/L) e CMCase (119,7 U/L). A melhor estratégia de inoculação para o biorreator foi uma suspensão de esporos obtidos a partir de uma fermentação semi-sólida de farelo de trigo, no tempo de 72 horas de fermentação.
Abstract: The research about alternative sources of fuels has been mainly focused on biomass composed of cellulose, hemicellulose and lignin. The structural carbohydrates contained in the cellulosic matrix represent the substrate that can be used for biofuel production by fermentative processes. The choice of the biomass enzymatic hydrolysis of plants using cellulases, can generate an option less environmental impact compared to other processes of hydrolysis. Studies about microbial new sources, and more accurate analysis of the steps that make up the production of cellulases are essential as a strategy to reduce the costs generated by the use of cellulases in the process of obtaining fermentable sugars. This study aims at the selection of filamentous fungi producers of cellulolytic enzymes, as well as investigating the parameters of cellulase production by submerged fermentation process. In the initial stage were selected micro-organisms by methodology in plates. Was investigated the potential cellulolytic enzyme through the index in a specific medium and were selected strains that reached a diameter of colony growth of 150 mm in Petri dishes in a shorter time of incubation (48 hours). Were selected micro-organisms with the greatest potential enzymatic tests that were then tested in submerged fermentation. The first test consisted in selecting the best microorganisms as producers of FPase in non-baffled flask containing 100 mL of culture medium specific. In the subsequent test were examined the three best strains from the previous step, which were then subjected to submerged fermentation in baffled flasks. The next step was designed to investigate the enzyme production in fermentation with four types of soluble sugars: glucose, lactose, sucrose and xylose. The fungal strain was selected in the previous steps used in the tests in a bioreactor, which analyzed three different strategies of inoculation. The strains Fusarium sp. SAP 09, Lasiodiplodia theobromae CNPAT 040, Trichoderma sp. LCB 79, Trichoderma sp. INPA 666, Trichoderma sp. INPA 1014 and Trichoderma sp. INPA 1218 were selected from the first stage. In the selection stage by submerged fermentation in non-baffled flasks, the best FPase activity was achieved by the strain Trichoderma sp. INPA 666 (48.0 FPU /L) and CMCase by the fungus Lasiodiplodia theobromae CNPAT 040 (350.0 U /L). In comparison with baffled flasks, there was a greater production both FPase and CMCase in Erlenmeyer without baffles, indicating that the shear forces applied to the fungal cultures were potentially harmful for enzyme production. The use of sucrose proved to be the best option among soluble sugars tested, with higher rates of FPase activity (49.9 FPU / L) and CMCase (119.7 U / L). The best strategy for the inoculation was a spore suspension obtained from a solid state fermentation of wheat bran, in the time of 72 hours of fermentation.
Descrição: FAHEINA JUNIOR, G. da S. Produção de celulases por fermentação submersa utilizando micro-organismos prospectados em coleções de culturas nacionais. 2012. 75 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2012.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/3784
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