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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Estudos de viabilidade tecnológica na síntese enzimática de galacto-oligossacarídeos utilizando permeado de soro de leite   : Technological viability studies on enzymatic synthesis of galacto-oligosaccharides using whey permeate  
Title Alternative: Technological viability studies on enzymatic synthesis of galacto-oligosaccharides using whey permeate  
Author: Mano, Mario Cezar Rodrigues, 1981-
Advisor: Pastore, Glaucia Maria, 1953-
Abstract: Resumo: Os galacto-oligossacarídeos (GOS) são considerados prebióticos que trazem benefícios para a microbiota humana. Dentre estes estão a supressão de bactérias putrefrativas da microbiota intestinal, além do favorecimento da colonização de bactérias que causam benefícios ao hospedeiro. O processo de biotransformação de lactose em GOS é enzimático, podendo-se atingir um alto rendimento com a utilização de uma solução que possua altas concentrações do substrato de interesse, a lactose. O soro de leite é um subproduto da indústria de laticínios, que gera como outro subproduto um permeado com alta concentração de lactose. Por isso, o objetivo deste trabalho foi realizar uma avaliação da viabilidade tecnológica de galacto-oligossacarídeos via enzimática, utilizando enzima ?-galactosidase comercial, utilizando como substrato a lactose encontrada no permeado de soro de leite. Houve uma evolução no número de patentes relacionadas à GOS nos últimos 17 anos, passando de 2 no ano 2000 para 224 patentes publicadas em 2017. Os principais países produtores foram Estados Unidos (com 248 patentes), países da União Européia (com 152 publicações), e China (com 119 patentes), demosntrando que existe interesse na produção deste composto. No processo de comparação entre enzimas comerciais que se destacam na produção de GOS com permeado de soro como matéria-prima, estão duas de origem microbiana, a ?-galactosidase de Kluyveromyces lactis, e a ?-galactosidase de Aspergillus orizae. A primeira obteve um melhor rendimento e produtividade, atingindo valores de 25 g GOS/100 g lactose no primeiro caso e 51 g GOS/g enz*h no segundo caso. A segunda, porém, mesmo não se destacando pelos valores de rendimento e produtividade, chama a atenção pelo perfil variado de moléculas de diferentes pesos moleculares, que podem conter propriedades funcionais importantes à saúde humana. A fim de se desenvolver um processo viável do ponto de vista tecnológico, a enzima comercial de Kluyveromyces lactis foi escolhida para ensaios de delineamento experimental, utilizando como metodologia o delineamento fatorial fracionado (para escolher, dentre as variáveis pH, temperatura de processo, velocidade de agitação, concentração de lactose inicial e concentração de enzima, as mais significativas no processo de síntese), e um delineamento composto central rotacional (para definição de um modelo matemático que representasse os maiores valores para as respostas concentração de GOS, rendimento e produtividade). A variação do pH e da concentração de enzima comercial utilizada causaram variações significativas nas respostas concentração de GOS e produtividade específica, respectivamente. Assim, foi proposto um Delineamento Composto Central Rotacional, onde a concentração de lactose, e de enzima comercial, foram escolhidos como variáveis, com os demais parâmetros fixados, gerando as mesmas respostas da análise anterior. Foi possível obter um modelo matemático somente para a produtividade de GOS em função da enzima, que retornou valores estatisticamente significativos para os delineamentos realizados. Os resultados de produtividade podem atingir valores de até 10 g GOS/(U/g)*h. É possível dizer que o processo de produção de GOS por enzima comercial, utilizando permeado de soro de leite é tecnologicamente viável, podendo ser implementado em estudos de escalas piloto e industrial

Abstract: Galacto-oligosaccharides (GOS) are considered prebiotics that brings benefits to the human microbiota. Among these is the suppression of intestinal putrefactive bacteria, plus favoring the colonization of bacteria that cause benefits to the host. The process of lactose biotransformation into GOS is enzymatic, and a high yield can be achieved using a solution with high concentrations of the interest substrate, lactose. Whey is a by-product of the dairy industry, which generates as a new by-product a permeate with high lactose concentration. Therefore, the objective of this work was to carry out an evaluation of the technological viability on enzymatic galacto-oligosaccharide synthesis, using a commercial ?-galactosidase enzyme, using as a substrate the lactose found on whey permeate. There has been an evolution in the number of patents related to GOS in the last 17 years, from 2 in the year 2000 to 224 patents published in 2017. The main producing countries were United States (with 248 patents), European Union countries (with 152 publications), and China (with 119 patents), demonstrating that there is interest in the production of this compound. In the process of comparison between commercial enzymes that stand out in the production of GOS with serum permeate as feedstock, there are two of microbial origin, the ?-galactosidase of Kluyveromyces lactis, and the ?-galactosidase of Aspergillus orizae. The first one obtained a better yield and productivity, reaching values of 25 g GOS/100g lactose in the first case and 51 g GOS/g enz*h in the second case. The second enzyme, however, does not stand out by the values of yield and productivity, but it draws attention to the varied profile of molecules of different molecular weights, which may contain functional properties important to human health. In order to develop a viable process from the technological point of view, the commercial enzyme of Kluyveromyces lactis was chosen for experimental design trials, using as a methodology the fractional factorial design (to choose, among the variables, pH, process temperature, agitation, initial lactose concentration and enzyme concentration, the most significant in the synthesis), and a central rotational compound design (to define a mathematical model that represents the highest values for the GOS concentration, yield and productivity responses). The variation of pH and commercial enzyme concentration used caused significant variations in GOS concentration and specific productivity responses, respectively. Thus, a Central Composite Rotational Design was proposed, where the lactose concentration and commercial enzyme concentration were chosen as variables, with the other parameters fixed, generating the same responses from the previous analysis. It was possible to obtain a mathematical model only for GOS productivity as a function of the enzyme, which returned statistically significant values for the designs. The productivity results can reach values up to 10 g GOS/(U/g)*h. It is possible to say that the process of commercial GOS production using whey permeate is technologically feasible and can be implemented in a pilot and industrial scale studies
Subject: Galactooligossacarideos
Enzimas
Soro de leite
Viabilidade
Language: Multilíngua
Editor: [s.n.]
Citation: MANO, Mario Cezar Rodrigues. Estudos de viabilidade tecnológica na síntese enzimática de galacto-oligossacarídeos utilizando permeado de soro de leite  : Technological viability studies on enzymatic synthesis of galacto-oligosaccharides using whey permeate  . 2019. 1 recurso online (153 p.). Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos, Campinas, SP.
Date Issue: 2019
Appears in Collections:FEA - Tese e Dissertação

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