PPGCTA - Mestrado em Ciência e Tecnologia de Alimentos
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Item Processo de bioconversão de monoterpenos em derivados de valor agregado(UFVJM, 2019) Vespermann, Kele Aparecida Costa; Molina, Gustavo; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Molina, Gustavo; Pantoja, Lilian de Aráujo; Paulino, Bruno NicolauO mercado de aditivos alimentares é uma parcela expressiva da indústria de alimentos processados, que vêm buscando, sob a pressão dos consumidores, a utilização de aditivos de origem natural em suas formulações. As limitações impostas pela obtenção via extração natural desses compostos têm incentivado a produção por via biotecnológica. Neste contexto a utilização de biocatalisadores eficientes pode tornar esses processos interessantes do ponto de vista de industrial e econômico, deste modo a seleção de microrganismos de ambientes naturais surge como uma possibilidade para obtenção de tais biocatalisadores. Tal ferramenta é recorrentemente utilizada para a seleção de biocatalisadores para a bioconversão de monoterpenos, que envolvem também a caracterização adequada do processo e a avaliação de parâmetros que forneçam maiores produtividades. A biotransformação de limoneno e α- pineno têm sido estudada com afinco e propiciado a seleção de microrganismos e desenvolvimento de bioprocessos com possibilidades de aplicação em escala industrial. Este estudo relata a capacidade de bioconversão de α-pineno e limoneno por linhagens bacterianas endofíticas isoladas de Polygala fimbriata e de uma linhagem fúngica isolada de Eucalyptus spp. Dentre os 15 microrganismos isolados de Polygala fimbriata, 10 bactérias mostraram-se resistentes ao limoneno e 9 ao α-pineno, sendo que as linhagens mais robustas, LBA1213 e LBA12111 foram avaliadas quanto à formação de produtos a partir dos substratos monoterpênicos em processo de bioconversão. Posteriormente, as linhagens foram identificadas como Bacillus mycoides (LBA1213) e Bacillus spp. (LBA12111), e demonstraram o potencial de resistência a concentrações de até 10% (v/v) de α-pineno e/ou limoneno. Ambas as linhagens converteram o α-pineno em derivados oxigenados, com a formação majoritária de verbenol e de 2 outros compostos minoritários, não identificados. Posteriormente o isolamento e seleção de linhagens a partir de Eucalyptus spp. foi executado de modo a se efetivar a utilização de um novo método de seleção de linhagens robustas para a bioconversão de monoterpenos, consistindo num processo de três cultivos por plaqueamento com duração de 9 dias. Este teste resultou na seleção do fungo LBA1323, com potencial em utilizar α-pineno e limoneno como fonte de carbono e transformá-los majoritariamente a terpineno-4-ol (426,14±140,92 mg/L) e α-terpineol (360±56 mg/L), respectivamente. Na sequência, foi identificado que a formação de terpineno-4-ol é não indutível, considerando que não houve alteração da produção sob efeito da indução enzimática. A análise ultramorfológica deste bioprocesso indicou efeitos tóxicos de α-pineno sobre a linhagem LBA1323, e possivelmente do terpineno-4-ol. Finalmente, os estudos de permeabilização celular por congelamento-descongelamento e sonicação, e a utilização de etanol como cosolvente e sistema de micelas reversas com Tween 80 não acarretaram em ganhos na produção de terpineno-4-ol. Em suma, este trabalho trata-se do primeiro relato na literatura do isolamento de linhagens a partir de Polygala fimbriata, bem como da utilização de Bacillus mycoides em ensaios de bioconversão de monoterpenos. Ademais, permitiu o isolamento de uma nova linhagem fúngica de Eucalyptus spp. potencial para a produção de terpineno-4-ol a partir de α-pineno, tratando-se do segundo trabalho da literatura que envolve a formação majoritária deste composto em processos fermentativos, além da capacidade desta mesma linhagem em bioconverter o limoneno a α-terpineol.Item Isolamento de microrganismos resistentes a limoneno e caracterização do mecanismo molecular(UFVJM, 2019) Teixeira, Filipe Augusto; Molina, Gustavo; Mendes, Tiago Antônio de Oliveira; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Mendes, Tiago Antônio de Oliveira; Ramos, Cíntia Lacerda; Queiroz, Marisa Vieira deOs compostos de aroma são um dos ingredientes mais utilizados nas indústrias de alimentos e bebidas, e têm recebido grande atenção por parte dos consumidores por produtos naturais e obtidos com menor impacto ao meio ambiente. Desta forma, a alternativa mais apropriada para a substituição dos tradicionais processos de formulação química para obtenção destes compostos é pela produção biotecnológica. Além do apelo ambiental, esta estratégia se destaca pelas vantagens na especificidade de produção e condições brandas de processo. O limoneno, monoterpeno muito abundante no Brasil obtido a partir do processamento de laranja, além do seu baixo custo e disponibilidade, é muito estudado em processos de bioconversão, tornando-se um candidato promissor para a obtenção de compostos de maior valor agregado. Entretanto, sua toxicidade para microrganismos é um fator limitante para o desenvolvimento de novos bioprocessos. Com a finalidade de viabilizar o emprego desta estratégia, a bioprospecção por microrganismos robustos e que sejam capazes de tolerar a toxicidade de solventes orgânicos, como a dos terpenos, tem sido colocada em prática de forma corriqueira. Neste enfoque, este trabalho teve como objetivos principais, isolar microrganismos com perfil de resistência ao limoneno, identificá-los por marcadores genéticos e investigar os potenciais mecanismos moleculares relacionados a este fenótipo. A partir de fontes vegetais, foram isolados e selecionados 29 microrganismos com tolerância a 2% de limoneno. Com o uso de marcadores moleculares (16S rRNA e região ITS), sete isolados puderam ser identificados, sendo seis bactérias e uma levedura. Todos os representantes bacterianos pertencem ao gênero Bacillus, sendo dois deles identificados a nível de espécie, como B. cereus e B. mycoides. A levedura isolada foi identificada como Meyerozyma caribbica. Uma comparação do perfil de crescimento e posterior teste de viabilidade celular revelou indícios de que o limoneno possa exercer efeito bacteriostático em representantes do gênero Bacillus. Através de abordagem computacional, os genomas de cinco leveduras utilizadas pela indústria de alimentos foram comparados ao genoma de M. caribbica. Esta genômica comparativa resultou na identificação de 58 agrupamentos de genes exclusivos de M. caribbica e que contém 26 genes relacionados a transportadores do tipo MFS. Após dosar limoneno intracelular de quatro leveduras expostas ao terpeno, foi possível observar que os níveis presentes em M. caribbica são menores do que aqueles encontrados nas outras leveduras submetidas ao processo. Desta forma, foi possível inferir que o mecanismo de resistência pode estar relacionado aos genes codificantes de proteínas transportadoras. Os resultados deste trabalho representam importante avanços na busca de potenciais microrganismos capazes de tolerar o limoneno e que sejam passíveis de serem utilizados para viabilizar a produção de compostos de valor agregado a partir deste terpeno.Item Bioprospecção de microrganismos de frutas brasileiras para a produção de exopolissacarídeos(UFVJM, 2018) Barcelos, Mayara Caroline Souto de; Molina, Gustavo; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Molina, Gustavo; Ramos, Cíntia Lacerda; Rocha, Larissa de Oliveira FerreiraA bioprospecção é tida como a principal forma de descobrimento de linhagens microbianas e bioprodutos de interesse industrial. Devido à grande biodiversidade encontrada em frutas brasileiras, estas oferecem potencial ilimitado para descoberta de biocatalisadores com características e propriedades únicas. Polissacarídeos microbianos, especialmente exopolissacarídeos (EPS) constituem um importante grupo de moléculas industrialmente relevantes com variadas estruturas e propriedades, sendo utilizados em diversos setores industriais como indústria de alimentos, química, médica e farmacêutica. A grande diversidade e facilidade de alteração da composição e propriedade dos EPS tornam essas moléculas ainda mais interessantes, já que a descoberta de novas linhagens produtoras e consequentemente, novos compostos, levam ao desenvolvimento de novos bioprocessos capazes de suprir demandas industrias como baixo custo, alto rendimento e ampla faixa de aplicação em diversos setores. Neste trabalho, 25 linhagens de microrganismos foram isoladas das frutas brasileiras jatoba (Hymenaea courbaril), jabuticaba (Plinia cauliflora), lobeira (Solanum lycocarpum), morango (Fragaria × ananassa) e manga (Mangifera indica). Dentre essas, uma linhagem foi capaz de produzir EPS. Esta linhagem, isolada da lobeira, foi submetida a um processo fermentativo a 30°C, 150 rpm e meio YM durante 48 horas, alcançando 0,95 g/L de EPS após 32 horas de processo. O comportamento e habilidade de produção de EPS desta linhagem foi ainda avaliado utilizando três diferentes fontes de carbono (glicose, frutose e lactose) nas mesmas condições de incubação. O microrganismo isolado apresentou curvas de crescimento semelhantes para todas as fontes de carbono testadas, porém diferenças significativas para a produção de EPS foram observadas, indicando diferentes capacidades metabólicas quando diferentes fontes de carbono são utilizadas. Crescimento variando de 2,81 a 4,49 g/L de biomassa seca, e produção de EPS em torno de 1 g/L para todas as fontes de carbono testadas foram observadas. A linhagem isolada foi caracterizada por análise sequencial e filogenética do gene 16s do RNA ribossomal, sendo identificada como Kosakonia cowanii, anteriormente conhecida como Enterobacter cowanii, uma bactéria gram-negativa. Com o objetivo de obter incrementos na produção e analisar como a composição de meio e as condições de processo interferem na produção de EPS, uma otimização foi conduzida utilizando ferramentas estatísticas. Dentre as variáveis analisadas, temperatura, agitação e glicose foram as mais influentes, tendo como ótimas as condições de 28°C, agitação acima de 250 rpm, e concentração de glicose de 38%, alcançando uma produção de 17,37 g/L. Até o presente momento, não existem relatos da Kosakonia cowanii como linhagem produtora de EPS. Pesquisas futuras ainda são necessárias quanto a caracterização do EPS produzido (composição, propriedades reológicas e toxicologia) e quanto a outros componentes do meio de cultivo para entendimento total do processo de produção de EPS pela bactéria Kosakonia cowanii.Item Seleção de biocatalisadores com potencial para a produção de exopolissacarídeo(UFVJM, 2018) Silveira, Bianca Marise Pereira e; Molina, Gustavo; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Molina, Gustavo; Schmiele, Marcio; Oliveira, Danilo Bretas deO objetivo desse estudo foi isolar micro-organismos de fontes naturais do Cerrado e avaliar o seu potencial na produção de exopolissacarídeos (EPS), e assim otimizar o seu processo biotecnológico e investigar as propriedades estruturais associadas ao polissacarídeo estudado. Deste modo, o estudo se iniciou com 59 micro-organismos (bactérias, leveduras e fungos filamentosos) isolados dos frutos pertencentes ao Cerrado brasileiro: gravatá (Bromelia pinguan), cajá manga (Spondias dulcis), abiu (Pouteria caimito) e pau-de-colher (Tabernaemontana laeta). Dentre esses, 17% apresentaram potencial para a produção de EPS, sendo selecionada a linhagem LBA-328, a qual alcançou uma produção máxima de 1,2 g/L após 2 horas de processo a 30ºC e 150 rpm. Com o intuito de aumentar a produção de EPS pela linhagem selecionada, avaliou-se diferentes parâmetros do processo fermentativo, por meio da seleção fonte de carbono de melhor assimilação e da otimização das condições de meio de cultivo e processo. A sacarose foi a fonte de carbono de melhor assimilação pela linhagem e apenas três componentes do meio de cultivo (fosfato de potássio bibásico, sulfato de magnésio heptahidratado e extrato de levedura) demonstraram influência significativa no processo de otimização do meio de cultivo (p < 0,05). Os parâmetros de otimização de processo avaliados não resultaram em um aumento de produção, contudo observou-se o favorecimento da produção do EPS (aumento de 3% em relação a otimização de meio de cultivo) em sistemas em batelada alimentada. A presença de aeração no sistema poderia ser uma alternativa para elevar a produtividade do processo, sendo interessante a otimização em biorreatores, onde poder-se-ia ter melhor controle desse parâmetro. O exopolissacarídeo sintetizado pela linhagem LBA-328 foi caracterizado de forma estrutural e morfologicamente, sendo classificado como um heteropolissacarídeo ácido não sulfatado, composto por galactose (11,5%), glicose (58,1%), xilose/manose (15,4%) e ácido glucurônico (15,0%), com grupos carboxílicos em sua constituição. Até onde se tem conhecimento, trata-se do primeiro relato da produção desse EPS por uma bactéria. Ademais, por meio dos dados obtidos, constatou-se que o EPS poderia apresentar aplicações nos setores alimentícios, biomédico e farmacêutico, entretanto, seria necessário estudos futuros nesse âmbito para maiores investigações e assim, e melhor direcionamento para a desse biopolímero.