Orientador: Ranulfo Monte Alegre

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

Resumo: Estudou-se a Fermentação Semi-Sólida (SSF) do farelo de arroz para a produção de amiloglicosidase (E. C. 3.2.1. 3) por Aspergillus niger NRRL 3122. O trabalho foi dividido em 4 fases: otimização dos parâmetros físico-químicos; SSF em reatores de coluna; caracterização cinética da enzima;...

Resumo: Estudou-se a Fermentação Semi-Sólida (SSF) do farelo de arroz para a produção de amiloglicosidase (E. C. 3.2.1. 3) por Aspergillus niger NRRL 3122. O trabalho foi dividido em 4 fases: otimização dos parâmetros físico-químicos; SSF em reatores de coluna; caracterização cinética da enzima; determinação da condutividade térmica do farelo fermentado. Na primeira etapa utilizou-se a estratégia de Planejamento Experimental para a otimização e modelagem das 6 variáveis escolhidas: temperatura e tempo de fermentação, umidade do meio, concentração de inerte no meio, concentração de esporos e tempo de esterilização. Os experimentos foram desenvolvidos em embalagens flexíveis de polipropileno, e a metodologia consistiu em realizar um Planejamento Fatorial Fracionário, um Caminho de Ascendência Máxima e dois Planejamentos Compostos Centrais. Os tempos de fermentação e esterilização foram as variáveis mais importantes, e os modelos matemáticos obtidos apresentam um nível de confiança acima de 95%. Os melhores valores encontrados para a atividade enzimática do farelo fúngico não purificado estão acima de 800 IU/g farelo. Para os fermentadores de coluna com leito fixo determinou-se o efeito da aeração sobre a produção da enzima, utilizando-se vazões de O a 150 mlar/h/gmeio. Os valores máximos para a atividade do farelo foram de 1700 IU/gfarelo, sendo o valor de 60 mlar/h/ gmeio adotado como suficiente para uma boa oxigenação do meio e ótimo para a produção da enzima. Variações na densidade aparente do meio entre 586 e 858 g/l não mostraram influência sobre a atividade enzimática e a produtividade. Os perfis e gradientes de temperatura levantados para estes reatores mostraram o mecanismo de condução radial como o maior responsável pela remoção do calor metabólico gerado. A condutividade térmica do meio semi-sólido fermentado foi descrita pelo seguinte modelo: k = 47,5080 + 0,0115*dap + 0,1295*U - 6,0737*ln(dap) - 5,5555*ln(U). Os ensaios cinéticos indicaram o valor 2,30:1: 0,39 g/l para a Constante de Michaelis-Menten e máxima atividade enzimática a 55°C e pH 4,6. Nos testes de estabilidade o pH 4,4 se mostrou o mais indicado. O valor calculado para a energia de desativação enzimática foi de 31,98 Kcal/gmol, e a expressão encontrada para a constante de desativação térmica, a seguinte: Kd (h-I) = 8,04 78x1020 . e -16153/T

Abstract: This is an experimental study of solid-state fermentation(SSF) of rice bran to produce amyloglucosidase (E.C. 3.2.1.3.) by Aspergillus niger NRRL 3122. The research was conducted in 4 phases: optimization of physico-chemical parameters; SSF in fixed-bed column reactors; characterization of...

Abstract: This is an experimental study of solid-state fermentation(SSF) of rice bran to produce amyloglucosidase (E.C. 3.2.1.3.) by Aspergillus niger NRRL 3122. The research was conducted in 4 phases: optimization of physico-chemical parameters; SSF in fixed-bed column reactors; characterization of enzyme kinetics; determination of thermal conductivity. An experimental design strategy was employed for optimization and modelling of 6 variables: fermentation time, fermentation temperature, moisture, inert concentration, spore concentration and sterilization time. Experiments were conducted in flexible packs of polypropylene. The methodology involved the development of a Fractional Factorial Design, a Steepest Ascent Path and two Central Composite Designs. The most significant parameters were found to be the fermentation and sterilization times. The mathematical models presented a significance level of over 95%. The greatest values for the enzyme activity of non-purified mouldy bran were above 800 IU / gbran. The influence of aeration on enzyme production was determined for the packed-bed column fermenter, using flow rates of O to 150 mlair/h/gmedium. Highest values of enzyme activity were 1700IU/gbran and 60 mlair/h/gmedium. Fixed beds packed with 586 and 858 g/l did not influence on enzymatic activity or productivity. Temperature measurements within the bed showed a radial conduction mechanism as mainly responsible for dissipation of the metabolic heat generated. The thermal conductivity of the mouldy bran was represented by the model: k =47,5080 + 0,0115*dap+0,1295*U-6,0737*ln(dap) - 5, 5555*ln (U). Kinetcs experiments revelaled a Michaelis-Menten constant of 2,30 ~ 0,39 g/l, and maximum enzyme activity at 55°C and pH 4,6. Better stability was attained with pH 4,4. The deactivation energy was calculated to be 31,98 Kcal/gmol, and an equation was established for the thermal deactivation constant : Kd(h-1) = 8,0478 X 1020 e-16153/T