Orientador: Francisco Maugeri Filho

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos

Resumo: Devido ao aumento da demanda por alimentos saudáveis e ao aumento da aplicação, de oligossacarídeos prebióticos, na indústria cosmética, agro-química, farmacêutica e na indústria de alimentos, a pesquisa visando a utilização de diferentes enzimas na produção dos oligossacarídeos se tornou...

Resumo: Devido ao aumento da demanda por alimentos saudáveis e ao aumento da aplicação, de oligossacarídeos prebióticos, na indústria cosmética, agro-química, farmacêutica e na indústria de alimentos, a pesquisa visando a utilização de diferentes enzimas na produção dos oligossacarídeos se tornou algo necessário. O objetivo deste trabalho foi obter linhagens de leveduras, produtoras de frutooligossacarídeos a partir da sacarose. As linhagens foram isoladas de flores e frutos de diversas eco-regiões do Brasil. A partir da gama de microrganismos isolados foram selecionadas 4 cepas potencialmente aplicáveis na produção de frutooligossacarídeos: Candida sp. LEB-I3; Rhodotorula sp. LEB-U5; Cryptococcus sp. LEB-V2 e Rhodotorula sp. LEB-V10. Os quatro microrganismos estudados produzem enzimas semelhantes em relação a algumas características bioquímicas. As condições ótimas para a atividade de transferência de frutose foram pH entre 4,0 e 5,0 e temperaturas entre 65 e 70ºC, enquanto que para a atividade de frutofuranosidase o pH ótimo foi de 3,0 a 4,0 e a temperatura ótima entre 55 e 75ºC. A cinética enzimática (em relação à atividade de transferência de frutose) da enzima I3 seguiu o modelo de Michaelis-Menten, enquanto que U5 e V2 seguiram o modelo de inibição pelo substrato e a enzima V10 apresentou uma cinética de ¿cooperatividade¿. O estudo da síntese de FOS mostrou que o microrganismo Rhodotorula sp. LEB-V10 foi o único cuja enzima promoveu uma síntese constante de FOS, não apresentando nenhum indício de hidrólise dos frutooligossacarídeos, sendo devido a esta característica que tanto a produção da enzima quanto a síntese de frutooligossacarídeos foram otimizadas. Neste caso a produção de enzima foi máxima nas seguintes condições: 9% ± 1% de AMM e 7,5% ± 0,7% de açúcares redutores totais (melaço), com uma agitação de 250 rpm, a 30-35ºC, pH inicial do meio de 4,5. A produção de frutooligossacarídeos por esta enzima também foi otimizada chegando-se a 55-65% de rendimento nas seguintes condições: 50% de sacarose (P.A, comercial ou melaço), 6,5 (± 0,5) UTF.ml-1, temperatura entre 50 ºC (± 1ºC) e pH 5,0 (± 0,5). Desta forma foi alcançado o rendimento dos processos comerciais, com a vantagem de estarmos trabalhando com enzimas e não células. Além disso, a produção da enzima utilizando meios industriais, e o uso de açúcar cristal e mesmo melaço na síntese enzimática resultam em uma diminuição dos custos de produção. Desta forma há uma chance de que a continuação destes estudos resulte em um processo economicamente viável

Abstract: In response to the increasing demand for healthier foods and as a result of the expanding applications of oligosaccharides in the cosmetic, agrochemical, pharmaceutical and food industries, the search for ¿new¿ enzymes concerning the oligosaccharides production, became necessary. The...

Abstract: In response to the increasing demand for healthier foods and as a result of the expanding applications of oligosaccharides in the cosmetic, agrochemical, pharmaceutical and food industries, the search for ¿new¿ enzymes concerning the oligosaccharides production, became necessary. The present study reports on the screening for high transfructosylating enzymes in yeasts strains isolated from fruits and flowers obtained from tropical Brazilian biomass. The efforts made to screen for high extra-cellular transfructosylating enzyme producing yeasts provided very promising results. Although the enzymes from the strains Candida sp. LEB-I3, Rhodotorula sp. LEB-U5 and Cryptococcus sp. LEB-V2 showed high hydrolytic activity, the production of fructooligosaccharides (FOS) by the Rhodotorula sp. LEB-V10 enzyme was successful, showing a continuous increase in FOS concentration up to the end of the synthesis reaction. The best operational conditions for these enzymes, considering the transfructosylating activities, were determined to be in the pH range from 4.0 to 5.0 and temperatures from 65 to 70°C. While the fructofuranosidase activities had shown the optimum activity on pH values from 3.0 to 4.0 and temperatures between 55 and 75°C. The enzymatic kinetic (fructosyl transferase activity) of the Candida sp. LEB-I3 showed a Michaellis-Mentem behavior, while the Rhodotorula sp. LEB-U5 and Cryptococcus sp. LEB-V2 showed a substrate inhibitory kinetic and the Rhodotorula sp. LEB-V10 showed a sigmoid shape, similar to that of allosteric enzymes. Considering that the Rhodotorula sp. LEB-V10 process was the only one that may be regarded as economically possible, the response surface methodology was employed to study the fermentation and the synthesis condition aiming the process optimization. On basis of the experimental results, the optimum conditions to obtain high fructosyl transferase activity were: 250 rpm, 30-35°C, 9% ± 1% (w/v) corn steep liquor and 7.5% ± 0.7% (w/v) of total reducing sugar from sugar cane molasses. The synthesis of FOS was also optimized (55 to 65% of yield), being the optimum conditions: 50% sucrose (P.A., commercial or from sugar cane molasses), 50°C (± 1°C), pH 5.0 (± 0.5) and 6.5 FTA.ml-1 (± 0.5). This data is very similar to those from the commercial process, and the use of commercial sucrose and sugar cane molasses led to a reduction on the production cost, consequently, further studies on the enzyme and fructooligosaccharides production conditions may show its potential for commercial application