Biomassa e extração de quitina e quitosana a partir de isolados de Cunninghamella sp / Biomass and chitin and chitosan extraction from Cunninghamella sp. Isolates

O estudo objetivou avaliar a produção de biomassa de nove isolados de Cunninghamella sp. e da cepa referência de Cunninghamella elegans (CBMAI 0843) e estabelecer a capacidade de produção de quitina e quitosana por estas cepas. Assim como, caracterizar a quitosana fúngica obtida por parâmetros como massa molar, grau de desacetilação e distribuição dos grupos funcionais ao longo da cadeia polimérica. Para a maioria das cepas avaliadas, o período de maior crescimento foi em 48 horas de cultivo, sendo que, neste período, o isolado UFT Ce08 apresentou a maior quantidade de biomassa, 20,17 g L-1. Os rendimentos de quitina ficaram entre 15,64 a 30,33% e os rendimentos de quitosana entre 0,94 a 7,43%. A cepa UFT Ce11 apresentou o melhor quantitativo de quitina e a cepa UFT Ce09, mesmo apresentando o segundo menor quantitativo de biomassa, 9,34 g L-1, teve o melhor rendimento de quitosana. Sete cepas isoladas no presente estudo apresentaram maior rendimento de quitosana comparada à cepa referência. O grau médio de desacetilação foi de 83,7% para quitosana obtida do isolado UFT Ce09 e 80,5% para quitosana obtida da cepa referência. As massas molares para a quitosana do isolado UFT Ce09 e da cepa referência foram de 43,031 e 19,215 g mol-1, respetivamente. A espectrometria de infravermelho apresentou bandas com comprimentos de onda e grupos funcionais coincidentes com a literatura e com a quitosana comercial. A quitosana fúngica deste estudo apresentou propriedades que atestam sua qualidade e características de interesse biotecnológico e comercial (AU).

The aim of this study was to evaluate the biomass production of nine Cunninghamella sp. isolates as well as by the reference strain Cunninghamella elegans (CBMAI 0843) and establish the chitin and chitosan production capacity by these strains. For most of the tested strains, the highest growth period was within 48 hours of cultivation, although the UFT Ce08 isolate showed the highest amount of biomass, with 20.17 g L-1. Chitin yields were between 15.64 to 30.33% and chitosan yields were between 0.94 to 7.43%. The UFT Ce11 strain presented the best chitin quantity and UFT Ce09 strain, even with the second smallest biomass quantity, had the best chitosan yield. This means that seven isolated strains in this study showed higher chitosan yield compared to the reference strain. The degree of deacetylation was 83.7% for the chitosan obtained from the UFT Ce09 isolate and 80.5% for the chitosan obtained from the reference strain. The chitosan molecular weight for the UFT Ce09 isolate and the reference strain were 43.031 g mol-1 and 19.215 g mol-1, respectively. The infrared spectroscopy presented bands with wavelengths and functional groups coincident to the literature and to the commercial chitosan. The fungal chitosan of this study showed properties that confirm its quality and characteristics of biotechnological and commercial interest (AU).

Produção de proteases por fungos filamentosos isolados do cerrado do centro-oeste brasileiro / Protease production by filamentous fungi isolated from the midwestern Brazilian Cerrado

Proteases ácidas pertencem a um importante grupo de enzimas industriais produzidas por fungos filamentosos, com aplicações na indústria de alimentos, de couro, farmacêutica e de cosméticos. O objetivo principal deste trabalho foi avaliar a produção de proteases ácidas extracelulares de fungos filamentosos isolados do solo do cerrado do centro-oeste brasileiro. Inicialmente, foi realizada uma triagem para avaliar a capacidade de 17 linhagens de fungos quanto à produção de protease em meio de cultura contendo Agar-leite. O fungo Aspergillus foetidus foi selecionado como melhor produtor de protease ácida extracelular. Visando à otimização da produção de proteases pelo fungo selecionado, avaliou-se a influência de diversos fatores no cultivo (pH, temperatura, agitação e diferentes fontes de nitrogênio e carbono). Após essa etapa, um planejamento experimental estatístico foi realizado com as variáveis independentes temperatura, pH inicial do meio e fonte de carbono e nitrogênio. A produção máxima de protease foi encontrada (63,7 U/mL) nas condições: pH inicial do meio igual a 7,0 a 28 ºC, 150 rpm em peptona 2% (p/v). Os estudos em biorreator demonstraram produção de protease nas condições de agitação e aeração iguais à 300 rpm e 1,0 vvm, após 120 h de cultivo. Os ensaios com diferentes temperaturas para a estimativa dos parâmetros termodinâmicos demonstraram que a protease ácida produzida pelo fungo é altamente estável apresentando máxima atividade em pH 5,0 e temperatura ótima igual a 55ºC. E, finalmente, para a purificação da enzima foi realizada cromatografia de gel-filtração. A enzima apresentou massa molecular de 50,6 kDa, e a análise do zimograma confirmou a atividade proteolítica. Além disso, a protease purificada foi inibida pelo composto pepstatina, indicando uma característica de protease ácida. Esses resultados obtidos demonstram um fungo filamentoso produtor de uma nova protease ácida com potencial aplicação para indústria farmacêutica e de cosméticos

The acid proteases belong to the most important group of industrial enzymes produced by filamentous fungi, with applications in the food, leather, pharmaceutical and cosmetics industries. This study aimed the evaluation of extracellular acid proteases production from filamentous fungi isolated from different samples of the midwestern Brazil cerrado. Initially, a screening was performed to assess the ability of the 17 strains of yeast for production of protease-agar medium containing milk culture. The Aspergillus foetidus was selected as the best producer. Aimed at optimizing the production of proteases by the selected fungus, first evaluated the influence of various factors on the cultivation (pH, temperatura, agitation and different sources of nitrogen and carbon). After this step, a statistical experimental design was carried out with the independent variables temperatura, initial pH of the medium and source of carbon and nitrogen. The best conditions for protease production were (63.7 U / mL): initial pH values greater than 7.0, at 28 °C, 150 rpm peptone 2% (w/v). Aiming future production of this protease in industrial scale, studies have shown better in bioreactor protease production under the conditions of agitation and aeration equal to 300 rpm and 1.0 vvm, after 120 h of cultive. The tests at different temperaturas to estimate the thermodynamic parameters showed that the acid protease produced by the fungus is highly stable with maximum activity at pH 5.0 and optimum temperatura of 55 °C. And finally, for the purification of the enzyme were performed gel-filtration chromatography. The enzyme had a molecular mass of 50.6 kDa, and the analysis of the zymogram showed a proteolytic band. Furthermore, the purified protease was inhibited by pepstatin compound, indicating a feature of acid protease. These results demonstrate a new filamentous fungus producing acid protease with potential application to pharmaceuticals and cosmetics

Produção e extração de colorantes naturais de Penicillium purpurogenum DPUA 1275 / Production and extraction of natural colorants from Penicillium purpurogenum DPUA 1275

Há interesse mundial no desenvolvimento de pesquisas envolvendo produção e extração de colorantes naturais, devido a sérios problemas de segurança industrial associados ao uso de colorantes sintéticos. Este trabalho objetivou produzir colorantes naturais de Penicillium purpurogenum DPUA 1275 por cultivo submerso (em frascos agitados e em biorreator) e estudar a extração dos colorantes vermelhos. Para a produção, os estudos iniciais mostraram que 5 discos de micélio, sacarose e extrato de levedura como fontes de carbono e nitrogênio, respectivamente, e 336 horas de cultivo eram condições adequadas para a produção dos colorantes. Visando à otimização da produção, realizaram-se planejamentos fatoriais, com as variáveis independentes: tempo de cultivo; velocidade de agitação; pH; temperatura; concentração de sacarose e de extrato de levedura. As variáveis-respostas foram produção de colorantes amarelos, laranjas e vermelhos. Dos resultados obtidos, as variáveis mais significativas ao processo foram concentrações de extrato de levedura e de sacarose. A produção dos colorantes vermelhos foi otimizada, alcançando a produção de 2,97 UA490nm, nas condições 48,90 e 11,80 g/L de sacarose e extrato de levedura, respectivamente, 30°C, pH 4,5 150 rpm e 336 horas de cultivo. Nos experimentos em biorreator, o melhor resultado foi obtido na frequência de agitação de 500 rpm e na mudança do pH do meio para 8,0, após 96 horas de bioprocesso. Ademais, avaliou-se a estabilidade dos colorantes vermelhos presentes no meio fermentado em diferentes condições (pH, temperatura, sais, polímeros e tensoativos). Referente a pH e temperatura, os colorantes vermelhos mostraram-se mais estáveis nas condições alcalinas e a 70 °C. Tanto os sais (NaCl e Na2SO4) quanto os polímeros (PEG 1.000, 6.000 e 10.000 g/mol e NaPA 8.000 g/mol a 5 e 15%) e os tensoativos (Tween 20, CTAB e SDS) não causaram perda da cor nas condições avaliadas. Estudos de solubilidade e de coeficiente de partição octanol-água mostraram que os colorantes vermelhos apresentam solubilidade superior em solventes polares e característica mais hidrofílica. Nos estudos de extração, as técnicas avaliadas foram Sistemas Poliméricos de Duas Fases Aquosas (SPDFA) formados pelo sistema PEG/NaPA e Colloidal Gas Aphrons (CGA). Pela primeira técnica, os colorantes vermelhos migraram preferencialmente para a fase PEG. Os polímeros PEG 6.000 g/mol, na presença de NaCl 0,1 e 0,5 M, e PEG 10.000 g/mol, com Na2SO4 0,5M, se destacaram dentre as condições analisadas com coeficiente de partição (K) próximo a 13, em ambos os casos, e seletividade de proteínas (SeP) próximas a 3. Para a técnica de CGA, o CTAB proporcionou os melhores resultados, seguido do Tween 20. Porém, o valor de K foi inferior ao obtido com SPDFA, com um máximo de 5 (CTAB 2 mM/pH 9,0). Os resultados obtidos demonstram um novo produtor de colorantes naturais, as quais têm potencial de aplicação em diversos segmentos industriais. Ademais, os resultados obtidos mostraram a eficiência das técnicas utilizadas para extração dos colorantes vermelhos, com destaque para SPDFA, que apresentou maiores valores de K

There is worldwide interest in developing research projects involving the production and extraction of natural colorants due to serious safety problems associated with industrial use of synthetic ones. The aim of this work was to investigate the production of natural colorants from Penicillium purpurogenum DPUA 1275 by submerged culture (rotatory shaker and bioreactor) besides studying the red colorants extraction. To the production step, initial studies showed that 5 agar mycelial discs, sucrose and yeast extract as carbon and nitrogen sources, respectively, and 336 hours of bioprocess promoted the best results. To optimize the colorants production a serie of factorial designs were performed. The independent variables studied were: fermentation time, agitation speed, pH, temperature, sucrose and yeast extract concentration under the responses production of yellow, orange and red colorants. From these results, the most significant variables for the process were sucrose and yeast extract concentration. The red colorants production was optimized achieving 2.97 UA490nm, in the following conditions: 48.90 and 11.80 g/L of sucrose and yeast extract, respectively, 30 °C, 4.5 pH, 150 rev min-1 and 336 hours of culture. In the experiments performed in bioreactor, the condition that promoted the best results was 500 rpm and pH adjusted for 8.0 after 96 hours of bioprocess. Furthermore, we evaluated the red colorants stability at different conditions (pH, temperature, salts, polymers and surfactants). Concerning to pH and temperature, the red colorants were more stable under basic conditions and 70 °C; not only the salts (NaCl and Na2SO4) but also the polymers (PEG 1000, 6000 and 10000 g/mol and NaPA 8000 g/mol) and the surfactants (Tween 20, CTAB and SDS) not promoted loss of color upon the conditions evaluated. Studies of red colorants solubility and octanol water coefficient showed that these compounds exhibit a higher solubility in polar solvents and present hydrophilic characteristics. Subsequently, the extraction of red colorant was evaluated through two extraction methods: Polymeric Systems Aqueous Two Phase (ATPS) composed by PEG and NaPA and Colloidal Gas Aphrons (CGA). For the first technique, the red colorant preferentially migrated to the PEG phase. The best results were obtained with PEG 6000 g/mol in the presence of 0.1 to 0.5 M NaCl and with PEG 10000 g/mol with 0.5 M Na2SO4. To both cases the partition coefficient (K) was close to 13 and the Selectivity in terms of proteins (SeP) was close to 3. For the CGA technique, CTAB gave the best results followed by Tween 20. However, the K values were lower than the ones obtained with ATPS with a maximum of 5 in the following condition: CTAB 2 mM/pH 9.0. For the SeP, the values obtained for both techniques were close. The results above show a new producer of natural colorants which have potential application in various industries. Moreover, the results show the efficiency of the techniques used to extract the red colorants, especially to ATPS that presented higher K values