Orientador: Gláucia Maria Pastore

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

Resumo: Este trabalho de doutorado teve como principal objetivo estudar a produção biotecnológica de compostos de aroma a partir da biotransformação de terpenos, analisando potenciais biocatalisadores, processos bioquímicos diferenciados e a otimização das condições de processo envolvidas na...

Resumo: Este trabalho de doutorado teve como principal objetivo estudar a produção biotecnológica de compostos de aroma a partir da biotransformação de terpenos, analisando potenciais biocatalisadores, processos bioquímicos diferenciados e a otimização das condições de processo envolvidas na produção destes aromas naturais para possíveis aplicações industriais. Inicialmente, o trabalho prático foi direcionado para uma série de estudos com o fungo Fusarium oxysporum 152B, visando complementar os recentes avanços alcançados pelo grupo de pesquisa na caracterização e otimização da bioconversão de R-(+)-limoneno em ?-terpineol. Desta forma, os resultados foram promissores, demonstrando o grande potencial e versatilidade deste fungo para a área, sendo que este biocatalisador foi capaz de produzir diferentes metabólitos a partir dos substratos S-(?)-limoneno, ?-pineno, ?-terpineno e linalol. Na sequência, o trabalho visou avaliar a bioconversão de S-(?)-limoneno para limoneno-1,2-diol em maiores detalhes. A produção de limoneno-1,2-diol, em condições não otimizadas, chegou a 1,2 g.L-1, sendo que foi detectada a continuação desta via metabólica quando este produto foi posteriormente metabolizado a 1-hidroxi-2- oxolimoneno, sugerindo que o fungo Fusarium oxysporum 152B possui uma via de degradação de limoneno recentemente descoberta. O trabalho prático visou também a otimização da produção de limoneno-1,2-diol por meio de uma estratégia sequencial de experimentos. Com base nas análises estatísticas, a produção deste composto a partir da bioconversão de S-(?)-limoneno pelo fungo Fusarium oxysporum 152B chegou a 3,7 g.L-1, utilizando pH 6,5, 5 g.L-1 de substrato, a 28 oC e 250 rpm de agitação. Além disso, esta foi a primeira descrição da utilização do resíduo agroindustrial conhecido como manipueira, originada ao longo do processamento da mandioca, para a produção de biomassa deste fungo, bem como uma das maiores concentrações de limoneno-1,2-diol reportadas na literatura específica. Além disso, o trabalho conduzido visou realizar uma série de comparações práticas entre a biotransformação de R-(+)-limoneno a ?-terpineol e a bioconversão de S-(?)-limoneno a limoneno-1,2-diol, pela mesma linhagem. Adicionalmente, este foi o primeiro trabalho que analisou as diferenças ultraestruturais causadas no biocatalisador ao longo do processo de bioconversão destes substratos, por meio de microscopia eletrônica de varredura e transmissão. Finalmente, foi estudada a otimização da produção de ?-terpineol, a partir da biotransformação de limoneno, utilizando o biocatalisador reconhecido como Sphingobium sp. Após o trabalho prático e análise estatística dos dados, observou-se que as melhores condições para desenvolvimento deste processo foram pH 7,0, concentração de limoneno de 350 g.L-1, agitação de 200 rpm e 28 oC. Nestas condições, a produção deste álcool monoterpênico chegou a 500 g.L-1, que pode ser considerada como a maior concentração de ?-terpineol já relatada na bibliografia de processos biotecnológicos.

Abstract: This work aimed to study the biotechnological production of aroma compounds from the biotransformation of terpenes, analyzing potential biocatalysts, biochemical processes and optimization of process conditions involved in the production of natural flavors for industrial applications....

Abstract: This work aimed to study the biotechnological production of aroma compounds from the biotransformation of terpenes, analyzing potential biocatalysts, biochemical processes and optimization of process conditions involved in the production of natural flavors for industrial applications. Initially, the practical work was directed to a series of studies with the fungal strain Fusarium oxysporum 152B, aiming to enhance the knowledge obtained in recent advances achieved by our research group in the characterization and optimization of the biotransformation of R-(+)-limonene into ?-terpineol. Thus, the results were promising, showing the great potential and versatility of this fungus to the specific area, and this biocatalyst was able to produce new metabolites from substrates S-(?)-limonene, ?-pinene, ?-terpinene and linalool. In the sequence, this study aimed at assessing the bioconversion of S-(?)-limonene into limonene-1,2-diol in greater detail. Thus, chapters 3, 4 and 5 were designed to a better characterization of this pathway. The production of this compound under non-optimized conditions, reached 1.2 gL-1, and the continuation of this pathway has been detected when this product was subsequently metabolized to 1-hydroxy-2-oxolimonene, suggesting that the fungus Fusarium oxysporum 152B might have a limonene degradation pathway only recently discovered. The practical work also conducted an extensive optimization of the production of limonene-1,2-diol by means of a sequential strategy. Based on statistical analyzes, the production of this compound from the bioconversion of S-(?)-limonene by the fungus Fusarium oxysporum 152B reached 3.7 gL-1, using pH 6.5, 5 gL-1 of substrate at 28 ° C and 250 rpm agitation. Moreover, this is the first description of the use of agroindustrial residue known as cassava wastewater, for the production of this fungal biomass, as well as one of the highest concentration of biotechnological limonene-1,2-diol reported in the specific literature. In addition, the research conducted aimed to perform a series of comparisons between practical conditions involved in the biotransformation of R-(+)-limonene into ?-terpineol, and the bioconversion of S-(?)-limonene into limonene-1,2-diol, for the same strain. Additionally, this is the first study that reported the ultrastructural differences along the bioconversion process of these substrates by means of scanning and transmission electron microscopy. Finally, this work evaluated the optimization of the production of ?-terpineol from the biotransformation of limonene using the biocatalyst recognized as Sphingobium sp. After the practical work and statistical analysis, it was observed that the best conditions for developing this process were pH 7.0, concentration of limonene 350 g L-1, agitation at 200 rpm and 28 oC. Accordingly, the production of the monoterpe alcohol reached 500 g.L-1, which can be considered as the highest concentration of ?-terpineol already reported in the literature for biotechnological processes.