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Disertación de Maestría
DOI
https://doi.org/10.11606/D.17.2020.tde-18122019-150901
Documento
Autor
Nombre completo
Mariana de Souza Rocha
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
Ribeirão Preto, 2019
Director
Tribunal
Polizeli, Maria de Lourdes Teixeira de Moraes (Presidente)
Cabral, Hamilton
Faria, Anizio Marcio de
Guazzaroni, María Eugenia
Título en portugués
Estudo da eficiência enzimática fúngica nas reações de transesterificação e hidrólise a partir de óleos vegetais nativos visando aplicações biotecnológicas
Palabras clave en portugués
Fungos
Hidrólise
Imobilização
Lipase
Transesterificação
Resumen en portugués
O presente trabalho objetivou identificar os melhores fungos produtores de lipases com capacidade de transesterificação e hidrólise de óleos. Os fungos foram selecionados da Micoteca da Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto/USP, no Laboratório de Microbiologia e Biologia Celular para o estudo da atividade de lipase na sua forma livre e imobilizada, com o objetivo de sintetizar produtos para aplicações biotecnológicas. A etapa de screening foi concluída com a seleção dos fungos termófilos Scytalidium thermophilum e Humicola grisea e do fungo mesófilo Aspergillus phoenicis por terem apresentado as melhores taxas de atividade enzimática e produção de proteína extracelular. As melhores condições de cultivos foram padronizadas como: o meio de cultura SR (Segato-Rizzatti) adicionado 1% de óleo de girassol, buriti e soja para A. phoenicis, S. thermophilum e H. grisea, respectivamente. Ao verificar a baixa estabilidade térmica das lipases produzidas por S. thermophilum e A. phoenicis na forma livre, foi realizada a imobilização de suas lipases nos suportes Octyl-sepharose, Butylsepharose, Sepabeads C-18, PEI-agarose, MANAE-agarose e Duolite. Para as lipases de S. thermophilum imobilizadas em Sepabeads C-18 (retenção 98,59%) e Duolite (retenção 98,73%) observou-se maior estabilidade a 50 °C e em pH 6 e 7. O derivado de Duolite foi muito estável nos solventes ciclohexano, etanol e acetona, mantendo atividade residual acima de 70% após 24 horas de incubação. Para as lipases de A. phoenicis, o suporte Octyl-sepharose (retenção 98,83%) foi satisfatoriamente estável na temperatura de 50 °C e pH 6, além dos solventes ciclohexano e hexano. Adicionalmente, a imobilização da lipase de A. phoenicis em Octyl-sepharose levou a uma hiperativação enzimática. Através de um screening para a reação de transesterificação, o derivado de Duolite das lipases de S. thermophilum foi selecionado para a continuidade dos estudos para produção de biodiesel. Etanol foi utilizado para os ensaios de transesterificação por ser uma alternativa renovável ao metanol. Ao seguir a metodologia de etanol:óleo de girassol (1:2) adicionado de 10% (m/v óleo) de derivado de Duolite e 82% de ciclohexano, obteve-se teor total de ésteres etílicos de 53,78%. O biodiesel produzido foi submetido a análises físico-químicas e obteve-se os seguintes valores: índice de acidez de 0,56 mg NaOH/g e índice de iodo de 42,3 g I2/100g de amostra de biodiesel, demonstrando-se a adequação do produto nas legislações vigentes que determinam a qualidade do biocombustível. O rendimento da transesterificação do óleo de girassol foi de 74%. A lipase de A. phoenicis imobilizada em Octyl-sepharose foi utilizada para a reação de hidrólise dos óleos vegetais soja, buriti, açaí, pracaxi e ojon e manteiga de tucumã. A concentração de ácidos graxos liberados foi quantificada através do método colorimétrico sulfofosfo-vanilina, resultando na hidrólise dos óleos de buriti (3,4 mg/mL), açaí (3,06 mg/mL) e ojon (2,27 mg/mL) em ácidos graxos totais. Os derivados desenvolvidos nesse trabalho possuem características interessantes para o desenvolvimento de bioprocessos a serem aplicados na indústria.
Título en inglés
Study of fungal enzymatic efficiency in transesterification and hydrolysis reactions from native vegetable oils for biotechnological applications
Palabras clave en inglés
Fungi
Hydrolysis
Immobilization
Lipase
Transesterification
Resumen en inglés
The present work aimed to identify the best fungal producers of lipases with efficient capacity of transesterification and hydrolysis reactions. The fungi were selected from the Library of Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto/USP, located in the Laboratory of Microbiology and Cell Biology for the study of lipase activity in its free and immobilized form, with the objective of synthesizing products for biotechnological applications. The screening stage was concluded with the selection of the thermophilic fungi Scytalidium thermophilum and Humicola grisea and the mesophilic fungus Aspergillus phoenicis for presenting the best rates of enzymatic activity and production of extracellular protein. The best culture conditions were standardized as: SR culture medium (Segato-Rizzatti) added of 1% sunflower oil, buriti and soybean for A. phoenicis, S. thermophilum and H. grisea, respectively. After the verification of low thermical stability of the free lipase produced by A. phoenicis and S. thermophilum, it was used the immobilization technique on Octyl-sepharose, Butylsepharose, C-18 Sepabeads, PEI-agarose, Duolite and MANAE-agarose. For S. thermophilum lipases immobilized on Sepabeads C-18 (retention 98.59%) and Duolite (retention 98.73%) better stability was observed at 50 ° C and at pH 6 and 7. The Duolite derivative was very stable in the solvents cyclohexane, ethanol and acetone, maintaining residual activity above 70% after 24 hours of incubation. For A. phoenicis lipases, the Octyl-sepharose support (retention 98.83%) was satisfactorily stable at 50 ° C and pH 6, plus at cyclohexane and hexane solvents solutions. In addition, the immobilization of A. phoenicis lipase on Octyl-sepharose led to enzymatic hyperactivation. Through a screening for the transesterification reaction, the Duolite derivative for the S. thermophilum lipases was selected for the continuation of the studies for biodiesel production. Ethanol was used for the transesterification tests due to its sustainability characteristics compared to methanol. Following the methodology of ethanol:sunflower oil (1:2) added with 10% (w/v oil) of Duolite derivative and 82% of cyclohexane, the total ethyl ester content produced was 53.78%. The biodiesel produced was submitted to physic-chemical analysis and the following values were obtained: acid index of 0.56 mg NaOH/g and iodine content index of 42.3 g I2/100 g of biodiesel sample, demonstrating the aptness of the product in the current legislation that determines the biofuel quality. The yield of the transesterification using sunflower oil as substrate was 74%. The lipase of A. phoenicis immobilized on Octyl-sepharose was used for the hydrolysis reaction of soybean, buriti, açaí, pracaxi and ojon oils and tucumã butter. The concentration of fatty acids released was quantified by the sulphophosphorus-vanillin colorimetric method, resulting in the hydrolysis of buriti (3.4 mg/mL), açai (3.06 mg/mL) and ojon (2.27 mg/mL) oils in total fatty acids content. The derivatives developed in this work have interesting characteristics for the development of bioprocesses to be applied in the industry.
 
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Fecha de Publicación
2020-01-15
 
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