Optimization of asparaginase production from Zymomonas mobilis by continuous fermentation / Otimização da produção de asparaginase de Zymomonas mobilis por fermentação contínua

A asparaginase é uma enzima usada em tratamento clínico como agente quimioterapêutico e em tecnologia de alimentos na prevenção de formação de acrilamida em alimentos fritos e assados. Asparaginase é industrialmente produzida por micro-organismos, principalmente bactérias gram negativas. Zymomonas mobilis é uma bactéria gram negativa que utiliza glicose, frutose e sacarose como fonte de carbono e é conhecida por sua eficiência para produzir etanol, sorbitol, levana, ácido glicônico, e mais recentemente, tem despertado interesse no uso desse micro-organismo na produção de asparaginase. Este trabalho teve como objetivo otimizar a produção de asparaginase de Z. mobilis por fermentação contínua, pelo uso do delineamento experimental e da metodologia da superfície de resposta, testando as variáveis: sacarose, extrato de levedura e asparagina. A condição ótima alcançada, com produção de 117,45 UI L-1 foi na taxa de diluição 0,20 h-1, utilizando 0,5 g L-1 de extrato de levedura, 20 g L-1 de sacarose e 1,3 g L-1 de asparagina. Observou-se que a relação carbono:nitrogênio (1:0,025) exerceu forte influência na resposta da atividade de asparaginase. A utilização de Z. mobilis por fermentação contínua demonstrou ser uma alternativa promissora na produção biotecnológica da asparaginase.

Asparaginase is an enzyme used in clinical treatments as a chemotherapeutic agent and in food technology to prevent acrylamide formation in fried and baked foods. Asparaginase is industrially produced by microorganisms, mainly gram-negative bacteria. Zymomonas mobilis is a Gram-negative bacterium that utilizes glucose, fructose and sucrose as carbon source and has been known for its efficiency in producing ethanol, sorbitol, levan, gluconic acid and has recently aroused interest for asparaginase production. Current assay optimizes the production of Z. mobilis asparaginase by continuous fermentation using response surface experimental design and methodology. The studied variables comprised sucrose, yeast extract and asparagine. Optimized condition obtained 117.45 IU L-1 with dilution rate 0.20 h-1, yeast extract 0.5 g L-1, sucrose 20 g L-1 and asparagine 1.3 g L-1. Moreover, carbon:nitrogen ratio (1:0.025) strongly affected the response of asparaginase activity. The use of Z. mobilis by continuous fermentation has proved to be a promising alternative for the biotechnological production of asparaginase.

Effect of fermentation conditions on the production of hyaluronic acid by Streptococcus zooepidemicus ATCC 39920 / Efeito das condições de fermentação na produção de ácido hialurônico por Streptococcus zooepidemicus ATCC 39920

The production of hyaluronic acid by Streptococcus zooepidemicus ATCC 39920 with varying rates of pH (6.0, 7.0, 8.0), temperature (34; 37; 40°C), agitation (100, 150, 200 rpm), glucose (10, 20, 30 g L -1) and yeast extract concentration (10, 20, 30 g L -1) was evaluated by statistical approaches. The best conditions for the production of hyaluronic acid was pH 8.0, 37°C and 100 rpm in a medium containing 30 g L- 1 glucose and yeast extract, for a production of 0.787 g L- 1. Temperature, pH and yeast extract were significant variables (p < 0.05). Yeast extract and pH had a positive effect on the production of the polymer. Lactate, formate and acetate synthesis were also analyzed. Current assay showed the feasibility of statistical tools to optimize the physical and nutritional parameters for the production of hyaluronic acid and the improvement of the fermentation process.

A produção de ácido hialurônico por Streptococcus zooepidemicus ATCC 39920 foi avaliada variando pH (6,0; 7,0, 8,0), temperatura (34; 37; 40°C), agitação (100, 150, 200 rpm) e concentração de glicose (10, 20, 30 g L-1) e extrato de levedura (10, 20, 30 g L-1) por metodologias estatísticas. A condição otimizada foi pH 8,0, 37°C e 100 rpm, em meio contendo 30 g L-1 de glicose e extrato de levedura atingindo a produção de 0,787 g L-1. O pH, temperatura e extrato de levedura foram as variáveis significativas (p < 0,05). Extrato de levedura e pH apresentaram efeito positivo para a produção do polímero. A síntese de ácido lático, fórmico e acético também foi analisada. Este estudo demonstra a viabilidade de utilização de ferramentas estatísticas para otimizar os parâmetros físicos e nutricionais para a produção de ácido hialurônico, permitindo a melhoria do processo fermentativo.

Otimização do descascamento químico de raízes do yacon (Polymnia sonchifolia Poepp.) / Optimization of chemical peeling of yacon roots (Polymnia sonchifolia Poepp.)

Foi utilizado o delineamento fatorial completo 2³ para estudar o efeito das variáveis de processo no descascamento químico de raízes do yacon, cultivadas na região metropolitana de Curitiba, estado do Paraná. Foram realizados 11 experimentos, com três repetições no ponto central, nos quais foram avaliados em três níveis a concentração da solução de hidróxido de sódio, por cento (g/100 mL) [6, 10, 14], temperatura da solução de hidróxido de sódio, °C [70, 80, 90] e tempo de permanência na solução de hidróxido de sódio, minutos [2,4,6]. Todas as variáveis estudadas afetaram de forma significativa (p<0,05) o rendimento das raízes submetidas ao descascamento químico. A variável mais importante para o rendimento foi o tempo de permanência na solução de hidróxido de sódio. O modelo obtido para a resposta percentual de rendimento foi adequado, com R² aj = 0,8497 e com falta de ajuste não significativa (p = 0,9312), podendo ser utilizado para fins preditivos. No ponto central, foi obtido um rendimento satisfatório (84 por cento a 87 por cento) e elevado percentual de casca removida (96 por cento a 98 por cento), indicando que o tratamento com 10 por cento de solução de hidróxido de sódio a temperatura de 80º C por 4 minutos, pode ser empregado no descascamento químico das raízes do yacon.

A full factorial design 2³ was used to evaluate the effect of process variables in chemical peeling of yacon roots, cultivated in Curitiba, State of Paraná. Eleven treatments, with three central points, were done in which they had been evaluated at three different levels of sodium hydroxide solution, percent (g/100 mL) [6, 10, 14], temperature of the same solution, °C [70, 80, 90], and residence time in the sodium hydroxide solution, minutes [2, 4, 6]. All the studied variables had affected significantly (p<0.05) the yield of yacon roots subjected to chemical peeling. The variable that most affected the yield was the time of permanence in the sodium hydroxide solution. The mathematical model obtained for the yield ( percent) was good with R² aj = 0.8497, and non significant lack of fit (p=0.9312).Therefore, the model can be used for predictive purposes. In the central point a satisfactory yield (84 percent to 87 percent) with a high percentage of removed peel was obtained (96 percent to 98 percent) indicating that the treatment with 10 percent of sodium hydroxide solution, temperature of 80º C per 4 minutes can be used in the chemical peeling of yacon roots.