Maximização da atividade de transfrutosilação de células de Aspergillus oryzae IPT-301 imobilizadas em suportes de PLA fabricados por impressão 3D, visando a produção de fruto-oligossacarídeos em sistemas batelada e de leito fixo

Abstract

Os fruto-oligossacarídeos (FOS) são carboidratos funcionais de elevado valor agregado, produzidos por catálise enzimática a partir da sacarose. O uso de células imobilizadas representa uma alternativa promissora para síntese contínua, conferindo maior estabilidade e reaproveitamento do biocatalisador. Entre os fatores estruturais que influenciam esse desempenho, a porosidade dos suportes exerce papel fundamental na retenção celular e na acessibilidade do substrato aos sítios ativos. Neste trabalho, avaliou-se a maximização da atividade de transfrutosilação de células de Aspergillus oryzae IPT-301 imobilizadas em suportes tridimensionais de poli(ácido lático) (PLA), fabricados por impressão 3D com diferentes porosidades, em sistemas de reação em batelada e em reator de leito fixo. Os suportes apresentaram porosidades de 49,0%, 61,8% e 64,3% e foram obtidos por manufatura aditiva do tipo FDM. A influência da porosidade na imobilização celular e na atividade de transfrutosilação foi investigada, bem como os efeitos da concentração de sacarose e da velocidade de agitação (batelada) e da concentração de sacarose e vazão volumétrica (leito fixo), empregando delineamento composto central rotacional (DCCR). Os biocatalisadores obtidos após 38 h de cultivo submerso apresentaram maiores atividades de transfrutosilação quando comparados aos obtidos após 32 h, com atividades específicas de 222,18 U·g⁻¹ ± 10,65 (49,0%), 394,14 U·g⁻¹ ± 57,82 (61,8%) e 398,09 U·g⁻¹ ± 37,99 (64,3%). O suporte de menor porosidade apresentou a maior atividade absoluta (169,96 U), enquanto os suportes mais porosos apresentaram atividades absolutas de 66,62 U e 43,03 U. Nos ensaios em reator batelada, as maiores atividades de transfrutosilação foram observadas na condição central do planejamento experimental, correspondentes a 175 rpm e 400 g·L⁻¹ de sacarose. Nessas condições, foram obtidas atividades máximas de 361,85 U·g⁻¹ ± 7,92 para o suporte de 49,0% e 605,88 U·g⁻¹ ± 52,89 para o suporte de 64,3%. Na validação experimental em reator batelada, a atividade máxima observada foi de 386,97 U·g⁻¹ ± 12,74 no tempo de 3 h para o suporte de 49,0% e de 520,94 ± 24,98 também no tempo de 3 h para o suporte de 64,3%. Nos ensaios em reator de leito fixo, sob as condições ótimas definidas pelo planejamento experimental (400 g·L⁻¹ de sacarose e 4 mL·min⁻¹), a atividade máxima observada foi de 52,3 U·g⁻¹ ± 9,04. Durante a validação experimental, a atividade variou entre 176,8 ± 20,42 e 8,37 ± 0,72 U·g⁻¹ ao longo de 35 horas de operação contínua.