Imobilização de células microbianas em suporte tridimensional (3D) e avaliação do desempenho na produção enzimática de açúcares prebióticos

Abstract

Os fruto-oligossacarídeos (FOS) são oligômeros de frutose produzidos pela transfrutosilação da sacarose, catalisada por frutosiltransferases (FTase, E.C. 2.4.1.9). O uso de células com atividade de transfrutosilação (AT) imobilizadas em suportes porosos é uma estratégia promissora, pois aumenta a estabilidade do biocatalisador e elimina etapas de purificação enzimática. A escolha do suporte é determinante, pois influencia o microambiente enzimático e a eficiência de imobilização, destacando-se os suportes poliméricos obtidos por impressão 3D. Assim, este trabalho teve como objetivo imobilizar células biocatalíticas de Aspergillus oryzae IPT-301 em suportes de poliácido lático (PLA) produzidos por impressão 3D e avaliar seu desempenho na produção de FOS em sistemas em batelada e contínuo. A produção das células microbianas imobilizadas foi conduzida em meio de cultura complexo, em pH 5,5, sob agitação de 200 rpm a 30 ºC. A curva de crescimento microbiano indicou que o melhor tempo de cultivo foi de 40 h. As células biocatalíticas imobilizadas apresentaram retenção de 76,5 % da atividade inicial após 29 ciclos consecutivos de reação (1 h cada) em reator batelada, além de conversão e rendimento médios iguais a 37,78 % e 32,64 %, respectivamente, além de produtividade média global de FOS de 61,06 ± 6,11 gFOS L-1 h-1. A estabilidade de armazenamento evidenciou retenção de AT por até 300 dias, tanto na ausência quanto na presença de solução tampão. Os ensaios de atividade também foram realizados em reator de leito fixo (PBR) operando a 50 ºC e alimentado com solução de sacarose (480 g L-1, pH 5,5), avaliando-se vazões de 1, 4, 6 e 8 mL min-1. Os maiores valores de AT (variando entre 327,37 ± 32,34 U g-1 e 443,37 ± 75,19 U g-1) foram obtidos para vazões de 8 mL min-1. Nos estudos de desativação térmica em reator PBR, observou-se redução da AT em temperaturas acima de 30 °C, embora os biocatalisadores tenham apresentado elevada termoestabilidade e manutenção da AT ao longo das 96 h de operação, indicando também alta estabilidade operacional. A 50 ºC, o biocatalisador apresentou conversão média de 13,35 %, rendimento médio de 53,81 % e produtividade média global de FOS igual a 142,25 ± 8,95 g FOS L⁻¹ h⁻¹. Os resultados obtidos indicam o potencial das células biocatalíticas imobilizadas para a produção de FOS com propriedades prebióticas, demonstrando a viabilidade do uso de suportes poliméricos tridimensionais (3D) em processos biotecnológicos sustentáveis e de alto desempenho biocatalítico.