Produção de enzimas alfa-amilase por Aspergillus niger em fermentação no estado sólido utilizando bagaço de malte de cevada.

Abstract

O reaproveitamento de resíduos agroindustriais vem ganhando destaque nas pesquisas relacionadas à fermentação em estado sólido (FES). São fontes de substrato com baixo custo de aquisição e destinam tais resíduos para destinos com mais valores agregados. A FES, por sua vez, vem ganhando destaque no cenário de pesquisas acadêmicas como um desafio de redução de custos para produção de produtos com alto valor agregado, como por exemplo as enzimas. A modelagem matemática do crescimento celular é uma ferramenta para o auxílio da ampliação de escala desse tipo de fermentação, uma vez que consegue-se predizer o crescimento da biomassa no meio fermentativo, pode-se automatizar e controlar parâmetros que interferem negativamente nas FES.

Objetivos: Realizar a fermentação em estado sólido do fungo Aspergillus niger com resíduo de bagaço de malte, da indústria cervejeira; Otimização por superfície de resposta e modelo estatístico das condições de cultivo e validação do modelo; Realização da cinética de atividade enzimática α-amilase na condição ótima de produção; Realização da cinética de hidrólise da conversão amido → glicose, pelo extrato enzimático; Fermentação em coluna de Raimbault para avaliação do efeito da aeração na FES; Realização da cinética da respiração celular em coluna de Raimbault (Produção de CO2 e consumo de O2); Modelagem matemática de estimação de crescimento da biomassa por modelo de correlação.

Metodologia: Caracterização do substrato (bagaço de malte) quanto à sua composição centesimal (fibras, lipídeos, proteínas, umidade, cinzas, carboidratos e energia); Contagem de esporos do fungo Aspergillus niger por microscópio e lamina de Neubauer; Planejamento experimental com o delineamento composto central rotacional com três fatores (umidade, tempo de fermentação e proporção do substrato/suporte) e resposta de atividade enzimática; Determinação da atividade enzimática pelo método do DNS; Determinação da condição ótima de fermentação em frascos pelo software Statistica 7.0 e avaliação do modelo estatístico (teste anova e falta de ajuste); Validação do modelo matemático estatístico com experimento no ponto ótimo e cinética de atividade enzimática; Avaliação da cinética de hidrólise do amido em 5, 10, 15, 20, 25 e 30 min do ponto ótimo; Montagem das colunas de Raimbault com o sistema de banho maria e com aeração por compressor de ar; Fermentação em estado sólido com influência da aeração do meio pela coluna de Raimbaul com variação da aeração do meio; Cinética de atividade enzimática em 5 dias de fermentação na coluna, com intervalo de dia em dia; Montagem e adaptação do equipamento de medição de CO2; Medição das concentrações CO2 de entrada e saída das fermentações em coluna; Modelagem matemática de estimação de crescimento da biomassa pelas variações do modelo de Luedeking e Piret;

Resultados esperados: Encontrar um modelo que represente bem e o ponto ótimo do cultivo dentro da região escolhida para a FES; Apresentar a cinética de estudo da produção do complexo enzimático amilolítico, para interpretação dos dados; Conseguir determinar o tempo ideal de hidrólise do amido; Espera-se encontrar dados satisfatórios de produção do complexo enzimático para as colunas de Raimbault, além de avaliar positivamente o efeito da aeração no meio; Conseguir determinar com eficiência as concentrações em tempo real da respiração celular, através do equipamento de medição on-line; Determinar um modelo de correlação dentro dos analisados que estime bem o crescimento da biomassa nas colunas.