Publicação

Optimization of fructooligosaccharides production in Zymomonas mobilis

Detalhes bibliográficos
Resumo:	Os frutooligosacarídeos (FOS) são prebióticos promissores no mercado crescente dos alimentos funcionais. Industrialmente, são produzidos a partir da sacarose por ação das enzimas frutosiltransferase (FTase) ou b-frutofuranosidase (FFase). No entanto, este processo apresenta baixas conversões e gera misturas com baixa pureza devido às elevadas quantidades de glucose libertadas durante a produção dos FOS. A Zymomonas mobilis é uma bactéria que possui enzimas nativas (levanosucrase) capazes de converter a sacarose em FOS. O principal objetivo deste trabalho foi eliminar a atividade da invertase na Z. mobilis e avaliar o uso de resíduos agro-industriais como substratos de baixo custo na produção de FOS. Inicialmente, o melaço e o licor de maceração de milho (CSL) foram avaliados como fontes alternativas de carbono e azoto. O meio composto por 200 g L-1 de sacarose em melaço, 12 g L-1 de CSL e 8 g L-1 de extrato de levedura (CSLM) foi considerado o mais promissor para produzir FOS. Em matraz, foram produzidos 58,15 ± 0,21 g L-1 de FOS (1,211 ± 0,004 g L-1 h-1 ; 0,307 ± 0,003 gFOS gsacarose-1 ) numa mistura que incluí a 1-questose, a 6-questose, a nistose e a neonistose. A realização de ensaios à escala de biorreator em modo descontínuo permitiu aumentar o rendimento do processo em 1,6 vezes (0,482 ± 0.008 gFOS gsacarose-1 ). A deleção do gene da invertase do genoma de Z. mobilis ZM4 foi realizada por recombinação homóloga utilizando um plasmídeo suicida. Após introdução deste plasmídeo na Z. mobilis e a recombinação homóloga, obteve-se a estirpe Z. mobilis SacC-. Com esta estirpe modificada observou se uma redução de 70 % na produção de monossacarídeos e um aumento de 9 vezes na produção de levano comparativamente à estirpe selvagem. A implementação do modo de operação semi-contínuo por pulsos utilizando o meio CSLM permitiu produzir 41,92 ± 2,52 g L-1 de FOS (0,29 ± 0,02 g L-1 h-1 ; 0,25 ± 0,07 gFOS gsacarose-1 ). Rendimentos e produtividades semelhantes foram obtidos à escala de biorreator. De modo a melhorar a produção de FOS, o gene que nativo da levanosucrase (sacB) foi sobre-expresso. A construção deste plasmídeo foi concluída com êxito, porém a sua transformação em Z. mobilis SacC não foi conseguida no decorrer desta dissertação. De acordo com o no nosso conhecimento, este trabalho descreve pela primeira vez a produção de FOS, com uma estirpe geneticamente modificada de Z. mobilis, num processo de uma só etapa utilizando resíduos agro-industriais. Embora estes resultados sejam promissores, será necessária uma otimização adicional para que se possa estabelecer um processo competitivo.
Autores principais:	Maia, Ana Benedita da Silva
Assunto:	Frutooligosacarídeos (FOS) Invertase (sacC) Melaço Licor de maceração de milho (CSL) Zymomonas mobilis Fructooligosaccharides (FOS) Molasses Corn Steep Liquor (CSL)
Ano:	2023
País:	Portugal
Tipo de documento:	dissertação de mestrado
Tipo de acesso:	acesso embargado
Instituição associada:	Universidade do Minho
Idioma:	inglês
Origem:	RepositóriUM - Universidade do Minho

Descrição
Resumo:	Os frutooligosacarídeos (FOS) são prebióticos promissores no mercado crescente dos alimentos funcionais. Industrialmente, são produzidos a partir da sacarose por ação das enzimas frutosiltransferase (FTase) ou b-frutofuranosidase (FFase). No entanto, este processo apresenta baixas conversões e gera misturas com baixa pureza devido às elevadas quantidades de glucose libertadas durante a produção dos FOS. A Zymomonas mobilis é uma bactéria que possui enzimas nativas (levanosucrase) capazes de converter a sacarose em FOS. O principal objetivo deste trabalho foi eliminar a atividade da invertase na Z. mobilis e avaliar o uso de resíduos agro-industriais como substratos de baixo custo na produção de FOS. Inicialmente, o melaço e o licor de maceração de milho (CSL) foram avaliados como fontes alternativas de carbono e azoto. O meio composto por 200 g L-1 de sacarose em melaço, 12 g L-1 de CSL e 8 g L-1 de extrato de levedura (CSLM) foi considerado o mais promissor para produzir FOS. Em matraz, foram produzidos 58,15 ± 0,21 g L-1 de FOS (1,211 ± 0,004 g L-1 h-1 ; 0,307 ± 0,003 gFOS gsacarose-1 ) numa mistura que incluí a 1-questose, a 6-questose, a nistose e a neonistose. A realização de ensaios à escala de biorreator em modo descontínuo permitiu aumentar o rendimento do processo em 1,6 vezes (0,482 ± 0.008 gFOS gsacarose-1 ). A deleção do gene da invertase do genoma de Z. mobilis ZM4 foi realizada por recombinação homóloga utilizando um plasmídeo suicida. Após introdução deste plasmídeo na Z. mobilis e a recombinação homóloga, obteve-se a estirpe Z. mobilis SacC-. Com esta estirpe modificada observou se uma redução de 70 % na produção de monossacarídeos e um aumento de 9 vezes na produção de levano comparativamente à estirpe selvagem. A implementação do modo de operação semi-contínuo por pulsos utilizando o meio CSLM permitiu produzir 41,92 ± 2,52 g L-1 de FOS (0,29 ± 0,02 g L-1 h-1 ; 0,25 ± 0,07 gFOS gsacarose-1 ). Rendimentos e produtividades semelhantes foram obtidos à escala de biorreator. De modo a melhorar a produção de FOS, o gene que nativo da levanosucrase (sacB) foi sobre-expresso. A construção deste plasmídeo foi concluída com êxito, porém a sua transformação em Z. mobilis SacC não foi conseguida no decorrer desta dissertação. De acordo com o no nosso conhecimento, este trabalho descreve pela primeira vez a produção de FOS, com uma estirpe geneticamente modificada de Z. mobilis, num processo de uma só etapa utilizando resíduos agro-industriais. Embora estes resultados sejam promissores, será necessária uma otimização adicional para que se possa estabelecer um processo competitivo.