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Tipo: Tese
Título: Produção, purificação e formulação da enzima -acetolactato descarboxilase (ALDC) para aplicação em processos industrias de cerveja.
Autor(es): Oliveira, Ravena Casemiro
Orientador: Gonçalves, Luciana Rocha Barros
Coorientador: França, Ítalo Waldimiro Lima de
Palavras-chave: Diacetil;Resíduos agrícolas;Bacillus subtilis;MVP;Fermentação;Resíduos industriais
Data do documento: 2023
Citação: OLIVEIRA, Ravena Casemiro. Produção, purificação e formulação da enzima -acetolactato descarboxilase (ALDC) para aplicação em processos industrias de cerveja.2023. 53 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará. Fortaleza, 2023.
Resumo: A enzima α-acetolactato descarboxilase (ALDC) converte o α- acetolactato, composto precursor de diacetil, diretamente em acetoína evitando a formação do off flavor proveniente de altas concentrações de diacetil. Entretanto, o seu custo de produção impacta diretamente na sua aplicação. Por esta razão, este estudo objetivou analisar efeito de diferentes meios de cultivo na produtividade e na economia do processo para obtenção da ALDC a partir do cultivo de Bacillus subtilis ICA 56, microrganismo não patogênico, bem como a caracterização, purificação e formulação do extrato enzimático produzido, visando a obtenção de um mínimo produto viável para aplicação na indústria de cervejas. A produção da enzima ALDC ocorreu por cultivo submerso a partir do B. subtilis ICA 56 a 37 °C, 150 rpm por 14 horas. Diferentes fontes de carbono e nitrogênio foram avaliadas, incluindo o uso de subprodutos agroindustriais, tais como melaço de cana-de-açúcar e resíduos sólidos do processamento de milho (do inglês corn steep solids - CSS). Glicose pura, usada como fonte de carbono padrão foi substituída por seis fontes de carbono: frutose, uma mistura equimolar de glicose e frutose, sacarose, lactose, glicerol e melaço. Em relação a fonte de nitrogênio, cinco substitutos do padrão, extrato de levedura, foram avaliados: ureia, sulfato de amônio, nitrato de sódio, malte em pó e CSS. O cultivo utilizando melaço de cana-de-açúcar e CSS produziu um extrato de ALDC com atividade enzimática de 4,43 ± 0,12 U. mL–1 com redução de 74% no custo de produção da enzima. O extrato enzimático de ALDC apresentou temperatura ótima de 40 °C e estabilidade entre os valores de pH de 3,6 a 7,0, sendo maior atividade no pH 6,0 com valor de 5,30 ± 0,06 U. mL–1. O extrato enzimático produzido foi purificado utilizando a matriz DEAE-agarose, apresentando atividade específica de 18,03 U.mg–1, com fator de purificação 3,22. O estudo de formulação líquida produziu um extrato enzimático mais ativo e estável, mantendo 77% da atividade inicial da ALDC após 90 dias armazenado a -20 °C. Os ensaios de toxicidade do extrato enzimático formulado utilizando Artemia salina mostraram a não toxicidade para concentração de 1000 mg. mL–1. Este estudo apresentou protocolos promissores e inovadores para a produção, caracterização e formulação da enzima ALDC, sendo alternativas de baixo custo, sustentável e de baixo impacto ambiental. Além disso obteve um MVP com nível de maturidade tecnológica (TRL) 5.
Abstract: The enzyme α-acetolactate decarboxylase (ALDC) converts α-acetolactate, a precursor compound of diacetyl, directly into acetoin, preventing the formation of the off flavor from high concentrations of diacetyl. However, its production cost directly affects its application. For this reason, this study analyzed the impact of different culture media on the productivity and economics of the process obtaining ALDC from the Bacillus subtilis ICA 56, a non-pathogenic microorganism, as well as the characterization, purification and formulation of the enzymatic extract produced, aiming at obtaining a minimum viable product (MVP) for application in the beer industry. Therefore, different carbon and nitrogen sources were evaluated, including the use of agro-industrial byproducts such as sugarcane molasses and corn steep solids (CSS). Pure glucose, used as the standard carbon source, was replaced by six carbon sources: fructose, an equimolar mixture of glucose and fructose, sucrose, lactose, glycerol and sugarcane molasses. As for the nitrogen source, five substitutes of standard source, yeast extract, were evaluated: urea, ammonium sulfate, sodium nitrate, malt powder and corn steep solids (CSS). Cultivation using sugarcane molasses and corn steep solids (CSS) produced an ALDC extract with enzymatic activity of 4.43 ± 0.12 U. mL–1 with a 74 % reduction in enzyme production cost. The ALDC presented an optimal temperature at 40 °C and stable between pH values of 3.6 to 7.0, with higher enzymatic activity at pH 6, 0 with a value of 5.30 ± 0.06 U.mL 1. The enzymatic extract produced was purified using the DEAE-agarose matrix, presenting a specific activity of 18.03 U.mg–1, with a purification factor of 3.22. The liquid formulation study produced a more stable and active enzymatic extract, maintaining 77 % of the ALDC initial activity after 90 days stored at -20 °C. Toxicity tests of the enzymatic extract formulated using Artemia salina showed non-toxicity at a concentration of 1000 mg. mL–1. Thus, this study presented promising and innovative protocols for the production, characterization and formulation of α-acetolactate decarboxylase (ALDC), being low cost, sustainable and low environmental impact alternatives. In addition, this study obtained an MVP with a Technology Readiness Level (TRL) 5.
Descrição: Este documento está disponível online com base na Portaria nº 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas
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