Filamentous fungi producing enzymes under fermentation in cassava liquid waste / Fungos filamentosos produtores de enzimas sob fermentação em manipueira

The conversion of agroindustrial residues by microorganisms has been explored from fermentative processes to obtain several bioactive molecules. The objective of this work was to isolate and select filamentous fungi present in cassava liquid waste for the production of amylase, carboxymethylcellulose (CMCase), pectinase and xylanase using the same residue as induction substrate in fermentative processes. A total of 65 filamentous fungi were isolated and qualitative tests indicated that approximately 86% of these strains were able to produce at least one of the enzymes and 32% capable of producing the four enzymes. Fermentation assays in cassava liquid residue-containing medium showed 6 fungal lines as potential enzyme producers. The maximum activities of pectinase, xylanase, amylase and CMCase were respectively observed at 96 hours of fermentation by the strain by the strain Aspergillus sp. B5C; at 120 hours (163.6 ± 0.13 nKat mL-1), by Aspergillus sp. B4I; at 144 hours (99.8 ± 0.24 nKat mL-1), by Penicillium sp. B3A; and at 48 hours (55.5 ± 0.21 nKat mL-1), by Aspergillus sp. B4O. These results suggest that cassava liquid waste was source of filamentous fungi producing amylase, CMCase, pectinase and xylanase, as well as a promising alternative substrate for bioprocesses aiming the production of enzymes.

A conversão de resíduos agroindustriais por micro-organismos tem sido explorada a partir de processos fermentativos para obtenção de diversas moléculas bioativas. O objetivo deste trabalho foi isolar e selecionar fungos filamentosos presentes em manipueira para produção de amilase, carboximetilcelulase (CMCase), pectinase e xilanase utilizando o próprio resíduo como substrato indutor. Um total de 65 fungos filamentosos foi isolado e testes qualitativos indicaram que, aproximadamente, 86% dessas linhagens foram hábeis em produzir pelo menos uma das enzimas e 32% capazes de produzir as quatro enzimas. Ensaios fermentativos em meio contendo manipueira apontaram 6 linhagens fúngicas como potenciais produtoras de enzimas. As atividades máximas de pectinase, xilanase, amilase e CMCase foram observadas, respectivamente, às 96 horas de fermentação (67.4 ± 0,6 nKat mL-1), pela linhagem Aspergillus sp. B5C; às 120 horas (163.6 ± 0,13 nKat mL-1), por Aspergillus sp. B4I; às 144 horas (99.8 ± 0,24 nKat mL-1), por Penicillium sp. B3A; e às 48 horas (55.5 ± 0,21 nKat mL-1), por Aspergillus sp. B4O. Estes resultados sugerem a manipueira como fonte de fungos filamentosos produtores de amilase, CMCase, pectinase e xilanase, além de um promissor substrato alternativo para bioprocessos visando a produção dessas enzimas.

Passion fruit and apple: from residues to antioxidant, antimicrobial and anti-Alzheimer's potential / Maracujá e maçã: de resíduos ao potencial antioxidante, antimicrobiano e anti-Alzheimer

ABSTRACT: The waste in the fruit production chain, including the juice and pulp industries, produces large quantities of leftover husks, seeds and bagasse. This volume of waste generates huge environmental and economic impact. The objective of this research was to determine the potential of using residues from passion fruit (Passiflora edulis) and apple (Malus domestica) varieties in the production of functional flours. Passion fruit flour showed greater reduction of DPPH (EC50%: 50.4μg/mL) radicals, showing antioxidant potential, as well as a more efficient inhibition of Staphylococcus aureus (71.3±1.2μg/mL), with a modest; however efficient, inhibition of acetylcholinesterase (10%). All Apple flours were good antioxidants and the fuji apple flour stood out inhibiting Pseudomonas aeruginosa (78.6±3.1μg/mL). All the residues showed potential for use as a functional product either as a source of antioxidants, a natural (antimicrobial) preservative for dry foods or supplementary use by patients with Alzheimer's disease.

RESUMO: O desperdício na cadeia produtiva de frutos, incluindo as indústrias de suco e polpa, produz grandes quantidades de resíduos, como cascas, sementes e bagaços. Esse volume de resíduos gera impacto ambiental e econômico. O objetivo deste trabalho foi determinar o potencial de aproveitamento de resíduos de maracujá (Passiflora edulis) e de variedades de maçã (Malus domestica) na produção de farinhas funcionais. A farinha de maracujá apresentou maior redução de radicais DPPH (EC50%: 50,4μg/mL), demonstrando potencial antioxidante, maior inibição de Staphylococcus aureus (71,3±1,2μg/mL) e da acetilcolinesterase (10%). Todas as farinhas de maçã foram boas antioxidantes e a fuji destacou-se inibindo Pseudomonas aeruginosa (78,6±3,1μg/mL). Todos os resíduos mostraram potencial para aproveitamento como produto funcional, seja como fonte de antioxidantes, conservante natural (antimicrobiano) para alimentos secos ou uso suplementar no tratamento de Alzheimer.

Resíduo úmido de cervejaria na terminação de cordeiros em confinamento e seus efeitos sobre as características da carcaça e dos componentes não carcaça / Wet brewery residue in the finishing of feedlot lambs and its effects on the carcass characteristics and non-carcass components

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de níveis crescentes de substituição da silagem de sorgo por resíduo úmido de cervejaria sobre as características da carcaça e dos componentes não carcaça de cordeiros terminados em confinamento. Foram utilizados 24 cordeiros machos, não castrados, oriundos de parto simples e mantidos em baias individuais. Os tratamentos foram constituídos por quatro níveis de substituição de silagem de sorgo por resíduo úmido de cervejaria, sendo: 0%; 33,5%; 66,5% e 100% de substituição. Utilizou-se uma relação volumoso:concentrado de 50:50, com base na matéria seca. O concentrado era constituído por milho desintegrado, farelo de soja e mistura mineral. As dietas eram isoproteicas, contendo 18,81% de proteína bruta. Os cordeiros foram abatidos quando atingiram o escore de condição corporal estabelecido em 3 (escala de 1 a 5). As características de carcaça analisadas não foram influenciadas significativamente (P>0,05) pela substituição de silagem de sorgo por resíduo úmido de cervejaria, sendo obtidos valores médios de 18,92kg para peso de carcaça quente, 18,22 kg para peso de carcaça fria, 47,03% para rendimento de carcaça quente, 45,29% para rendimento de carcaça fria e 3,41% para índice de quebra ao resfriamento. Quanto às proporções dos diferentes cortes comerciais avaliados, em relação ao peso de carcaça fria, foram verificados valores médios de 31,86% para perna, 18,12% para paleta, 39,46% para costilhar e 9,08% para pescoço. As proporções de diafragma, omaso cheio e omaso vazio, em relação ao peso vivo ao abate dos cordeiros, diminuíram linearmente (P≤0,05). As demais variáveis dos componentes não carcaça avaliadas não foram influenciadas (P>0,05) pelos níveis de resíduo úmido de cervejaria das dietas. Pode-se recomendar o uso de resíduo úmido de cervejaria como fonte exclusiva de alimento volumoso quando se utiliza uma relação volumoso:concentrado de 50:50, em base de matéria seca, para terminação de cordeiros em sistema de confinamento.(AU)

The objective of this study was to evaluate the effect of increasing levels of substitution of sorghum silage by wet brewery residue as forage food on carcass characteristics and non-carcass components of lambs finished in feedlot. Twenty four non castrated male lambs, Suffolk breed, single birth were maintained in individual stalls. The treatments consisted of four substitution levels of sorghum silage by wet brewery residue (0%; 33.5%; 66.5% or 100% of substitution). Roughage and concentrate were used at a 50:50 ratio, based on dry matter. The concentrate was composed of ground corn, soybean meal and mineral mixture. The diets were isoproteic containing 18.81% crude protein. The lambs were slaughtered when they reached the body condition score of 3 (ranging from 1 to 5). The carcass traits were not affected significantly (P>0,05) by substitution of sorghum silage by wet brewery residue. The average values of hot carcass weight, cold carcass weight, hot carcass yield, cold carcass yield and cooling weight losses were 18.92 kg, 18.22 kg, 47.03%, 45.29%, 3.41%, respectively. The proportion of commercial cuts in relation to the cold carcass weight, was 31.86% for leg, 18.12% for shoulder, 39.46% for ribs and 9.08% for neck. The proportion of diaphragm, omasum full and empty omasum in relation to body weight at slaughter decreased linearly (P≤0.05). The remaining variables of non-carcass components were not affected (P>0.05) by wet brewery residue inclusion. We recommend the use of wet brewery residue as exclusive source of roughage food when using roughage:concentrate at 50:50 ratio on a dry matter basis, for finishing feedlot lambs.(AU)

Produção biotecnológica de biossurfactante por Lactococcus lactis CECT-4434 a partir de resíduos agroindustriais e avaliação de suas propriedades / Biotechnological production of biosurfactant by Lactococcus lactis CECT- 4434 from agroindustrial residues and evaluation of its properties

A bactéria Lactococcus lactis subsp. lactis CECT-4434 foi empregada para investigar o efeito da composição do meio de cultivo na produção biotecnológica de biossurfactante e, adicionalmente bacteriocina. Utilizou-se resíduos agroindustriais, tais como soro de leite e vinhaça de uva, para formular meios de cultivos mais econômicos e naturais, suplementados sacarose e extrato de levedura. Um planejamento fatorial fracionado 24, com adição de três ensaios nos pontos centrais foi empregado para avaliar a influência destas variáveis. A produção de biossurfactante foi influenciada positivamente pela concentração soro de leite, onde 15 % deste demonstrou melhor resultado reduzindo a tensão superficial em cerca de 18,1 mN/m, alcançando produção máxima de biossurfactante equivalente em surfactina de 11,02 mg/L. Em relação à síntese de bacteriocina, a fonte de carbono adicional (sacarose) interferiu de forma antagonista, ou seja, quanto menor a concentração de sacarose, maior a síntese de bacteriocina (com aumento da zona de inibição em 14,2% contra Staphylococcus aureus CECT-239). Observou-se que o ensaio conduzido em biorreator, sob microaeração com 5% de oxigênio dissolvido, promoveu maior produção de biossurfactante (11,6 mg/L) quando comparados aos estudos conduzidos com maior concentração de oxigênio entre 30 a 100%, com produção em média de 2,3 mg/mL. Destaca-se que nenhum estudo da influência do oxigênio dissolvido, principalmente em microaerofilia, para a produção de biossurfactante por bactérias láticas já havia sido realizado. Ademais, o biossurfactante produzido se mostrou altamente estável frente a valores extremos de pH e temperatura, além de demonstrar notável propriedade antimicrobiana e antiadesiva, inibindo Listeria monocytogenes NADC 2045 e Salmonella entérica CECT-724 em mais de 90%.

Lactococcus lactis subsp. lactis CECT-4434 was used to investigate the effect of the composition of the culture media on the biotechnological production of biosurfactant and bacteriocin additionally. Agroindustrial residues, such as whey and grape vinasse, were used to formulate more economical and natural culture media, supplemented with sucrose and yeast extract. A fractional factorial design 24, with addition of three runs at the central points was used to evaluate the influence of these variables. The biosurfactant production was positively influenced by the concentration of whey, where 15% showed a better result reducing the surface tension by 18.1 mN/m, reaching a maximum production of biosurfactant equivalent in surfactin of 11.02 mg/L. In relation to bacteriocin synthesis, the sucrose interfered in an antagonistic way, that is, the lower the sucrose concentration, the greater the bacteriocin synthesis (with an increase in the zone of inhibition in 14.2% against Staphylococcus aureus CECT-239). It was observed that the bioreactor conducted under microaeration with 5% dissolved oxygen promoted a higher biosurfactant production (11.6 mg/L) when compared to studies conducted with a higher concentration of oxygen between 30 and 100%, with production on average 2.3 mg/mL. It is noteworthy that no study of the influence of dissolved oxygen, mainly in microaerophilic, for the biosurfactant production by lactic acid bacteria had already been carried out. In addition, the biosurfactant produced proved to be highly stable against extreme values of pH and temperature, and demonstrated remarkable antimicrobial and antiadhesive properties, inhibiting Listeria monocytogenes NADC 2045 and Salmonella entérica CECT-724 in more than 90%.

Fontes de carbono de baixo custo para a produção de xilanase termoestável por Aspergillus niger / Low-cost carbon sources for the production of a thermostable xylanase by Aspergillus niger

A strain of the filamentous fungus Aspergillus niger was isolated and shown to possess extracellular xylanolytic activity. These enzymes have biotechnological potential and can be employed in various industries. This fungus produced its highest xylanase activity in a medium made up of 0.1% CaCO3, 0.5% NaCl, 0.1% NH4Cl, 0.5% corn steep liquor and 1% carbon source, at pH 8.0. A low-cost hemicellulose residue (powdered corncob) proved to be an excellent inducer of the A. niger xylanolytic complex. Filtration of the crude culture medium with suspended kaolin was ideal for to clarify the extract and led to partial purification of the xylanolytic activity. The apparent molecular mass of the xylanase was about 32.3 kDa. Maximum enzyme activity occurred at pH 5.0 and 55-60ºC. Apparent Km was 10.41 ± 0.282 mg/mL and Vmax was 3.32 ± 0.053 U/mg protein, with birchwood xylan as the substrate. Activation energy was 4.55 kcal/mol and half-life of the crude enzyme at 60ºC was 30 minutes. Addition of 2% glucose to the culture medium supplemented with xylan repressed xylanase production, but in the presence of xylose the enzyme production was not affected.

Uma linhagem do fungo filamentoso Aspergillus niger foi isolada e apresentou atividade xilanolítica extracelular. Estas enzimas possuem grande potencial biotecnológico e podem ser aplicadas em diversas indústrias. O fungo produziu sua maior atividade de xilanase em um meio contendo CaCO3 0,1%, NaCl 0,5%, NH4Cl 0,1%, 0,5% água de maceração de milho e 1% de fonte de carbono, em pH 8,0. Um resíduo lignocelulósico de baixo custo (sabugo de milho em pó) mostrou ser um excelente indutor do complexo xilanolítico em A. niger. A filtração do extrato cru com caulim foi ideal para a clarificação do extrato e levou à purificação parcial da enzima. A massa molecular aparente da xilanase foi de 32,3 kDa. A máxima atividade da enzima ocorreu em pH 5,0 e a 55-60ºC. O Km aparente foi de 10,41 ± 0,282 mg/mL e a Vmax foi de 3,32 ± 0,053 U/mg proteína, utilizando-se xilana birchwood como substrato. A energia de ativação foi de 4,55 kcal/mol, e a meia-vida da enzima a 60ºC foi de 30 minutos. A adição de 2% de glicose ao meio de cultura suplementado com xilana reprimiu a produção de xilanase, mas em presença de xilose a produção da enzima não foi afetada.

Composição fenólica e atividade antioxidante de resíduos agroindustriais / Phenolic composition and antioxidant activity of agroindustrial residues

Atualmente, são produzidas milhões de toneladas de resíduos provenientes do processamento agroindustrial. Muitos deles são ricos em compostos bioativos sendo potenciais fontes naturais dessas substâncias. Assim, este trabalho teve como objetivo avaliar o teor de compostos fenólicos totais, a atividade antioxidante e a composição fenólica de três resíduos gerados por agroindústrias brasileiras: bagaço de uva Isabel (BI) (Vitis labrusca), bagaço de uva Verdejo (BV) (Vitis vinifera) e bagaço de goiaba (BG) (Psidium guajava). Os resultados do teor de compostos fenólicos totais (mg GAE g-1) encontrados nos extratos etanólicos e aquosos dos resíduos foram, respectivamente: BV (20,94±0,46; 8,03±0,43)> BI (16,57±0,19; 4,41±0,01)> BG (3,41±0,09; 1,88±0,06). Alta atividade antioxidante, principalmente em BV e BI, foi verificada nos ensaios realizados (ABTS ●, DPPH ● e auto-oxidação do sistema beta-caroteno/ácido linoléico). Uma forte correlação positiva entre atividade antioxidante e o teor de compostos fenólicos totais foi encontrada. Os compostos fenólicos encontrados, por cromatografia gasosa com espectrometria de massas (CG-EM), foram: ácido gálico, epicatequina, quercetina (BV, BI e BG); ácido isovanílico (BI, BG); ácido p-cumárico (BI); ácido caféico e resveratrol (BV, BI). Esses resultados mostram que os resíduos agroindustriais analisados, particularmente os vinícolas, são ricos em substâncias bioativas e podem ser explorados pela indústria de alimentos e farmacêutica.

Nowadays, the agro-industrial processing produces millions of tons of wastes. Many of them are rich in bioactive compounds, being a potential natural source of these substances. This study aimed to evaluate the content of total phenolics, antioxidant activity and phenolic composition of residues generated by three Brazilian agribusiness: Isabel grape pomace (PI) (Vitis labrusca), Verdejo grape pomace (PV) (Vitis vinifera) and guava pomace (PG) (Psidium guajava). The results of total phenolics content (mg GAE g-1) found in the ethanol and aqueous extracts of residues were: PV (20.94±0.46; 8.03±0.43)>PI (16.57±0.19; 4.41±0.01)>PG (3.41±0.09; 1.88±0.06). High antioxidant activity of these extracts, particularly PV and PI, was found by the methods DPPH ●, ABTS ● and beta-carotene bleaching method. A strong positive correlation between antioxidant activity and content of total phenolic compounds was found. The following phenolic compounds were found by gas chromatography with mass spectrometry (GC-MS): gallic acid, epicatechin, quercetin (PV, PI and PG); isovanilic acid (PI, PG), p-coumaric acid (PI), caffeic acid and resveratrol (PV, PI). The results show that these residues, particularly the wineries, are rich in bioactive substances and should be exploited by the food industry and pharmaceuticals.

Utilization of agroindustrial residues for lipase production by solid-state fermentation / Utilização de resíduos agroindustriais para produção de lipase por fermentação em estado sólido

The aim of this work was to produce lipases by solid-state fermentation (SSF) using, as substrate, agroindustrial residue supplemented with by-products from corn oil refining process or olive oil. For a group of ten fungi strains selected in the first steps, the lipase activity obtained by SSF varied from 7.7 to 58.6 U/g of dry substrate (gds). Among the evaluated strains, the Aspergillus niger mutant 11T53A14 was selected by presenting the best enzymatic production. For the fermentation tests, two substrates were also investigated: wheat bran and corn cob, both supplemented with olive oil. The best results were obtained with wheat bran. Additionally, three industrial by-products from corn oil refining (soapstock, stearin and fatty acids) were evaluated as substitutes to the olive oil in the function of lipases production inducer. Among them, soapstock and stearin were the best inducers, whereas fatty acids presented an inhibitor effect. The highest lipase activities using soapstock, stearin and fatty acids were 62.7 U/gds, 37.7 U/gds and 4.1 U/gds, respectively.

O objetivo deste trabalho foi produzir lipases por fermentação em estado sólido (FES) utilizando, como substrato, resíduo agroindustrial enriquecido com subprodutos do processo de refino do óleo de milho ou óleo de oliva. Para um conjunto de dez linhagens de fungos selecionadas nas primeiras etapas, a atividade lipásica obtida por FES variou de 7,7 a 58,6 U/g de substrato seco (gss). Dentre as linhagens avaliadas, o mutante Aspergillusniger 11T53A14 foi selecionado por apresentar a melhor produção enzimática.Para os testes de fermentação, dois substratos foram investigados: farelo de trigo e sabugo de milho, ambos enriquecidos com óleo de oliva. Nestes testes, os melhores resultados foram obtidos com farelo de trigo. Adicionalmente, três subprodutos industriais do refino do óleo de milho (borra, estearina e ácidos graxos) foram avaliados como substitutos do óleo de oliva na função de indutor para a produção de lipases. Dentre eles, borra e estearina demonstraram ser melhores indutores, enquanto ácidos graxos apresentaram um efeito inibidor. As mais altas atividades lipásicas utilizando borra, estearina e ácidos graxos foram 62,7 U/gss, 37,7 U/gss e 4,1 U/gss, respectivamente.