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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.9.1995.tde-17042008-094939
Document
Author
Full name
Adalberto Pessoa Junior
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 1995
Supervisor
Committee
Vitolo, Michele (President)
Grandi, José Glauco
Kilikian, Beatriz Vahan
Maiorano, Alfredo Eduardo
Schmidell Netto, Willibaldo
Title in Portuguese
Obtenção de inulinase: recuperação e ampliação de escala
Keywords in Portuguese
Cromatografia
Enzimas
Inulinase
Abstract in Portuguese
A transferência de oxigênio para o meio, durante o cultivo de Candida kefyr DSM 70106, mostrou ter grandE influência na produção de inulinase extracelular. O KLa (coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio) de 43 h-1 foi o que proporcionou a obtenção de atividade enzimática mais elevada (37,5 U.mL-1). Este parâmetro foi utilizado como critério para ampliação de escala do cultivo em biorreator de 15 litros para 300 litros. O volume de meio obtido foi congelado para utilização nos processos seguintes de separação de células e purificação da inulinase. Para isto foram utilizados três processos diferentes, a saber, filtração (microfiltração, diafiltração e ultrafiltração), extração líquido-líquido por micela reversa e cromatografia de troca iônica em leito fluidizado. Durante a separação de células, a membrana de microfiltração tipo HVLP com 0,45 µm de diâmetro de poro foi a que possibilitou a passagem de maior fluxo de filtrado (324 L.h-1.m-2) quando comparada com outras membranas de poros e materiais diferentes. Associado a este fluxo obteve-se ainda a passagem pela membrana de 99% da enzima presente. Foram também estudados diferentes tipos de módulos de filtração. Os filtros rotativos foram os que apresentaram melhores desempenhos, com destaque para o tipo "Biodruckfilter". Fluxo de filtrado de 300 L.h-1.m-2 e transmissão de 99% da enzima foram obtidos neste filtro. Os filtros tipo cassete e os tubulares apresentaram desempenhos, em geral, inferior a 50% quando comparados em termos de fluxo de filtrado. O processo de filtração em escala ampliada, realizada no filtro cassete, apresentou fluxo de filtrado 45% inferior ao obtido na pequena escala. Os estudos de extração líquido-líquido por micela reversa foram feitos utilizando um agente tensoativo catiônico (BDBAC- [N-Benzyl-N-Dodecyl-N bis(2-hydroxyethyl) ammonium chloride] e um aniônico (AOT- sodium-di-2ethyl-hexyl-sulphosuccinate). O BDBAC proporcionou recuperação de 91 % da enzima presente inicialmente. Na ampliação de escala do processo foi verificado um rendimento de 77%, e o aumento da atividade enzimática específica, nos dois casos, foi de aproximadamente 2,8 vezes. Em comparação com os dois processos anteriores, o processo de purificação da inulinase com separação simultânea de células por cromatografia de trocaiônica em leito fluidizado foi o que proporcionou maior aumento da atividade enzimática específica (da ordem de 4,3 vezes). Após adsorção e eluição do leito cromatográfico, 93,1% da enzima foi recuperada.
Title in English
Production of inulinase: recovery and scale-up
Keywords in English
Chromatography
Enzymes
Inulinase
Abstract in English
It has been observed that the production of extracellular inulinase by Candida kefyr DSM 70106 was markedly affected by the rate of oxygen transfer to the medium. The highest inulinase activity (37,5 U.Ml-1) was attained at a KLa value (volumetric coefficient of oxygen transfer) equal to 43 h-1. As such, KLa was chosen as a criterion for scaling-up the bioreactor capacity from 15 L to 300 L. Once the fermentation ended, the whole fermented broth was frozen for further cell separation and inulinase purification. For that, three different processes were used, namely filtration (microfiltration, diafiltration and ultrafiltration), liquid-liquid extraction by reversed micelles and ion-exchange chromatography in fluidized bed. Microfiltration membranes differing in the chemical nature and on the pores diameter were used in cell separations. The highest filtrate flow (FF = 324 L.h-1.m-2) occurred when HVLP type membrane (0,45 µm pore diameter) was employed. Moreover, 99% of inulinase passed through the membrane. Several types of filtration modules were also studied. The rotatory filter, such as the "Biodruckfilter" (FF=300 L.h-1.m-2 and 99% of inulinase transmission), presented remarkable performance when compared with cassette and tubulartype filters, in which FF was lower than 50%. Furthermore, filtration carried out with a scaled-up cassette module presented a FF 45% lower than that observed on a smaller scale. Studies on liquid-liquid extraction by reverse micelles were made utilizing a cationic surfactant (BDBAC- [N-Benzyl-N-Dodecyl-N-bis(2-hydroxyethyl) ammonium chloride] and an anionic surfactant (AOT-sodium-di-2-ethyl-hexylsulphosuccinate). The use of BDBAC resulted in a recuperation of 91 % of the enzyme initially present, which decreased about 77% when the process was scaled-up. Neverthless, in both cases the increase in specific enzymatic activity was about 2.8 times. In comparison with the aforementioned processes, the ion-exchange chromatography in fluidized bed, in which inulinase purification and cell separation take place simultaneously, provided. an increase in specific enzymatic activity of about 4.3 times. After adsorption and elution of the chromatographic bed about 93% of the inulinase was recovered.
 
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Publishing Date
2008-04-22
 
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