Orientador: Iracema de Oliveira Moraes

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

Resumo: Foram estudados os efeitos de diferentes concentrações de glicose, amido solúvel, dextrina, lactose, peptona e extrato de levedura sobre a síntese de a-amilase por Bacillus subtilis ATCC 601B por processo em batelada, em meio de cultura básico composto de (KH4)2SO4, MgSO4 * 7H20, KC1, K2HPO4...

Resumo: Foram estudados os efeitos de diferentes concentrações de glicose, amido solúvel, dextrina, lactose, peptona e extrato de levedura sobre a síntese de a-amilase por Bacillus subtilis ATCC 601B por processo em batelada, em meio de cultura básico composto de (KH4)2SO4, MgSO4 * 7H20, KC1, K2HPO4 e CaCl2. Foram estudados os efeitos do pH inicial do meio de cultura e da temperatura de incubação sobre a produção da enzima, e o perfil da síntese enzimática apenas no meio de cultura contendo glicose como fonte de carbono. Os resultados foram discutidos relacionando o crescimento microbiano com a síntese da enzima. Foi observado que a maior produção de a-amilase ocorreu nos meios de cultura contendo glicose a 0,1g/l e 30,0g/l ou dextrina a 10,0g/l. As atividades enzimáticas específicas globais (Emax / Xmax) mostraram que esses resultados se devem a um maior estímulo do crescimento celular em meio de cultura contendo glicose e a um maior estímulo da síntese enzimática em meio de cultura contendo dextrina. Os quatro carboidratos inicialmente adicionados ao meio de cultura causaram inibição catabólita da síntese da enzima. O aumento das atividades enzimáticas específicas globais, observadas em determinadas faixas de concentração inicial dos açúcares, indicam que durante o processo fermentativo há estímulo da síntese de a-amilase devido a formação de metabólitos ou de produtos de degradação do carboidrato. Para a faixa de concentração compreendida entre l,0g/l e 20,0g/l. O estímulo da síntese enzimática foi mais acentuada em meio de cultura contendo dextrina, seguida de amido solúvel, lactose e glicose. Os resultados obtidos para a produtividade global em 72 horas de fermentação também revelaram que a dextrina e a fonte de carbono mais adequada para a produção de a-amilase. Foi observado que as concentrações de peptona e de extrato de levedura mais adequadas para a produção de a-amilase são 10,0g/l e 5,0g/l respectivamente. Os resultados obtidos para as atividades enzimáticas específicas globais mostraram, no entanto, que a peptona afeta basicamente o desenvolvimento microbiano enquanto que o extrato de levedura afeta diretamente a síntese da enzima. Das condições estudadas, a maior produção de enzima é obtida quando o pH inicial do meio de cultura é ajustado a 7,0 e a temperatura de incubação é 37°C. Nessas condições foram
obtidas as maiores atividades enzimáticas específicas globais e produtividades globais. O perfil da síntese da a-amilase revelou que houve produção da enzima mesmo na fase logarítmica de crescimento, ocorrendo, porém, com maior intensidade na fase estacionária e de lise celular. Estudos complementares mostraram que a enzima é uma a-amilase com pH ótimo ao redor de 6,4 em solução tampão ácido cítrico - fosfato de sódio, e com temperatura ótima ao redor de 50°C. Além disso, foi observado que ela mantém 100% da sua atividade inicial em solução não dialisada após 25 horas de aquecimento a 37°C. A enzima se mostrou pouco estável a 80°C, tendo sido totalmente inativada após 10 minutos de aquecimento a essa temperatura. O cálcio e o amido estabilizaram a enzima acentuadamente e a sua ação hidrolítica sobre o amido produz polímeros de glicose com duas ou mais unidades do açúcar

Abstract: It was studied the effect of concentrations of glucose, soluble starch, dextrin, lactose, peptone and yeast extract in a basic medium containing (KH4)2SO4, MgSO4 * 7H20, KC1, K2HPO4 and CaCl2 on the a-amylase production by Bacillus subtilis, ATCC 601B in batch process. The effect of...

Abstract: It was studied the effect of concentrations of glucose, soluble starch, dextrin, lactose, peptone and yeast extract in a basic medium containing (KH4)2SO4, MgSO4 * 7H20, KC1, K2HPO4 and CaCl2 on the a-amylase production by Bacillus subtilis, ATCC 601B in batch process. The effect of medium pH and of the incubation temperature were also studied. It was investigated the profile of enzyme synthesis in a medium containing glucose as carbon source. The cell growth and a-amylase synthesis relationship were analyzed. It was shown that higher enzyme production was attained when glucose 0,lg/l and 30,0g/l or dextrin 10,0g/l were used as carbon source. The overall specific enzyme activity (Emax / Xmax) showed that while the medium containing glucose stimulates the microbial growth, the medium containing dextrin stimulates the enzyme synthesis mainly. All four carboydrates used in the medium caused catabolite repression of the enzyme synthesis. The overall specific enzyme activities in some carbohydrate concentrations showed that there was an estimulation of the enzyme synthesis during the fermentative process due to metabolites or degradation products formation. In the range of 1,0g/l to 20,0g/1 of carbohydrate concentrations this estimulation was higher in dextrin containing medium followed by soluble starch, lactose and glucose. The overall productivity in 72 hours of fermentation also revealed that dextrin is the best carbon source for a-amylase production by the microbial strain. It was found that the best peptone and yeast extract concentrations for enzyme production are 10,0g/1 and 5,0g/1, respectively. The overall specific enzyme activities showed, however, that peptone affects the microbial growth, while yeast extract affects the enzyme synthesis directly. Among the conditions studied, the best one for a-amylase production were medium pH 7,0 and incubation temperature 37°C. At that conditions it were obtained higher overall specific enzyme activity and overall productivity. The profile of enzyme synthesis showed that the enzyme is synthesized yet in the logarithmic growth phase, but more intensively during stationary phase and with cell lyses. Further studies showed that the enzyme was an a-amylase with optimal pH around 6,4 and optimal temperature around 50°C in citric acid - sodium phosphate buffer. It was observed that 100% of initial enzyme activity was maintained, in non-dialised solution, after 25 hours at 37°C. The enzyme stability was lower at 80°C. At this temperature the enzyme lost completely its activity after 10 minutes. Calcium and starch stabilized the enzyme and the hydrolyses of starch produces glucose polymers with two or more units