Column bioreactor use for optimization of pectinase production in solid substrate cultivation

ABSTRACT

This study aimed to determine the influence of process variables and production, of polygalacturonase (PG) and polymetylgalacturonase (PMG) by solid substrate cultivation using a fixed bed column bioreactor. A fractional factorial design (FFD) was used to study the effect of the following variables microorganism (Aspergillus oryzae and Aspergillus niger), substratum (wheat bran and defatted rice bran), aeration (40 and 60 ml h-1g-1), pectin (5 and 10 g g-1) and nitrogen (urea and ammonium sulfate). Microorganism, aeration and initial pectin were identified in FFD as significant variables (p<0.05) on PG production. A central composed design to optimize PG and PMG productions indicated that Aspergillus niger presents higher PG production; substratum and nitrogen do not affect PG production; the aeration rate affects positively the production of PG and negatively the production of PMG and the initial pectin concentration affects positively both PG and PMG production. The optimal point of aeration and initial pectin concentration for PG production are 66.13 ml h-1 g-1 and 12.8 g g-1, respectively and for PMG production are 40 ml h-1 g-1 and 15.0 g g-1, respectively.

RESUMO

O objetivo deste trabalho foi determinar a influência de variáveis de processo na produção das enzimas poligalacturonase (PG) e polimetilgalacturonase (PMG) por cultivo semi-sólido utilizando bioreator de coluna. Um planejamento fatorial fracionário foi utilizado para determinar o efeito das variáveis "microrganismo" (Aspergillus oryzae e Aspergillus niger), "substrato" (farelo de trigo e farelo desengordurado de arroz), "aeração" (40 e 60 ml h-1 g-1), "pectina" (5 e 10 g g-1) e "nitrogênio" (uréia e sulfato de amônia) para a produção de PG. Microrganismo, aeração e pectina foram significantes (p<0,05) para a produção de PG. Utilizando-se um planejamento composto central com quadruplicata no ponto central concluiu-se que Aspergillus niger apresenta maior produção de PG, o substrato e a fonte de nitrogênio não afetam (p<0,05) a produção de PG, a aeração afeta positivamente a produção de PG e negativamente a de PMG, e a concentração inicial de pectina afeta positivamente a atividade de ambas enzimas. Os pontos ótimos de aeração e de concentração inicial de pectina para a produção de PG são 66,13 ml h-1 g-1 e 12,8 g g-1, respectivamente, e para a produção de PMG são 40 ml h-1 g-1 e 15,0 g g-1, respectivamente.