Imobilização da biomassa catalítica de Aspergillus oryzae IPT-301, caracterização e aplicação na produção de frutooligossacarídeos

Os frutooligossacarídeos (FOS) são açúcares de baixa caloria que apresentam diversos benefícios à saúde humana. São disponibilizados comercialmente mediante produção sintética, por reação de transfrutosilação, utilizando enzimas microbianas como a frutosiltransferase (FTase, E.C.2.4.1.9). Dentre os micro-organismos produtores desta enzima, o Aspergillus oryzae IPT-301 se destaca como fonte potencialmente produtora, sintetizando FTase micelial (aderida a biomassa celular) com atividades hidrolítica (AH) e de transfrutosilação (AT). A razão entre as atividades (AT/AH) é um importante parâmetro que indica a predominância de AT sobre AH. A aplicação deste micro-organismo na produção de FOS pode ser aprimorada por meio da imobilização da biomassa por processo de reticulação visando aumentar a estabilidade da biomassa e possibilitar o seu reuso. Neste contexto, o objetivo do presente trabalho centrou-se na imobilização da biomassa de Aspergillus oryzae IPT-301 utilizando glutaraldeído como agente de reticulação e caracterização quanto às suas propriedades catalíticas, assim como a determinação dos parâmetros cinéticos e termodinâmicos e avaliação de sua estabilidade operacional na produção de FOS. A biomassa catalítica foi produzida por fermentação submersa aeróbia, em agitador orbital do tipo Shaker e meio de cultura sintético. Os ensaios de imobilização da biomassa produzida foram realizados por planejamento experimental do tipo DCCR 2² e o efeito de diferentes concentrações de glutaraldeído (GLU) e pH no meio de imobilização foram avaliados. As melhores respostas foram obtidas em pH 7,9 e concentração de GLU 2,1 % (v/v), com AT e AH iguais a 821 ± 28 U.g-1 e 126 ± 10 U.g-1, respectivamente. Quando comparado o ganho de atividade por unidade de massa micelial com o processo de imobilização, foi observado um aumento de 14 % na AT, redução de 40 % na AH e aumento em 86 % da razão (AT/AH). Estas mudanças nas atividades observadas após a imobilização são benéficas por favorecerem maiores rendimentos deste biocatalisador na produção de FOS. Assim, as biomassas livre e imobilizada foram caracterizadas. A biomassa livre apresentou os melhores resultados de atividade entre as temperaturas de 45 ºC e 55 ºC, enquanto as maiores AT e razão (AT/AH) para a biomassa imobilizada foram observadas entre 50 ºC e 55 ºC. Quanto à influência do pH, ambos os biocatalisadores apresentaram maiores AT e razão (AT/AH) em pH 5,5. Desta forma, a temperatura de 50 ºC e o pH 5,5 foram fixados para se realizar a comparação dos biocatalisadores nos ensaios de estabilidade operacional. Os ensaios de estabilidade frente ao pH mostraram que ambos os biocatalisadores foram estáveis na faixa de pH entre 4,5 e 7,5. A análise de estabilidade térmica mostrou por meio dos parâmetros termodinâmicos avaliados que a imobilização da biomassa proporcionou um aumento da termoestabilidade, com a biomassa imobilizada passando a ter um tempo de meia vida a 50 ºC de 5728,5 min, valor este 2,8 vezes maior que o observado para o tempo de meia vida da biomassa livre a 50 ºC. A avaliação da cinética enzimática indicou que os modelos de Hill e de Michaelis-Menten se ajustaram satisfatoriamente ao comportamento da FTase de ambos os biocatalisadores. Foi observada a redução de K0,5, de 97,8 para 85,9 g.L-1 e uma redução de Km, de 121,5 para 98,5 g.L-1 após a imobilização da biomassa catalítica, indicando um aumento da afinidade entre enzima e substrato com a imobilização. A aplicação dos biocatalisadores em ensaios de estabilidade operacional mostrou que a biomassa imobilizada foi estável após 12 ciclos de produção de FOS (atividade relativa de 88,9 ± 2,2 % da atividade inicial), enquanto a atividade da biomassa livre caiu após 12 ciclos de produção para aproximadamente 50 % da atividade inicial, demonstrando assim o ganho de aplicabilidade da biomassa catalítica de Aspergillus oryzae IPT-301 na produção de FOS com o processo de imobilização realizado.