Estudos sobre as propriedades catalíticas da frutosiltransferase de Rhodotorula sp. livre e imobilizada em suporte inorgânico

Autor(es)

Elizama Aguiar Oliveira

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia de Alimentos
• Data de defesa: 2012-02-13

Membros da banca

Francisco Maugeri Filho; Eloizio Julio Ribeiro; Gabriela Alves Macedo; Jonas Contiero; Telma Teixeira Franco

• Orientador: Francisco Maugeri Filho

Resumo

A obtenção de fruto-oligossacarídeos (FOS), um açúcar prebiótico de vasta aplicação industrial, por enzimas imobilizadas abrange dois conceitos em grande expansão: aplicação industrial de enzimas imobilizadas e alimentos funcionais. A partir de flores da Mata Atlântica Brasileira uma cepa foi isolada e identificada como Rhodotorula sp. LEB-V10 e apresentou grande potencial para produção da enzima extracelular frutosiltransferase (FTase) - capaz de produzir FOS a partir da sacarose - sendo obtida apenas por precipitação com etanol (purificação parcial) direto do meio de cultivo livre de células, de acordo com estudos realizados previamente, a cinética entre a enzima imobilizada pura e a parcialmente purificada não apresentou diferenças significativas que justificassem etapas adicionais de purificação. Estudos anteriores selecionaram a adsorção em partículas do composto sólidoácido (Nb), uma liga formada por nióbio (~95%) e grafite (~5%) como metodologia sugerida para imobilização da FTase para produção de FOS. Dessa forma, este trabalho apresenta uma série de estudos de caracterização deste biocatalisador imobilizado. Após a imobilização, foi possível observar que além do pH de máxima atividade apresentado pela enzima livre (pH 4,5) um segundo ponto distinto de máxima atividade (25% menor que em pH 4,5) também foi observado, o pH 6,0 que demonstrou também ser uma condição de maior estabilidade térmica e também melhor condição de síntese com a enzima imobilizada. O estudo da termo-estabilidade revelou também que a imobilização induziu a formação de duas zonas de energias de ativação da desnaturação (Ead) diferenciadas: entre 47 e 51°C a enzima imobilizada é mais estável que a enzima livre e entre 52 e 70°C ela é menos estável. A incubação da FTase, imobilizada e livre, em 52°C por 15 min resultou numa ativação dos biocatalisadores, sendo mais pronunciada com a enzima imobilizada e em pH 4,5 apresentando um aumento de 1,8 vezes na atividade enzimática; no entanto, observou-se que esta ativação é momentânea e não acumulativa com outras metodologias como a liofilização; isto sugere que esta temperatura representa algum tipo de limite energético para a FTase que é um hetero-dímero e pode apresentar diversas interações com o nióbio. A otimização da síntese de FOS realizada pela aplicação da metodologia de planejamento experimental com a enzima imobilizada permitiu um aumento do rendimento (YFOS = 0,58) em 5%, uma redução no tempo de síntese (24 h) em 4 vezes e um aumento da produtividade (12,05 g/L.h) em 6 vezes. A adsorção da FTase ao nióbio demonstrou não utilizar os sítios ativos uma vez que, a adição da sacarose ao meio de dispersão para adsorção, não alterou o desempenho do biocatalisador, porém a adição de CuSO4 que é um forte estabilizador térmico para esta enzima, resultou num biocatalisador incapaz de produzir FOS. Tendo em vista a aplicação industrial da FTase, avaliou-se também os efeitos da liofilização sobre a enzima livre e imobilizada. Com a enzima livre a liofilização causou perda de atividade enzimática em função da densidade da solução de partida, mas, resultou num pó com até 6 vezes mais atividade por grama do que em relação à enzima livre não liofilizada; a adição individual de compostos crio-protetores apresentou maior efeito estabilizador do que em formulações. Com a enzima imobilizada, a liofilização não apresentou grandes diferenciações, observou-se de forma geral uma manutenção das características originais do imobilizado de partida. Todavia, uma importante diferenciação proveniente da liofilização foi observada tanto para a enzima livre quanto imobilizada: a cinética de produção de FOS, o rendimento foi aumentado em diferentes proporções mas, especialmente, foi observada uma elevada composição de GF4. Estudos mais específicos sobre a estrutura tridimensional forneceriam informações mais precisas sobre o efeito da liofilização. Adicionalemente, duas enzimas comerciais (inulinase e invertase) foram igualmente imobilizadas em nióbio, mas, não foram observadas alterações tão expressivas quanto às observadas com a FTase. Dessa forma, a imobilização da FTase em nióbio revela ser uma metodologia com grande potencial de aplicação em reatores. Como resultado deste trabalho, encontram-se publicados até o momento os Capítulos 2 e 4 e aceito para publicação o Capítulo 5 (AU)

• Processo FAPESP: 07/51037-0 - Modelagem, simulacao e operacao de biorreator de leito fixo com frutosiltransferase de rhodotorula sp, imobilizada em suporte inorganico.
• Beneficiário: Elizama Aguiar de Oliveira
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado