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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Prospecting endophytic biocatalysts for bioflavors production = Prospecção de biocatalisadores endofíticos para produção de bioaromas
Title Alternative: Prospecção de biocatalisadores endofíticos para produção de bioaromas
Author: Pessôa, Marina Gabriel, 1991-
Advisor: Pastore, Glaucia Maria, 1953-
Abstract: Resumo: Esta tese de doutorado teve como objetivos principais a prospecção de novos biocatalisadores fúngicos para serem utilizados no processo de biotransformação de monoterpenos (R-limoneno, S-limoneno, 'alfa'-pineno, ß-pineno e citronelol) para obtenção de aromas naturais, assim como otimizar as condições de processo para a maximização da concentração dos produtos obtidos. A primeira etapa do trabalho prático deste projeto envolveu o isolamento de micro-organismos endofíticos e seleção das melhores linhagens para a produção de bioaromas. Estes micro-organismos foram isolados de frutos verdes de jenipapo (Genipa americana L.), um fruto da flora brasileira rico em monoterpenos. Quinze linhagens diferentes de fungos filamentosos endofíticos foram isoladas de frutos verdes de jenipapo, dos quais, três mostraram a capacidade de metabolizar os monoterpenos testados. A linhagem identificada como JV-7 foi capaz de bioconverter 'alfa'-pineno e produzir verbenol e verbenona, compostos muito visados na indústria de aromas e fragrâncias. Na biotransformação de ß-pineno, foi possível a obtenção de pinocarveol, utilizando-se a linhagem JV-15. Este composto tem maior valor agregado comparado a seu precursor, e este é um dos poucos trabalhos envolvendo sua produção. Os isômeros de limoneno foram biotransformados pela linhagem JV-10 a dois produtos majoritários diferentes: neodihidrocarveol e limoneno-1,2-diol a partir de R- e S- limoneno respectivamente. Visando aumentar a concentração dos compostos de aroma previamente obtida utilizando as linhagens de fungos endofíticos, as variáveis agitação, temperatura, concentração inicial de substrato e quantidade de biomassa fúngica adicionada foram estudadas em dois delineamentos experimentais. No primeiro delineamento composto central rotacional (DCCR), as condições de processo para a biotransformação de 'alfa'-pineno em verbenol foram otimizadas: 200 rpm, 22 ºC, concentração de substrato igual a 1,25 % (v/v) e 5 g de biomassa de biocatalisador em 50 mL de meio. Nessas condições, foi possível aumentar aproximadamente 1,4 vezes a concentração final de verbenol, de 222,4 ± 2 mg/L para 318,4 ± 2,4 mg/L. O segundo DCCR envolveu a biotransformação de ß-pineno para produção de pinocarveol. Neste caso, as condições otimizadas foram: concentração de substrato de 1 % (v/v), biomassa fúngica 5 g/50 mL de meio, agitação de 150 rpm e 30 ºC, o que resultou em um aumento na concentração de produto de 64,8 ± 0,6 mg/L para 141,32 ± 2,6 mg/L, ou seja, o dobro da concentração inicial pode ser obtida. O estudo da otimização das condições de processos para a produção de aromas naturais é uma das estratégias mais promissoras que vem sendo utilizadas para o aumento da concentração de produto e consequentemente, para redução de custos e viabilização da sua produção. Além disso, este trabalho demonstra o potencial de micro-organismos endofíticos, encontrados naturalmente em fontes ricas em terpenos para serem utilizados como novos biocatalisadores na biotransformação destes compostos e obtenção de extratos com características sensoriais inovadoras e interessantes

Abstract: This work aimed to prospect novel fungal biocatalysts to be employed in biotransformation of terpenes (R-limonene, S-limonene, 'alpha'-pinene, ß-pinene e citronellol) for natural aroma production, as well as the optimization of process conditions in order to increase final product concentration. Initially, the practical work comprised the isolation of endophytic microorganisms and the screening of the best strains for bioflavors production. These microorganisms were isolated from unripe genipap (Genipa americana L.) fruits, a Brazilian unexploited source of monoterpenes and iridoids. Fifteen endophytic filamentous fungi strains were isolated from unripe genipap, from which, three strains showed the ability to metabolize the tested monoterpenes. A strain identified as JV-7 was able to bioconvert 'alpha'-pinene into verbenol and verbenone, interesting compounds for flavors and fragrance industries. In the biotransformation of ß-pinene, the major product obtained was pinocarveol, using the strain JV-15. Pinocarveol has higher reference price when compared to its precursor, and, there are few works regarding its production. The isomers of limonene were metabolized by JV-10 strains and two different products could be obtained: neodihydrocarveol and limonene-1,2-diol, from R- and S-limonene respectively. Aiming to increase final product concentration obtained with endophytic strains, the variables agitation, temperature, substrate concentration and amount of biocatalyst biomass were evaluated in two experimental designs. In the first central composite design (CCD), the biotransformation of 'alpha'-pinene into verbenol could be optimized using the process conditions: 200 rpm, 22 ºC, substrate concentration of 1.25 % (v/v) and fungal biomass of 5 g in 50 mL media, increasing verbenol concentration from 222.4 ± 2 mg/L to 318.4 ± 2.4 mg/L. The second CCD, aimed to optimize ?-pinene biotransformation for pinocarveol production. In this case, the optimum conditions were substrate concentration of 1% (v/v), 150 rpm, 30 ºC and 5g of fungal biomass per 50 mL media. It was achieved a 2-fold increase in pinocarveol concentration, from 64.8 ± 0.6 mg/L to 141.32 ± 2.6 mg/L. The study of process parameters for natural aroma production is one of the most promising tools that are being used to increase product concentration and consequently to reduce costs in its production. In addition, this work shows the potential of endophytic microorganisms that can be naturally found in terpene rich sources to be employed as new biocatalysts in biotransformation assays, obtaining extracts with novel and interesting sensorial characteristics
Subject: Bioaromas
Biotransformação
Otimização
Language: Inglês
Editor: [s.n.]
Citation: PESSÔA, Marina Gabriel. Prospecting endophytic biocatalysts for bioflavors production = Prospecção de biocatalisadores endofíticos para produção de bioaromas. 2017. 1 recurso online (159 p.). Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos, Campinas, SP. Disponível em: <http://www.repositorio.unicamp.br/handle/REPOSIP/330680>. Acesso em: 2 set. 2018.
Date Issue: 2017
Appears in Collections:FEA - Tese e Dissertação

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