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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Limonene biotransformation by Colletotrichum acutatum and C. nymphaeae : Biotransformação de limoneno por Colletotrichum acutatum e C. nymphaeae
Title Alternative: Biotransformação de limoneno por Colletotrichum acutatum e C. nymphaeae
Author: Sales, Adones, 1989-
Advisor: Bicas, Juliano Lemos, 1982-
Abstract: Resumo: A produção biotecnológica de terpenos surge como uma alternativa atraente em comparação com métodos químicos, pois, além de possuir maior regio e enantio-seletividade, redução ou ausência de resíduos tóxicos ainda resulta na obtenção de produtos rotulados como "naturais". Os processos de biotransformação agregam valor a substratos largamente encontrados na natureza ou a subprodutos industriais. Os produtos de biotransformação de terpenos têm uso no campo alimentício, cosmético, farmacêutico, energético, dentre outros. Este estudo relata a capacidade de biotransformação de terpenos pelas cepas Colletotrichum acutatum TQ058A e C. nymphaeae CBMAI 0864. Além disso, o processo de biotransformação de R-(+)-limoneno para limoneno-1,2-diol por C. nymphaeae foi caracterizado quanto à necessidade de oxigênio, alimentação de substrato, indução, influência do congelamento e ressuspensão e aplicação em sistema bifásico. O mesmo processo anteriormente citado também foi otimizado em escala laboratorial e aplicado a biorreator de bancada. Para avaliação da capacidade de uso de terpenos como fonte de carbono, as cepas foram inoculadas em meio mineral sólido com adição de fonte terpênica. As placas que apresentaram crescimento foram inoculadas em frascos com meio YM líquido (30 °C, 150 rpm, 72 h) para produção de biomassa. Posteriormente, ressuspensas com terpeno em tampão para biotransformação (30 °C, 150 rpm). As duas cepas foram capazes de biotransformar limoneno, 'alfa'-pineno e linalol. Até onde se sabe, é o primeiro relato da biotransformação destes terpenos por espécies de Colletotrichum. As cepas produziram altas concentrações de limoneno-1,2-diol (4,06 e 3,08 g.L-1 para C. nymphaeae e C. acutatum, respectivamente) a partir da biotransformação de limoneno. O processo de biotransformação de R-(+)-limoneno para limoneno-1,2-diol por C. nymphaeae foi caracterizado como aeróbio e indicou-se o uso de biomassa crescida por 72 h e uma única adição de 15 g.L-1 de R-(+)-limoneno, considerando melhor concentração do produto e rendimento. O sistema bifásico não foi viável para este processo. A biomassa pode ser armazenada congelada sem perda significativa na atividade catalisadora. A recuperação da biomassa seguida de ressuspensão é desnecessária, sugerindo que a biotransformação pode começar pela adição de limoneno ao biorreator logo após o esgotamento da glicose durante a produção de biomassa. A indução não teve impacto no aumento da concentração de limoneno-1,2-diol. O uso de 13,2 g.L-1 biomassa, 27 °C, 250 rpm e pH 6.0 foi a condição ótima para produção de limoneno-1,2-diol em frascos. Oxigênio dissolvido (DO, >60%) foi útil para definir os parâmetros de agitação (300 rpm) e aeração (1 vvm) no biorreator. A volatilização do substrato no biorreator foi reduzida usando um condensador de 60 cm. Quando o biorreator foi operado a 27 °C, 300 rpm, 1 vvm e contendo 13,2 gL-1 de biomassa de C. nymphaeae, a produção de limoneno-1,2-diol atingiu 7,1, 7,8 e 5,6 g.L-1 após 3 dias utilizando 20 g.L-1 de R-(+)-, S-(-)-limoneno ou terpeno cítrico, respectivamente. O processo em biorreator teve uma produtividade quase três vezes maior que em frascos. Futuros trabalhos são encorajados, como a purificação e aplicação biológica do composto produzido, alguns desse já estão sendo conduzidos pelo grupo de estudo

Abstract: The biotechnological production of terpenes appears as an attractive alternative in comparison to chemical methods, since, in addition to having a greater region and enantioselectivity, reduction or absence of toxic residues still results in the obtaining of products labeled "natural". Biotransformation processes add value to substrates widely found in nature or to industrial by-products. Terpene biotransformation products are used in the food, cosmetic, pharmaceutical, energy, among others. This study reports the ability of biotransformation of terpenes by the strains Colletotrichum acutatum TQ058A and C. nymphaeae CBMAI 0864. In addition, the biotransformation process of R-(+)-limonene to limonene-1,2-diol by C. nymphaeae was characterized oxygen demand, substrate feeding, induction, influence of freezing and resuspension and application in biphasic system. The same process previously cited was also optimized in laboratory scale and applied to bench bioreactor. To evaluate the ability of terpenes as a carbon source, the strains were inoculated in solid mineral medium with addition of terpene source. Growth plates were inoculated in flasks with liquid YM medium (30 °C, 150 rpm, 72 h) for biomass production. Subsequently, resuspended with terpene in buffer for biotransformation (30 °C, 150 rpm). The two strains were able to biotransform limonene, 'alpha'-pinene and linalool. As far as we know, it is the first report of the biotransformation of these terpenes by species of Colletotrichum. The strains produced high concentrations of limonene-1,2-diol (4.06 and 3.08 g.L-1 for C. nymphaeae and C. acutatum, respectively) from the biotransformation of limonene. The biotransformation process of R-(+)-limonene to limonene-1,2-diol by C. nymphaeae was characterized as aerobic and indicated the use of biomass grown for 72 h and a single addition of 15 g.L-1 of R-(+)-limonene, considering better product concentration and yield. The biphasic system was not feasible for this process. Biomass can be stored frozen without significant loss in the catalyst activity. Recovery of biomass followed by resuspension is unnecessary, suggesting that biotransformation may begin with the addition of limonene to the bioreactor shortly after glucose depletion during biomass production. Induction had no impact on the increase in concentration of limonene-1,2-diol. The use of 13.2 g.L-1 biomass, 27 °C, 250 rpm and pH 6.0 was the optimal condition for the production of limonene-1,2-diol in flasks. Dissolved Oxygen (DO> 60%) was useful to define the agitation (300 rpm) and aeration (1 vvm) parameters in the bioreactor. Volatilization of the substrate in the bioreactor was reduced using a condenser of 60 cm. When the bioreactor was operated at 27 °C, 300 rpm, 1 vvm and containing 13.2 gL-1 of C. nymphaeae biomass, the production of limonene-1,2-diol reached 7.1, 7.8 and 5.6 g.L-1 after 3 days using 20 g.L-1 of R-(+)-, S-(-)-limonene or citrus terpene, respectively. The process in bioreactor had a productivity almost three times greater than in flasks. Future works are encouraged, such as the purification and biological application of the compound produced, some of which are already being conducted by the study group
Subject: Aroma
Terpenos
Caracterização
Subprodutos
Otimização
Language: Inglês
Editor: [s.n.]
Citation: SALES, Adones. Limonene biotransformation by Colletotrichum acutatum and C. nymphaeae: Biotransformação de limoneno por Colletotrichum acutatum e C. nymphaeae. 2018. 1 recurso online (125p.). Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos, Campinas, SP.
Date Issue: 2018
Appears in Collections:FEA - Tese e Dissertação

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