Produção de celulases por fermentação em estado sólido em resíduo de acerola (Malpighia sp.) utilizando Trichoderma reesei

Abstract

As celulases são enzimas capazes de hidrolisar a ligação ß-1,4-glicosídica da cadeia da celulose, que é o principal componente da parede celular da biomassa vegetal. Um dos principais obstáculos para a utilização das celulases em larga escala é o seu custo de produção que ainda é elevado, e uma alternativa é o cultivo microbiano em resíduos agroindustriais por fermentação em estado sólido (FES). Com importância ambiental, o resíduo de acerola, rico em materiais lignocelulósicos, apresenta um potencial para a obtenção desse tipo de enzima. Diante deste contexto, este trabalho teve como objetivo estudar a produção de celulases por meio do processo de fermentação em estado sólido do resíduo agroindustrial da acerola, utilizando o microrganismo Trichoderma reesei. O resíduo foi caracterizado físico-quimicamente, quanto à granulometria, densidade aparente, densidade real, porosidade do leito, pH, sólidos solúveis, açúcares redutores e redutores totais, pectina, umidade, cinzas, lignina, hemicelulose, alfa-celulose, holocelulose e extrativos. Foram construídas as isotermas de adsorção de umidade do resíduo de acerola para as temperaturas de 25, 30, 35 e 40 °C. Em seguida, realizou-se um estudo da produção de celulases por FES, avaliando ao longo do tempo, o pH, a umidade, a concentração de açúcares redutores e a atividade enzimática, expressa em carboximetilcelulase. Avaliou-se também a influência da umidade inicial e concentração da fonte de nitrogênio, sob a atividade enzimática (carboximetilcelulase). Numa etapa seguinte realizou-se um estudo da extração das enzimas avaliando a influência da agitação, do tempo e da proporção massa de fermentado e volume de solvente, sob a atividade enzimática (carboximetilcelulase). Por fim, verificou-se a estabilidade das enzimas produzidas frente a variações da temperatura e do pH. A caracterização físico-química do resíduo de acerola demonstrou a viabilidade de sua utilização no processo de FES para produção de celulases. Os resultados obtidos no estudo da produção de celulases apontaram que o ensaio realizado com 45 % de umidade e concentração de nitrogênio de 1,00 %, foi o que apresentou melhor condição, pois, a partir de 120 horas do processo este ensaio obteve os maiores valores para atividade enzimática, chegando a valores acima de 1,25 U.g-1 em 216 horas de fermentação. Já no estudo de extração das celulases, destacou-se o ensaio 8 da matriz do delineamento fatorial, no qual utilizou-se uma agitação de 150 rpm, 45 minutos de extração e proporção de massa de fermentado e volume de solvente de 01:45 (g.mL-1), condição na qual foi obtida a maior atividade enzimática, com122,15 U.g-1. Por fim, verificou-se que as celulases produzidas com resíduo de acerola apresentaram boa estabilidade térmica até a temperatura de 50 oC, apresentando, no mínimo, 85,42 % da atividade máxima determinada nas condições padrão. Já com relação a variações no pH, as enzimas produzidas nesse estudo são instáveis em pH 2,5 exibindo 51,40 % de sua atividade máxima, mas apresentam boa estabilidade para pH entre 3,5 e 5,5. Os resultados deste estudo forneceram informações importantes para a futura aplicação do resíduo agroindustrial de acerola como substrato para processos de fermentação em estado sólido, objetivando a produção de celulases.<br>

Abstract : Cellulases are enzymes capable of hydrolyzing the bond ß-1,4-glycosidic of cellulose chain, which is the main component of the cell wall of biomass. One of the main obstacles to the use of cellulases in large scale is its cost of production that is still high, and an alternative is the microbial cultivation of agro-industrial waste by solid state fermentation (SSF). With environmental importance, the residue of acerola, rich in lignocellulosic materials, presents a potential for obtaining such enzyme. Given this context, this study aimed to study the production of cellulase by the method of solid-state fermentation of agroindustrial waste of acerola, using Trichoderma reesei microorganism. The residue was characterized chemically-physical, as the particle size, bulk density, real density, the bed porosity, pH, soluble solids, reducing sugars and total reducing, pectin, moisture, ash, lignin, hemicellulose, alpha-cellulose, holocelulose and extractives . It was constructed the acerola residue moisture adsorption isotherms for temperatures of 25, 30, 35 and 40 ° C. Then, it was made a study of production of cellulases by SSF, evaluating over time, pH, moisture, reducing sugar concentration and enzymatic activity, expressed as carboxymethylcellulase. Also, it was evaluated the influence of the initial moisture content and concentration of nitrogen source in the enzyme activity (carboxymethylcellulase). In a next step it was carried out a study of the extraction of enzymes evaluating the influence of agitation, time and proportion mass fermented and volume of solvent in the enzyme activity (carboxymethylcellulase). Finally, it was found the stability of the enzymes produced against changes in temperature and pH. The physicochemical characterization of acerola residue demonstrated the feasibility of its use in the SSF process for the production of cellulases. The results obtained in the study of cellulase production pointed out that the test carried out with 45% moisture and 1.00% nitrogen concentration, showed the best condition because, from 120 hours to process this test got the greatest values for enzyme activity, reaching above 1,25U.g-1 values at 216 hours of fermentation. In the study of extraction of cellulases, stood out the test 8 of the factorial design matrix, which used a stirring of 150 rpm, 45 minutes of extraction and mass ratio of fermented volume and solvent 1:45 (g.mL-1), a condition in which was obtained the highest enzymatic activity, with 2.15 U.g-1. Finally, it was found that cellulases produced from acerola residue showed good thermal stability up to the temperature 50° C, with at least, 85.42% of the determined maximum activity at standard14conditions. In relation to variations in pH, the enzymes produced in this study are unstable at pH 2.5 showing 51.40% of its maximal activity, but exhibit good stability to pH between 3.5 and 5.5. The results of this study provided important information for the future application of agro-industrial acerola waste as a substrate for fermentation processes in solid state, aiming the cellulases production.