Aproveitamento de Agro-Resíduos para a Produção de Enzimas Amilolíticas

ISBN 978-85-85905-19-4

Área

Química Tecnológica

Autores

Bolner de Lima, C.J. (IFMT/CAMPUS CÁCERES) ; Reis, J.F. (IFMT/CAMPUS CÁCERES) ; Virães Barbosa dos Santos, M. (IFMT/CAMPUS CÁCERES) ; da Silva Maciel, R. (IFMT/CAMPUS CÁCERES)

Resumo

Os objetivos deste projeto foram isolar e selecionar fungos filamentosos produtores de enzimas hidrolíticas, bem como testar se o resíduo agroindustrial, oriundos das plantações de milho é capaz de induzir maior nível de produção enzimática. O isolamento dos fungos filamentosos foi realizado a partir da coleta de solo da região de Cáceres/MT e de alguns alimentos como pães. A atividade amilásica foi determinada por método colorimétrico através de espectrofotometria UV-visível. Ao avaliar o efeito de diversos resíduos lignocelulósicos sobre a produção de amilases por Aspergillus sp., verificou-se que níveis mais elevados de atividade foram detectados em meio a 80% de umidade e suplementado com farelo de trigo (4,71 U/mL).

Palavras chaves

Amilase; Fermentação; Biocombustíveis

Introdução

Enzimas são proteínas específicas que aceleram a velocidade da reação química por diminuir a energia de ativação da reação de diversos processos metabólicos, são também chamadas de biocatalisadores (LENINGER et al., 2007). A amilase, enzima responsável pela degradação do amido, é amplamente utilizada pela indústria de alimentos, e seu meio de obtenção são células, em especial, de microrganismos capazes de se reproduzir em meios de culturas específicos (BRAVO et al., 2000; PANDEY et al., 2005). Além das indústrias de alimentos, as enzimas vêm se destacando na extração de óleos, utilizados na cadeia produtiva do biodiesel, por esmagadura de oleaginosas e hidrólise de resíduos lignocelulósicos produzindo açúcares fermentáveis, utilizados na cadeia produtiva do bioetanol (JESUS et al, 2013). Assim, a demanda por estes catalisadores vem crescendo rapidamente impulsionada, em parte, pelo mercado nascente do etanol de segunda geração (SANTOS et al, 2015). Portanto, o objetivo deste trabalho foi isolar do meio ambiente linhagens de microrganismos fungicos, potencialmente, capazes de produzir a enzima amilase, utilizando como fonte de carbono, resíduos agroindustriais, oriundos das plantações de soja, milho, trigo, e arroz, cultivados no Estado do Mato Grosso, agregando assim, valor comercial a esses subprodutos da lavoura.

Material e métodos

Os resíduos de soja, milho, arroz e trigo foram coletados em diferentes regiões do Estado do Mato Grosso. Todo o material antes de ser utilizado nos experimentos foi esterilizado a 121 oC por 15 min e armazenado em refrigeradores adequados na temperatura de -4 oC. Para o isolamento dos fungos filamentosos, a metodologia adotada foi a de plaqueamento, através da técnica de diluições seriadas, onde 25 g de amostra de solo foram homogeneizadas em 225 mL de água peptonada 0,1%. As amostras foram plaqueadas em placas de Petri contendo meio PDA (potatodextrose-ágar) acidificado e 10% de amido. As placas foram incubadas a 35°C, em estufa bacteriológica, durante 5 dias para o crescimento. Conídios das linhagens fúngicas foram cultivados em meio sólido g/L: PDA (20); amido (100); fosfato de potássio (0,5); fosfato de magnésio (0,3) e sulfato amônio (2), a 30°C durante 5 dias, sendo as suas concentrações ajustadas em Câmara de Neubauer para 1,0 x 107 conídios/mL. Um mililitro dessa suspensão foi inoculado em frascos Erlenmeyers de 125 mL, contendo 25 mL de meio líquido suplementado com 5 g das diferentes fontes de carbono umedecidos a 80%. Após o crescimento em meio liquido por períodos pré-estabelecidos, as culturas foram filtradas a vácuo em funil de Büchner. Desta forma, foram obtidos os filtrados dos meios de cultivo livres de células, os quais foram utilizados como fonte de enzimas. Todos os cultivos foram realizados em duplicata. A atividade amilásica foi determinada utilizando-se como substrato uma solução 1 % (m/v) de amido a pH 5,5. A mistura de reação foi incubada em banho-Maria a 50 °C. Em intervalos de tempo apropriados, a reação foi interrompida e a determinação de açúcares redutores liberados foi realizada de acordo com Miller (1959).

Resultado e discussão

Ao avaliar o efeito de diversos resíduos lignocelulósicos sobre a produção de amilases por Aspergillus sp., (Tabela 1), verificou-se que níveis mais elevados de atividade foram detectados em meio suplementado com farelo de trigo (4,71 U/mL).Kunamneni et al. (2005) obtiveram uma atividade enzimática de 5,34 U/mL quando utilizaram farelo de trigo, na produção de amilase por FES, a partir do fungo Thermomyces lanuginosus, após um período de 120 horas de fermentação, com 90% de umidade inicial a 50ºC. De acordo com Pandey (1992) a maioria dos fungos quando submetidos a FES apresenta uma maior produção com farelo de trigo devido suas propriedades nutricionais e sua textura. Similarmente, ao estudar a produção de amilases por A. oryzae, Tunga e Tunga (2003) verificaram que os maiores níveis de produção foram obtidos quando este fungo foi cultivado em presença de farelo de trigo. Isso vai ao encontro dos autores Vijayaraghavan, Remya e Prakash (2011), que na maioria dos estudos, o farelo de trigo tem sido o substrato de escolha para a indução de amilases. De acordo com Gupta et al. (2003), os substratos amiláceos são as principais fontes de carbono empregadas para induzir a síntese e liberação de amilases, podendo ser empregados resíduos agroindustriais ou de processamento do amido, os quais contêm quantidades residuais de amido suficientes para este fim.

Efeito de diferentes resíduos agroindustriais sobre a produção de amilases por Aspergillus sp., à 30°C com 80% de umidade e 168 h de tempo de cultivo.

Conclusões

O fungo filamentoso Aspergillus sp. apresentou potencial para produção de amilase. Além de possibilitar uma importante alternativa para a reciclagem de resíduos agroindustriais, o desenvolvimento destas tecnologias de produção poderá reduzir os custos finais do processo, como também amenizar os problemas ambientais decorrentes do acúmulo destes resíduos na natureza. Vale frisar, que o melhor resultado encontrado para a atividade enzimática foi de 4,7 U/mL, após 168 horas de cultivo a 30 ºC, utilizando o farelo de trigo como única fonte de carbono.

Agradecimentos

Ao programa de Valorização da Produtividade em Pesquisa do Instituto Federal do Mato Grosso.

Referências

BRAVO, C.; CARVALHO, E.; SCHWAN, R.; GOMES, R.; PILON, L. Determinação de Condições Ideais para a Produção de Poligalacturonase por Kluyveromyces marxianus. Ciência e Agrotecnologia, v. 24, n. 1, p.137-152. 2000.

GUPTA, R.; GIGRAS, P.; MOHAPATRA, H.; GOSWAMI, V. K.; CHAUHAN, B. Microbial α-amylases: biotechnological perspective. Process Biochemistry, London, v. 38, n. 11, p. 1-18, 2003.

JESUS, J.G.N. et al. Seleção e identificação de microrganismos produtores de amilases isolados da microbiota associada a resíduos agrícolas de cacau e dendê. Diálogos&Ciência, n. 33, p. 7-12, 2013.

KUNAMNENI, A.; PERMAUL, K.; SINGH, S. Amylase production in solid state fermentation by the thermophilic fungus Thermomyces lanuginosus. Journal of Bioscience and Bioengineering, v. 100, n. 2, p. 168-171, 2005.

LEHNINGER, A. L.; NELSON, D.L.; COX, M. M. Princípios de Bioquímica. 5 ed., São Paulo: Sarvier, 2007.

MILLER, G. H. Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugar. Annals of Chemistry, Washington, v. 31, n. 3, p. 426-429, 1959.

PANDEY, A. Production of starch saccharifying enzyme in solid culture. Starch-Stärke, v. 44, n. 2, p. 75-77, 1992.

PANDEY, A.; WEBB, C.; SOCCOL, C.R.; LARROCHE, C. Enzym e Technology. 1a ed. New Delhi: Asiatech Publishers, p. 760, Inc, 2005.

SANTOS, R.S. et al. Avaliação de coprodutos sólidos da cadeia do biodiesel como fonte de carbono para produção de enzimas holocelulolíticas sintetizadas por Aspergillus tubingensis AN1257. Revista Sodebras, v. 10, n. 112, p. 11-16, 2015

TUNGA, R.; TUNGA, B. S. Extra-cellular amylase production by Aspergillus oryzae under solid state fermentation. International Center for Biotechnology. Japan: Osaka University, 2003. 12 p.

VIJAYARAGHAVAN, C. S.; REMYA, S. G.; PRAKASH, V. Production of a-amylase by Rhizopus microsporus using agricultural by-products in solid state fermentation. Research Journal of Microbiology, New York, v. 6, n. 4, p. 366-375, 2011.