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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/79549
Tipo: | Dissertação |
Título: | Produção integrada de D-tagatose a partir de lactose através da Co-imobilização de L-arabinose isomerase e β-galactosidase em agregados enzimáticos magnéticos reticulados. |
Autor(es): | Almeida, Ana Carolina Pinto de |
Orientador: | Gonçalves, Luciana Rocha Barros |
Coorientador: | França, Ítalo Waldimiro Lima de |
Palavras-chave em português: | Galactose;L-AI;Imobilização enzimática;CLEA;combi-CLEA |
Palavras-chave em inglês: | Galactose;L-AI;Enzyme immobilization;CLEA;combi-CLEA |
CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA |
Data do documento: | 2024 |
Citação: | ALMEIDA, Ana Carolina Pinto de. Produção integrada de D-tagatose a partir de lactose através da Co-imobilização de L-arabinose isomerase e β-galactosidase em agregados enzimáticos magnéticos reticulados. 2023. 70 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023. |
Resumo: | A D-tagatose é um edulcorante que apresenta 90% de doçura e baixo valor calórico, em comparação a sacarose, não elevando as taxas de açúcar no sangue detendo características antidiabéticas, probióticas e antioxidantes. A D-tagatose pode ser obtida pelo método enzimático, utilizando como biocatalizador a L-arabinose isomerase (L- AI), a partir da isomerização da D-galactose, um monossacarídeo que pode ser obtido pela da hidrólise da lactose usando a enzima β-galactosidase (β-GAL). Contudo, para manter uma maior estabilidade térmica e operacional, mantendo um melhor desempenho dos biocatalisadores em condições adversas de operação, viabilizando a recuperação e reutilização de enzimas, pode-se aplicar métodos de imobilização enzimática, no qual destaca-se a reticulação por moléculas de proteína sem a presença de um suporte, a formação de CLEAs (Cross-linked enzyme aggregates), cuja metodologia permite combinar, em um único agregado, duas ou mais enzimas (Combi- CLEAs), apresentando altas produtividades e reduzindo o custo do biocatalisador e quando enriquecidos com características magnéticas (m-CLEAs), permitem a separação dos agregados com a utilização de ímãs. O objetivo desse trabalho, portanto, foi estudar a co-imobilização das enzimas β-GAL e L-AI em agregados enzimáticos magnéticos reticulados para a síntese do açúcar D-tagatose a partir da lactose comercial. Para tal, esse trabalho foi realizado em duas etapas principais: (I) produção da L-AI por cultivo submerso e (II) preparação dos m-CLEAs e m-Combi-CLEAs . O crescimento do microrganismo, para produção da enzima LA-I, foi avaliado em (a) frascos agitados (agitador orbital) e em (b) biorreator de bancada. O crescimento celular do microrganismo foi acompanhado em meio de cultivo contendo lactose do soro do leite como indutor para produção da enzima. Avaliou-se também a utilização de extrato de levedura em grau analítico e industrial para fins comparativos. Em (a) a triptona não foi adicionada ao meio, observando o impacto na produção da L-AI. Em (b) foram comparadas condições aeróbicas e anaeróbicas. Após 12h de cultivo a 37 ºC e uma agitação de 200 RPM, foi realizado o rompimento celular para a obtenção do extrato enzimático, que foi caracterizado quanto a atividade enzimática, concentração de proteínas e síntese da D-tagatose. Para a produção de D-tagatose a partir de lactose, iniciou-se com a preparação dos m-CLEAs de β-GAL, usando a enzima de Aspergillus oryzae, disponível comercialmente. A capacidade de hidrólise do m-CLEA de β-GAL foi avaliada na presença de 500 mM de lactose. Em seguida, foram produzidos m- CLEAs de L-AI, obtida neste trabalho, bem como m-Combi-CLEAs contendo ambas as enzimas co-imobilizadas. Os resultados dos experimentos demostraram que o extrato de levedura industrial é um substituto em potencial do extrato de levedura grau analítico. Observou-se ainda que a não adição da triptona do prejudicou o crescimento do microrganismo contudo não atingiu a produção da enzima. Observou-se a influência positiva da aeração no crescimento e na produção da enzima de interesse, impactando na quantidade de D-tagatose produzida. Por fim, observou-se um rendimento de imobilização de 100% para os CLEAs produzidos, com uma conversão da lactose em torno de 99,9%, quando se utilizou o m-Combi-CLEA, e uma bioconversão de D- tagatose em torno de 16%. |
Abstract: | D-tagatose is a sweetener that has 90% sweetness and low caloric value, compared to sucrose, does not increase blood sugar levels and has antidiabetic, probiotic and antioxidant characteristics. D-tagatose can be obtained by the enzymatic method, using L-arabinose isomerase (L-AI) as a biocatalyst, from the isomerization of D-galactose, a monosaccharide that can be obtained through the hydrolysis of lactose using the enzyme β- galactosidase (β-GAL). However, to maintain greater thermal and operational stability, maintaining better performance of biocatalysts in adverse operating conditions, enabling the recovery and reuse of enzymes, enzymatic immobilization methods can be applied, in which cross-linking by molecules of protein without the presence of a support, the formation of CLEAs (Cross-linked enzyme aggregates), whose methodology allows combining, in a single aggregate, two or more enzymes (Combi- CLEAs), presenting high productivity and reducing the cost of the biocatalyst and when enriched with magnetic characteristics (m-CLEAs), they allow the separation of aggregates using magnets. The objective of this work, therefore, was to study the co- immobilization of the enzymes β-GAL and L-AI in cross-linked magnetic enzymatic aggregates for the synthesis of the sugar D-tagatose from commercial lactose. To this end, this work was carried out in two main stages: (I) production of L-AI by submerged cultivation and (II) preparation of m-CLEAs and m-Combi-CLEAs. The growth of the microorganism, for the production of the LA-I enzyme, was evaluated in (a) shaken flasks (orbital shaker) and in (b) a benchtop bioreactor. The cellular growth of the microorganism was monitored in a culture medium containing whey lactose as an inducer for enzyme production. The use of yeast extract in analytical and industrial grade was also evaluated for comparative purposes. In (a) tryptone was not added to the medium, observing the impact on L-AI production. In (b) aerobic and anaerobic conditions were compared. After 12 hours of cultivation at 37 ºC and shaking at 200 RPM, cell disruption was carried out to obtain the enzymatic extract, which was characterized in terms of enzymatic activity, protein concentration and D-tagatose synthesis. For the production of D-tagatose from lactose, we started with the preparation of m-CLEAs from β-GAL, using the commercially available enzyme from Aspergillus oryzae. The hydrolysis capacity of m-CLEA from β-GAL was evaluated in the presence of 500 mM lactose. Then, m-CLEAs from L-AI, obtained in this work, were produced, as well as m-Combi-CLEAs containing both co-immobilized enzymes. The results of the experiments demonstrated that industrial yeast extract is a potential substitute for analytical grade yeast extract. It was also observed that the non-addition of tryptone impaired the growth of the microorganism but did not affect the production of the enzyme. The positive influence of aeration on the growth and production of the enzyme of interest was observed, impacting the amount of D-tagatose produced. Finally, an immobilization yield of 100% was observed for the CLEAs produced, with a lactose conversion of around 99.9%, when m-Combi-CLEA was used, and a bioconversion of D-tagatose around 16%. |
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. |
URI: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/79549 |
Currículo Lattes do(s) Autor(es): | https://lattes.cnpq.br/8627665798477952 |
ORCID do Orientador: | https://orcid.org/0000-0003-0012-8971 |
Currículo Lattes do Orientador: | http://lattes.cnpq.br/2577657690021566 |
ORCID do Coorientador: | https://orcid.org/0000-0002-7866-5462 |
Currículo Lattes do Coorientador: | http://lattes.cnpq.br/3008840064214547 |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
Aparece nas coleções: | DEQ - Dissertações defendidas na UFC |
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Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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