Caffeine degradation by Rhizopus delemar in packed bed column bioreactor using coffee husk as substrate

ABSTRACT

Various microorganisms including bacteria, yeast and fungi can degrade caffeine. There are few publications about caffeine degradation pathway in filamentous fungi, mainly by solid-state fermentation (SSF). Studies were carried out on degradation of caffeine and their metabolites by filamentous fungi in SSF using coffee husk as substrate. The purpose of this work was to investigate the caffeine degradation pathway by Rhizopus delemar in packed bed column fermenter and to compare this degradation metabolism with glass flasks fermentation. The methylxanthines were quantified by HPLC analysis. The experiments were realized with the optimized conditions in previous experiments pH 6.5, 28ºC, inoculation rate 10(6) spores/g substrate, aeration rate 60 mL/min and initial moisture 73%. Under these conditions, after 72 hous of fermentation was achieved only 0.19% of caffeine and 0.014% of theophylline in the coffee husk. The strain proved to be able for caffeine and theophylline degradation by SSF in packed bed column bioreactor.

RESUMO

Diversos microrganismos incluindo bactérias, fungos e leveduras são capazes de assimilar a cafeína de meios sintéticos ou de resíduos de café. Existem poucos trabalhos sobre a via de degradação da cafeína em fungos filamentosos, principalmente por fermentação no estado sólido (FES). Estudos de degradação da cafeína por fungos filamentosos em FES usando casca de café como substrato vêm sendo realizados. O objetivo deste trabalho foi investigar a via de degradação da cafeína por Rhizopus delemar em biorreator de colunas aeradas e comparar este metabolismo de degradação com o da fermentação em frascos de vidro. As metilxantinas foram quantificadas por análises em HPLC. Os experimentos foram realizados com as condições otimizadas previamente pH 6,5, 28ºC, 10(6) espores/g substrato, vazão de ar 60 mL/min e 73% de umidade inicial. Após 90 horas de fermentação, 65% da cafeína foi reduzida, resultando 0,19% de cafeína e 0,014% de teofilina na casca de café. Esta cepa provou ter habilidade para degradar cafeína e teofilina por FES em biorreator de colunas.