Orientador: Maria Helena Andrade Santana

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: Neste trabalho foram estudadas estratégias para a produção do ácido hialurônico (AH) de alta massa molar (MM) utilizando Streptococcus zooepidemicus ATCC 39920 e meio de cultura composto de glicose e peptona de soja (PS). A adsorção em carvão ativado foi também estudada para a purificação do...

Resumo: Neste trabalho foram estudadas estratégias para a produção do ácido hialurônico (AH) de alta massa molar (MM) utilizando Streptococcus zooepidemicus ATCC 39920 e meio de cultura composto de glicose e peptona de soja (PS). A adsorção em carvão ativado foi também estudada para a purificação do AH. As estratégias exploradas para a produção do AH foram: 1) os efeitos da proporção de aminoácidos livres em relação aos aminoácidos totais em PSs, 2) da cardiolipina adicionada ao meio de cultura, e 3) do oxigênio dissolvido (O.D). Para a primeira estratégia os cultivos foram conduzidos em biorreator de 3,0 L com volume útil de 2,5 L, sem controle de pH. Os efeitos da cardiolipina foram estudados em frascos Erlenmeyer somente. Em ambos os casos foram utilizadas razões carbono/nitrogênio (C/N) de 10,8 ou glicose/nitrogênio (G/N) de 4,3. A terceira estratégia foi estudada em biorreator sem aeração e com aeração forçada, em regimes de O.D não controlado, controlado e misto. Os resultados da primeira estratégia demonstraram uma relação direta entre a proporção de aminoácidos livres/aminoácidos totais na PS e a MM média do AH produzido, que por sua vez foi inversamente proporcional à velocidade específica máxima de crescimento celular (µmax). A suplementação do meio de cultura com cardiolipina a 30 mg/L aumentou em aproximadamente 33% a MM média do AH nos cultivos realizados com PS. Com o aumento do O.D, houve aumento do µmax com tendência de redução da MM média do AH. O controle do O.D a 90% da saturação ao longo de todo o cultivo favoreceu a produção do AH, porém com baixo rendimento (0,14 g/g) em relação à biomassa (YAH/Biomassa). Com o aumento da concentração inicial de glicose (70 g/L), o regime misto (controle de O.D a 90% da saturação após 3h de cultivo) apresentou maior rendimento YAH/Biomassa (0,24 g/g) em relação ao controle contínuo de O.D (0,09 g/g). A adsorção em carvão ativado a 2.0% (m/v), em pHs 6.0 e 8.0, produziu AH com purezas de 91 e 96% respectivamente, em relação à concentração de proteínas e peptídeos totais (PPT), porém com perdas da ordem de 61 e 37% respectivamente no processo. Os resultados obtidos permitem concluir que as três estratégias estudadas assim como a adsorção em carvão ativado são promissoras para a produção do AH de alta MM e elevado grau de pureza. Esses resultados são apresentados nesta tese na forma de 4 artigos científicos que tratam das estratégias estudadas para produção e purificação do AH. Adicionalmente apresenta-se o resumo de uma patente depositada (BR 10 2017 027243 5), que aborda a utilização da farinha de soja como uma fonte inovadora de nitrogênio para a produção do AH

Abstract: In this work, strategies for the production of hyaluronic acid (HA) with high molar mass (MM) using Streptococcus zooepidemicus ATCC 39920 and culture medium composed of soy peptone (SP) and glucose were studied. Activated carbon adsorption was also studied for HA purification. The...

Abstract: In this work, strategies for the production of hyaluronic acid (HA) with high molar mass (MM) using Streptococcus zooepidemicus ATCC 39920 and culture medium composed of soy peptone (SP) and glucose were studied. Activated carbon adsorption was also studied for HA purification. The strategies explored for HA production were: 1) the effects of free amino acids in relation to total amino acids proportion in SPs, 2) cardiolipin added to the culture medium, and 3) dissolved oxygen (D.O). For the first strategy the cultures were carried in a 3.0 L bioreactor with a working volume of 2.5 L. The effects of cardiolipin were studied in Erlenmeyer flasks only. In both cases, carbon/nitrogen (C/N) of 10.8 or glucose/nitrogen (G/N) of 4.3 ratios were used. The third strategy was studied in bioreactor without aeration and with forced aeration in uncontrolled, controlled and a mixed regime of D.O control. The results of the first strategy demonstrated a direct relationship between the proportion of free amino acids/total amino acids in SP and the average MM of the produced HA, which in turn was inversely proportional to the maximum specific growth rate (?max). The supplementation of the culture medium with 30 mg/L cardiolipin increased by approximately 33% the HA average MM in cultures made with SP. With the increase of D.O, ?max was increased with tendency to reduce the HA average MM. The D.O control at 90% saturation throughout the cultivation favored HA production, but with low yield (0.14 g/g) in relation to biomass produced (YHA/biomass). With the increase of the initial glucose concentration (70 g/L), the mixed regime (D.O controlled at 90% saturation after 3 h of cultivation) presented higher YHA/Biomass yield (0.24 g/g) compared to continuous D.O control at 90% saturation (0.09 g/g). Activated carbon adsorption at 2.0 % (w/v), in pH 6.0 and 8.0, produced HA with purity of 91 and 96% respectively, in relation to total protein and peptides concentration (TPP), with losses in the order of 61 and 37% respectively. The results obtained allow us to conclude that the three strategies studied, as well as the adsorption in activated carbon, are promising for the production of increased HA MM with high purity grade. These results are presented in this thesis in the form of 4 scientific articles dealing with the strategies for production and purification of HA. In addition, a summary of a deposited patent (BR 10 2017 027243 5) is presented, which discusses the use of soybean meal as an innovative source of nitrogen for HA production

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