PRODUÇÃO DE CELULASE PELO FUNGO Penicillium chrysogenum EM FERMENTAÇÃO SEMI-SÓLIDA, UTILIZANDO O PEDÚNCULO DE CAJU.

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Bioquímica e Biotecnologia

Autores

Oliveira Júnior, S.D. (UFRN) ; Souza Filho, P.F. (UFRN) ; Batista, M.C. (UFRN) ; Macedo, G.R. (UFRN) ; Santos, E.S. (UFRN)

Resumo

A produção de enzimas utilizando resíduos agroindustriais vem recebendo destaque por ser uma solução para a disposição de resíduos e por auxiliar na redução dos custos do processo. Neste trabalho, verificou-se a capacidade de produção de celulase pelo fungo Penicillium chrysogenum através de fermentação semi-sólida (FSS) do pedúnculo de caju. foi elaborado um planejamento experimental fatorial para se investigar a influência da umidade, da concentração de (NH4)2SO4 e de carboximetilcelulose,. O fungo P. chrysogenum apresentou atividades de CMCase de 0,497 UI/mL e de 0,012 UI/mL de avicelase. Microrganismo e substrato utilizados apresentaram potencial para processos de produção de enzimas em cultivo semi sólido. A umidade mostrou-se estatisticamente significativa para a CMCase.

Palavras chaves

celulase; bagaço de caju; Penicillium chrysogenum

Introdução

Na região Nordeste do Brasil, são produzidas cerca de 200 mil toneladas de castanha e dois milhões de toneladas de pedúnculo de caju por ano (OLIVEIRA e ANDRADE, 2007). O aproveitamento do pedúnculo, entretanto, é inferior a 20%. Seus principais usos são o consumo in natura e a fabricação de doces, compotas e bebidas. Uma das causas para o baixo aproveitamento está relacionada ao seu tempo de deterioração, que ocasiona excessivas perdas no campo e na indústria (CAMPOS, 2003). Uma alternativa viável para utilização dos resíduos agrícolas é a utilização desses na produção de enzimas utilizando fungos filamentosos, uma vez que tais microrganismos podem se desenvolver em condições adversas, como baixa umidade, pH e temperaturas variadas, sendo ideais para o cultivo semi sólido. O processo de fermentação semi-sólida (FSS) envolve o crescimento e metabolismo do microrganismo na ausência ou quase ausência de água livre, empregando um substrato sólido, ou suporte. A FSS se apresenta como uma tecnologia que promove a diminuição de problemas ambientais (ROCHA, 2010), gerando altos rendimentos e baixa demanda energética quando comparada à fermentação submersa (KRISHNA, 2005). O pedúnculo de caju apresenta teor de celulose de 20,56% (GOUVEIA et al., 2009), permitindo aos microrganismos que atuam degradando materiais celulósicos de produzir enzimas celulolíticas (CASTRO, 2006). No presente trabalho avaliou-se a produção de celulase através da FSS, usando como substrato o pedúnculo de caju seco e o fungo filamentoso Penicillium chrysogenum. Com base na metodologia do planejamento experimental fatorial, foi possível avaliar a influência da umidade inicial do meio e da concentração de sulfato de amônio e de carboximetilcelulose (CMC) na solução salina nutriente.

Material e métodos

O resíduo do caju, obtido da empresa produtora de castanhas CIONE, localizada em Fortaleza, foi lavado em água corrente, triturado e peneirado. O material fibroso foi lavado para a retirada dos açúcares seguindo metodologia de Fawole e Odunfa (2003) e seco em estufa com circulação de ar, a 70 ºC, por 48 horas. A cepa do fungo Penicillium chrysogenum usada foi da linhagem (807) da coleção ARS Culture Collection – BFPM Research Unit, National Center for Agriculture Utilization Research, mantido em placas com ágar batata dextrose a 30 °C. A obtenção do inóculo para a FSS foi realizada seguindo metodologia da EMBRAPA (FARINAS et al., 2008). As fermentações foram realizadas em Erlenmeyers de 250 mL contendo 5 g de pedúnculo de caju e concentração inicial de 1,0 x 10^6 esporos/g de meio sólido (COELHO et al., 2001) e uma quantidade da solução salina nutriente (KH2PO4 3 g/L, MgSO4.7H2O 1 g/L, (NH4)2SO4 5, 10 ou 15 g/L e CMC 1, 2 ou 3 g/L, pH corrigido para 5 com HCl 3 M e NaOH 0,1 M), variando com a umidade desejada (60, 65 e 70%) de acordo com um planejamento experimental 23. O meio foi esterilizado, sendo o microrganismo inoculado e a mistura incubada em estufa bacteriológica a 30 °C. Após 120 horas de fermentação, foi realizada a etapa de extração do complexo enzimático de acordo com Coelho et al., (2001). A atividade celulolítica com carboximetilcelulose (CMC) e celulose cristalina (avicel) foi determinada pelo método descrito por Ghose (1987) e a concentração de açúcares redutores totais foi determinada pelo método do DNS (MILLER, 1959). Uma unidade de atividade enzimática (UI) foi definida como a quantidade de enzima necessária para liberar 1 µmol de glicose por minuto nas condições do teste. Os ensaios de atividade foram realizados em duplicata.

Resultado e discussão

A atividade máxima de CMCase foi obtida quando as três variáveis possuíam valor do nível superior do planejamento (umidade 70%, concentração de (NH4)2SO4 e CMC na solução salina nutriente de 15 e 3 g/l, respectivamente), alcançando valor de 0,497 UI/mL de extrato enzimático. Os demais valores podem ser vistos na Figura 1. O diagrama de Pareto observado na Figura 2A mostra que a umidade foi estatisticamente significativa na atividade da CMCase para um nível de 95% de confiança dentro da faixa estudada, bem como a interação entre a umidade e a concentração de (NH4)2SO4 na solução nutriente. Na análise da atividade com Avicel, nenhum fator mostrou-se estatisticamente significativo para o mesmo nível de confiança (Figura 2B) e o valor máximo (0,012 UI/mL) foi obtido quando a umidade assumiu valor de 60% e as concentrações de (NH4)2SO4 e CMC foram de 5 e 1 g/L, respectivamente. Oliveira Júnior (2014), usando o bagaço do coco como substrato conseguiu uma atividade de CMCase de 0,176 UI/mL e para a avicelase de 0,020 UI/mL, demonstrando que os resultados com pedúnculo de caju são promissores.

Planejamento fatorial 2³ e resultados da atividade de CMCase e Avicelase produzidas pelo fungo P. chrysogenum


Gráfico de Pareto da Umidade, concentração de sulfato de amônio e CMC para as atividades de (A) CMCase e (B) Avicelase.

Conclusões

A reutilização de resíduos oferece uma alternativa para a redução do impacto ambiental causado e também uma redução nos custos do processo fermentativo. O fungo Penicillium chrysogenum apresentou atividades enzimáticas de 0,497 UI/mL para CMCase e 0,012 de avicelase usando o pedúnculo de caju como substrato, mostrando desta maneira que este resíduo lignocelulósico é bom substrato para o desenvolvimento de microrganismos. O aumento da umidade resultou em um aumento estatisticamente significativo (95% de confiança) da atividade de CMCase.

Agradecimentos

Aos órgãos de fomento CAPES e CNPQ e à UFRN.

Referências

CAMPOS, A. R. N.; Enriquecimento protéico do bagaço do pedúnculo de caju (Anacardium occidentale L.) por fermentação semi-sólida. Campina Grande: UFCG, 2003. 85f. (Dissertação de mestrado).
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FARINAS, C. S.; LEMO, V.; RODRÍGUES-ZÚÑIGA, U. F.; BERTUCCI NETO, V.; COURI, S. Avaliação de diferentes resíduos agroindustriais como substratos para produção de celulases por fermentação semi-sólida. Embrapa Instrumentação Agropecuária. São Carlos, 2008.
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OLIVEIRA JÚNIOR, S. D. Produção de enzimas por fungos em fermentação semi-sólida utilizando bagaço de coco e pedúnculo de caju como substratos. 113f. Dissertação de Mestrado. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2014.
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