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Type: TESE DIGITAL
Title: Production, characterization and application of Penicillium sp. lipasic solid fermented on fatty acids obtainment by cottonseed oil hydolysis assisted by ultrasound = Produção, caracterização e aplicação de sólido fermentado lipásico de Penicillium sp. na obtenção de ácidos graxos pela hidrólise de óleo de algodão assistido por ultrassom
Title Alternative: Produção, caracterização e aplicação de sólido fermentado lipásico de Penicillium sp. na obtenção de ácidos graxos pela hidrólise de óleo de algodão assistido por ultrassom
Author: Teixeira, Camilo Barroso, 1984-
Advisor: Macedo, Gabriela Alves, 1971-
Abstract: Resumo: Esse estudo objetivou o desenvolvimento de um biocatalisador com atividade lipolítica produzida por fermentação em estado sólido (FES) utilizando subprodutos agrícolas como substrato e micro-organismo Penicillium sp. para avaliação da aplicação na hidrólise de óleo de algodão assistido por ultrassom (US). A tese foi dividida em três capítulos, o primeiro é destinado a uma revisão bibliográfica enfatizando a importância do desenvolvimento de uma bioeconomia, na utilização de óleos e gorduras para produtos comerciais, reaproveitamento de biomassa agrícola, novas aplicações da FES, de lipases e a utilização de US na biocatálise. O segundo capítulo relata a produção de lipase por FES utilizando três subprodutos como substratos: farelo de trigo, de soja e de algodão. Planejamento de misturas simplex centroide (PMSC) foi utilizado para avaliar a melhor formulação usando atividade de lipase (U/g) e custo/unidade de atividade (US$/10³U) como respostas. A função desejabilidade otimizou simultaneamente as duas respostas, gerando uma formulação com maior atividade e menor custo para o meio de fermentação usando 100% farelo de algodão, depois utilizado para otimizar os parâmetros físicos na FES: temperatura, relação água/sólido e tamanho de partícula. O delineamento central composto rotacional (DCCR) foi empregado para avaliar os parâmetros atividade de lipase, proteína e atividade específica. As condições ótimas: 30ºC, 70% relação água/sólido e partícula de 2,4 mm de tamanho foram determinados pela função desejabilidade. Essa abordagem permitiu uma redução de 20% de água no meio de fermentação. Para determinar melhor tempo de fermentação os experimentos realizados nas condições ótimas revelaram o melhor tempo em 48 horas e uma redução de 50% do tempo ótimo inicial (96 horas). No terceiro capítulo, o objetivo foi caracterizar a enzima e avaliar a aplicação na hidrólise de óleo de algodão assistido por US e em banho com agitação. A caracterização da lipase compreendeu a determinação das condições ótimas e de estabilidade para temperatura e pH; especificidade (tamanho de cadeia) e estabilidade em solventes orgânicos. As condições ótimas foram: atividade em 40ºC e pH 7 e estabilidade em 30ºC e pH 3. Os resultados indicam maior afinidade por ácidos graxos de cadeia longa (paranitrofenol palmitato p-NPP) e alta estabilidade em solventes apolares (hexano) e baixa em polares (metanol e etanol). Na hidrólise do óleo de algodão, dois experimentos foram conduzidos: em banho com agitação e outro utilizando US através de sonda (19 kHz) em contato direto com meio reacional. Os dois estudos foram desenhados por DCCR e usados como variáveis independentes: concentração de fermentado sólido lipásico (FSL) e relação tampão/óleo para o sistema em banho (40ºC, 120 rpm) e concentração de FSL, relação tampão/óleo e densidade energética (W/mL) para o sistema reacional com US. Os resultados demonstraram que aumento de LSF e relação tampão/óleo resultam em aumento da hidrólise do óleo de algodão. Por outro lado, a potência de US gera diminuição da hidrólise, possivelmente inibindo a reação. As condições ótimas foram as mesmas para os dois sistemas: 20% FSL, relação tampão/óleo de 4. O tempo ótimo de reação foi definido pela função desejabilidade obtendo 30 minutos e 54% de hidrólise para US e 1 hora e 28,5 % para banho com agitação

Abstract: This study aimed to develop a biocatalyst with lipolytic activity through solid-state fermentation (SSF) using agricultural byproducts as substrate and a strain of Penicillium sp. to evaluate the application on cottonseed oil hydrolysis assisted by ultrasound (US). Divided into three chapters, the first intended for a literature review emphasizing the importance of developing a bioeconomy, the use of oils and fats for commercial products, agricultural biomass reuse, SSF new applications, lipase and the US in biocatalysis. The second chapter relates to lipase production by SSF using three by-products as substrates: wheat bran (WB), soybean meal (SM) and cottonseed meal (CSM). Simplex centroid mixture design (SCMD) evaluated the best formulation using lipase activity (U/g) and cost/unit (US$/10³U) as responses. The function desirability simultaneously optimized both responses, generating the best formulation with higher activity and lower cost using 100% CSM as fermentation medium to optimize the physical parameters of the SSF: temperature, the water/solid ratio and size particle. Central composite rotatable design (CCRD) evaluated the parameters lipase activity, protein and specific activity. The optimum conditions determined by desirability function were: 30°C, 70% water/solid and particle size of 2.4 mm. This approach allowed a reduction of 20% water in the fermentation medium. To determine the best fermentation time, experiments carried out in optimum conditions showed the best time in 48 hours, a 50% reduction from the initial optimum time (96 hours). In the third chapter, the goal was to characterize the enzyme and to evaluate the application in cottonseed oil hydrolysis assisted by US and other in shaking bath. The characterization included the determination of optimum and stability conditions of temperature and pH for lipase activity; specificity (chain size) and stability in organic solvents. The optimum conditions were: 40 °C and pH 7 for activity and 30°C and pH 3 for stability. Higher affinity for long-chain fatty acids (p-NPP) and higher stability in apolar solvents (hexane) and lower in polar (methanol and ethanol). In the hydrolysis of cottonseed oil, two experiments were conducted: in shaking bath and another using US probe (19 kHz) in direct contact with the reaction medium. Both studies were designed by CCRD and used as independent variables: concentration of lipasic solid fermented (LSF) and buffer/oil ratio for the system in bath (40 °C, 120 rpm) and concentration of LSF, buffer/oil ratio and power density (W/mL) to US system. The results showed that increasing LSF and buffer/oil ratio resulted on improvement of cottonseed oil hydrolysis. Nevertheless, the US power generates a decrease, possibly inhibiting the reaction. The optimum conditions were the same for both systems: 20% FSL, buffer/oil ratio = 4 The optimum reaction time defined by the desirability function was 30 minutes and 54% of hydrolysis yield to US and 1 hour and 28.5% for shaking bath
Subject: Lipase
Penicillium
Fermentação em estado sólido
Hidrólise
Ultrassom
Language: Inglês
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2015
Appears in Collections:FEA - Dissertação e Tese

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