Desenvolvimento de coquetéis enzimáticos a partir de diferentes fungos filamentosos e aplicação na hidrólise da biomassa lignocelulósica
A utilização da biomassa tem emergido como uma das principais estratégias para geração de biocombustíveis renováveis. E as biorefinarias do segmento demandam coquetéis enzimáticos de eficiência aprimorada para geração açúcares fermentescíveis. Neste cenário, os fungos lignocelulolíticos possuem u...
| Autor principal: | Pimentel, Pamella Suely Santa Rosa |
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| Outros Autores: | http://lattes.cnpq.br/5881693456066045 |
| Grau: | Tese |
| Idioma: | por |
| Publicado em: |
Universidade Federal do Amazonas
2019
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| Acesso em linha: |
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oai:https:--tede.ufam.edu.br-handle-:tede-73852019-09-25T05:03:51Z Desenvolvimento de coquetéis enzimáticos a partir de diferentes fungos filamentosos e aplicação na hidrólise da biomassa lignocelulósica Pimentel, Pamella Suely Santa Rosa Pereira Junior, Nei http://lattes.cnpq.br/5881693456066045 http://lattes.cnpq.br/7992694643607149 Zanotto, Sandra Patricia http://lattes.cnpq.br/9663104101654271 Procópio, Rudi Emerson de Lima http://lattes.cnpq.br/2478199435796976 Willerding, André Luis http://lattes.cnpq.br/4510611262827047 Enzimas de fungos Biomassa vegetal Hidrólise CIÊNCIAS BIOLÓGICAS Produção enzimática Otimização Caracterização Misturas enzimáticas Hidrólise A utilização da biomassa tem emergido como uma das principais estratégias para geração de biocombustíveis renováveis. E as biorefinarias do segmento demandam coquetéis enzimáticos de eficiência aprimorada para geração açúcares fermentescíveis. Neste cenário, os fungos lignocelulolíticos possuem um enorme potencial para o desenvolvimento de plataformas enzimáticas eficientes. Nesse trabalho, duas amostras fúngicas LMI01 e LMI03 isoladas do ambiente na região amazônica foram identificadas como pertencentes aos gêneros Penicillium e Aspergillus. A formulação completa do meio de fermentação para produção de celulases e xilanases por estes isolados foi otimizada utilizando técnicas do planejamento experimental e superfície de resposta, onde se reduziu a quantidade de reagentes ao mesmo tempo em que se alcançou um aumento significativo na produção enzimática. O perfil eletroforético do extrato enzimático bruto do fungo Penicillium LMI01 apresenta proteínas com atividade celulolítica de massa molecular aproximada entre ~100kDa a 50kDa e de 35kDa, e o fungo Aspergillus LMI03 produz celulases de ~80 a 52kDa, 37kDa e ~29kDa. Os parâmetros cinéticos das atividades enzimáticas aparentes de Penicillium LMI01 possuem Km=17,95 g/L-1 Vmáx =39,84 g/L-1.min-1 (CMCásica), Km= 1,67 mMol/L-1 Vmáx = 0,485 mMol/L-1.min-1 (betaglucosidásica), Km= 12,54 g/L-1 Vmáx = 270,02 g/L-1.min-1 (xilanásica) e as atividades aparentes CMCásica, betaglucosidásica e xilanásica de Aspergillus LMI03 apresentam valores de Km: 64,50 g/L-1, 2,17 mMol/L-1, 18 g/L-1 e velocidades máximas de: 147,06 g/L-1.min-1, 0,95 mMol/L-1.min-1, 625 g/L-1.min-1, respectivamente. O coquetel enzimático otimizado para hidrólise da biomassa polpa de celulose (coquetel UFAM1) é composto por 43% de extrato enzimático de Aspergillus sp LMI03 e 57% de T. reesei QM9414, e o coquetel ótimo para hidrólise da casca de mandioca (coquetel UFAM 2) é formado por 50% de extrato enzimático de Aspergillus sp LMI03, 25% de P.citrinum e 25% de T. reesei. A relação entre carga de sólido e proteína para atuação do coquetel UFAM1 é de 52g/L de sólido e 30mg de proteína/g com eficiência hidrolítica de 93,2%. Para o coquetel UFAM2, a eficiência hidrolítica foi de 75,0% para relação otimizada de 78g/L de sólido e 19mg de proteína/g de sólido. Esses resultados indicam que os coquetéis formulados com os extratos enzimáticos proteicos de P.citrinum LMI01, Aspergillus sp LMI03 e T. reesei podem ser uma alternativa para hidrólise de biomassas vegetais e para outros processos que dependem de biocatálise. The use of biomass has emerged as one of the main strategies for the generation of renewable biofuels and chemicals. In addition, lignocellulosic biorefineries demand enzymatic cocktails of improved efficiency for generating fermentable sugars. In this scenario, lignocellulolytic fungi have enormous potential for the development of efficient enzymatic cocktails. In this work two fungal samples LMI01 and LMI03 isolated from the environment in’ the Amazon region and identified as belonging to the genera Penicillium and Aspergillus, had the fermentation medium optimized for a higher production of cellulases and xylanases. The complete formulation of the fermentation medium for the production of cellulases and xylanases by these isolates was optimized using experimental design and response surface techniques, where the amount of reagents was reduced at the same time as a significant increase in the enzymatic production was achieved. The electrophoretic profile of the enzymatic crude extracts of the Penicillium LMI01 fungus presents proteins with cellulolytic activity of approximate molecular mass ~100kDa to 50kDa e 35kDa, and the Aspergillus LMI03 fungus produces cellulases of ~80 a 52kDa, 37kDa e ~29kDa. The kinetic parameters of the apparent enzymatic activities of Penicillium LMI01 have: Km=17,95 g/L-1 Vmáx =39,84 g/L-1.min-1 (CMCase), Km= 1,67 mMol/L-1 Vmáx = 0,485 mMol/L-1.min-1 (β-glucosidase), Km= 12,54 g/L- 1 Vmáx = 270,02 g/L-1.min-1 (xylanase). Moreover, apparent activities CMCase, β-glucosidase and xylanase of Aspergillus LMI03 showed values of Km: 64, 50 g/L-1, 2, 17 mMol/L-1, 18 g/L- 1 and maximum velocities: 147, 06 g/L-1.min-1, 0, 95 mMol/L-1.min-1, 625 g/L-1.min-1, respectively. The optimized enzymatic cocktail for enzymatic hydrolysis of the pretreated pulp cellulose (cocktail UFAM1) is composed of 43% enzymatic extract of Aspergillus sp LMI03 and 57% of T. reesei QM9414, and the optimum cocktail for enzymatic hydrolysis of cassava husk (cocktail UFAM 2) consists of 50% enzymatic extract of Aspergillus sp LMI03, 25% P.citrinum and 25% T. reesei. The solid protein load is 52g / L of solid and 30mg of protein / g of substrate for cocktail UFAM1 with EH yield of 93,2%. For the cocktail UFAM2, the EH yield was 75,0 % for an optimized loading of 78g / L of solid and 19mg of protein / g of substrate for cocktail UFAM2. These results indicate that the enzymatic cocktails formulated with the proteic enzymatic extracts of P.citrinum LMI01, Aspergillus sp LMI03 and T. reesei may be an interesting alternative for hydrolysis of pretreated or untreated plant biomasses and for other processes that depend on biocatalysis. CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico 2019-09-24T18:31:07Z 2999-12-31 2019-06-26 Tese PIMENTEL, Pamella Suely Santa Rosa. Desenvolvimento de coquetéis enzimáticos a partir de diferentes fungos filamentosos e aplicação na hidrólise da biomassa lignocelulósica. 2019. Tese (Doutorado em Biotecnologia) - Universidade Federal do Amazonas, Manaus, 2019. https://tede.ufam.edu.br/handle/tede/7385 por Acesso Embargado http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ application/pdf Universidade Federal do Amazonas Instituto de Ciências Biológicas Brasil UFAM Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia |
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TEDE - Universidade Federal do Amazonas |
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A utilização da biomassa tem emergido como uma das principais estratégias para
geração de biocombustíveis renováveis. E as biorefinarias do segmento demandam coquetéis
enzimáticos de eficiência aprimorada para geração açúcares fermentescíveis. Neste cenário, os
fungos lignocelulolíticos possuem um enorme potencial para o desenvolvimento de plataformas
enzimáticas eficientes. Nesse trabalho, duas amostras fúngicas LMI01 e LMI03 isoladas do
ambiente na região amazônica foram identificadas como pertencentes aos gêneros Penicillium
e Aspergillus. A formulação completa do meio de fermentação para produção de celulases e
xilanases por estes isolados foi otimizada utilizando técnicas do planejamento experimental e
superfície de resposta, onde se reduziu a quantidade de reagentes ao mesmo tempo em que se
alcançou um aumento significativo na produção enzimática. O perfil eletroforético do extrato
enzimático bruto do fungo Penicillium LMI01 apresenta proteínas com atividade celulolítica
de massa molecular aproximada entre ~100kDa a 50kDa e de 35kDa, e o fungo Aspergillus
LMI03 produz celulases de ~80 a 52kDa, 37kDa e ~29kDa. Os parâmetros cinéticos das
atividades enzimáticas aparentes de Penicillium LMI01 possuem Km=17,95 g/L-1 Vmáx =39,84
g/L-1.min-1 (CMCásica), Km= 1,67 mMol/L-1 Vmáx = 0,485 mMol/L-1.min-1 (betaglucosidásica),
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betaglucosidásica e xilanásica de Aspergillus LMI03 apresentam valores de Km: 64,50 g/L-1,
2,17 mMol/L-1, 18 g/L-1 e velocidades máximas de: 147,06 g/L-1.min-1, 0,95 mMol/L-1.min-1,
625 g/L-1.min-1, respectivamente. O coquetel enzimático otimizado para hidrólise da biomassa
polpa de celulose (coquetel UFAM1) é composto por 43% de extrato enzimático de Aspergillus
sp LMI03 e 57% de T. reesei QM9414, e o coquetel ótimo para hidrólise da casca de mandioca
(coquetel UFAM 2) é formado por 50% de extrato enzimático de Aspergillus sp LMI03, 25%
de P.citrinum e 25% de T. reesei. A relação entre carga de sólido e proteína para atuação do
coquetel UFAM1 é de 52g/L de sólido e 30mg de proteína/g com eficiência hidrolítica de
93,2%. Para o coquetel UFAM2, a eficiência hidrolítica foi de 75,0% para relação otimizada
de 78g/L de sólido e 19mg de proteína/g de sólido. Esses resultados indicam que os coquetéis
formulados com os extratos enzimáticos proteicos de P.citrinum LMI01, Aspergillus sp LMI03
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