Fernanda Zaninette
No dia 23 de abril de 2015, a aluna de Pós-graduação em Biodiversidade Vegetal e Meio Ambiente do Instituto de Botânica de São Paulo (IBt), Fernanda Zaninette (Bolsista CAPES), defendeu sua Dissertação de Mestrado intitulada “Efeito da concentração de sacarose na produção de frutooligossacarídeos e β-frutofuranosidases por Penicillium janczewskii Zaleski CCIBt 3352”. A banca examinadora foi composta pela Dra. Rita de Cássia Leone Figueiredo Ribeiro (Orientadora e Presidente – IBt), Dra. Rosemeire A. Bom Pessoni (UMESP, São Bernardo do Campo) e Dr. José Ivanildo de Souza (IBt).
O trabalho mostrou a capacidade de P. janczewskii de produzir FOS a partir do cultivo em meio contendo sacarose filtrada ou autoclavada em concentrações variando de 10 a 400 g L-1. Análise dos filtrados de cultura por cromatografia líquida de alta resolução mostrou que o cultivo em baixas concentrações de sacarose não resulta na produção de FOS pelo fungo, predominando atividade de hidrólise. No entanto, a partir de 100 g L-1 de sacarose houve acúmulo de FOS, atingindo níveis máximos em 200 g L-1 do substrato após 10 dias de cultivo (54 g L-1 de FOS). Foram definidas também as melhores condições de ensaio para atividade de transfrutosilação, sendo produzidos 3,1 g L-1 de FOS por hora de reação. Os resultados indicaram que P. janczewskii produz β-frutofuranosidases (invertases) que apresentam atividade de transfrutosilação em altas concentrações de sacarose e atividade de hidrólise em baixas concentrações de sacarose. Os principais FOS produzidos pelo fungo foram a 1-cestose, do tipo inulina e a neocestose, da neo-série, um trissacarídeo pouco comum em fungos filamentosos, e que apresenta características prebióticas e tecnológicas superiores aos FOS convencionais do tipo inulina. Nesse sentido, P. janczewskii pode ser considerado um microrganismo potencialmente importante para produção comercial de fibras solúveis com propriedades diferenciadas.
Efeito da concentração de sacarose na produção de frutooligossacarídeos e β-frutofuranosidases por Penicillium janczewskii Zaleski CCIBt 3352
ABSTRACT
Fructooligosaccharides (FOS) are fructose polymers of great biotechnological interest due to their prebiotic properties and ability to improve the technological characteristics of food. FOS can be synthesized from sucrose by transfructosylating activity of β-fructofuranosidases or fructosyltransferases derived from plants, bacteria or fungi. Penicillium janczewskii Zaleski CCIBt 3352 is a filamentous fungus isolated from the rhizosphere of Vernonia herbacea, an Asteraceae from the Cerrado that accumulates high amounts of inulin in the underground organs. In the present study, it was evaluated the ability of P. janczewskii to produce FOS from filtrated or autoclaved sucrose ranging from 10 to 400 g L-1. Optimization of the enzyme assays for transfructosylating and hydrolytic activities (invertase) was also performed in this work. The growth of P. janczewskii in high sucrose concentrations improved the biomass production, although the extracellular proteins levels had been reduced after 10 and 16 days of cultivation. The analysis of the culture filtrates by HPAEC/PAD showed that at low sucrose concentrations, the production of FOS by the fungus was not significant, predominating hydrolytic activity under this condition. However, it was observed FOS accumulation from 100 g L-1 sucrose reaching the highest levels at 200 g L-1 sucrose after 10 days of culture (54 g L-1 FOS). The fungus produced mainlyfour FOS, and the two major were identified as 1-kestose and neokestose. The optimal conditions for transfructosylating activity were defined as 10 hours of incubation at 400 g L -¹ sucrose, pH 5.0 at 55 °C. Under such conditions, it was produced 3.1 g L-1 FOS per hour of reaction. The activity of sucrose hydrolysis was optimal at 10 minutes incubation at 10 g L-1 sucrose, pH 5.0 at 55 °C. Our results suggest that P. janczewskii produces β-fructofuranosidases (invertases) with transfructosilating activity at high concentrations of sucrose and hydrolytic activity in low sucrose concentrations. High concentration of the carbon source is required by the fungus to produce high levels of FOS, including the neo-type neokestose, an unusual FOS in filamentous fungi, that has superior prebiotic and technological properties over the conventional inulin-type FOS. Therefore, P. janczewskii can be considered a potential microorganism for industrial production of soluble fiber with unique properties.
Keywords: Fructans, β-fructofuranosidases, 1-kestose, neokestose, Penicillium, soluble fibers
RESUMO
Os frutooligossacarídeos (FOS) são polímeros de frutose de grande interesse biotecnológico devido às suas propriedades prebióticas e à capacidade de melhorar as características tecnológicas dos alimentos. Os FOS podem ser sintetizados a partir da sacarose através da atividade de transfrutosilação de β-frutofuranosidases ou frutosiltransferases derivadas de plantas, bactérias ou fungos. Penicillium janczewskii Zaleski CCIBt 3352 é um fungo filamentoso isolado da rizosfera de Vernonia herbacea, uma Asteraceae do Cerrado que acumula inulina nos órgãos subterrâneos. Neste estudo foi avaliada a capacidade de P. janczewskii de produzir FOS a partir do cultivo em meio contendo sacarose filtrada ou autoclavada em concentrações variando de 10 a 400 g L-1. Também foi realizada a otimização das condições empregadas nos ensaios enzimáticos para determinação das atividades de transfrutosilação e de hidrólise (invertase). O cultivo de P. janczewskii em altas concentrações de sacarose favoreceu a maior produção de biomassa, embora tenha reduzido os níveis de proteínas extracelulares após 10 e 16 dias de cultivo. Análise dos filtrados de cultura por HPAEC/PAD mostrou que o cultivo em baixas concentrações de sacarose não resulta na produção de FOS pelo fungo, predominando a atividade de hidrólise. No entanto, a partir de 100 g L-1 de sacarose houve acúmulo de FOS, atingindo níveis máximos em 200 g L-1 do substrato após 10 dias de cultivo (54 g L-1 de FOS). O fungo produziu quatro FOS, sendo os dois majoritários identificados como 1-cestose e neocestose. As melhores condições de ensaio para determinação da atividade de transfrutosilação foram definidas como sendo 10 horas de incubação em 400 g L–¹ de sacarose, pH 5,0, a 55 ºC. Em tais condições, foram produzidos 3,1 g L-1 de FOS por hora de reação. A atividade de hidrólise da sacarose foi otimizada em 10 minutos de incubação em 10 g L-1 de sacarose, pH 5,0, a 55 ºC. Portanto, os resultados indicam que P. janczewskii produz β-frutofuranosidases (invertases) que apresentam atividade de transfrutosilação em altas concentrações de sacarose e atividade de hidrólise em baixas concentrações de sacarose. Altas concentrações da fonte de carbono são requeridas para a produção de elevados níveis de FOS pelo fungo, incluindo o FOS da neo-série neocestose, um trissacarídeo pouco comum em fungos filamentosos, e que apresenta características prebióticas e tecnológicas superiores aos FOS convencionais do tipo inulina. Nesse sentido, P. janczewskii pode ser considerado um microrganismo potencialmente importante para produção comercial de fibras solúveis com propriedades diferenciadas.
Palavras-chave: 1-cestose, fibras solúveis, frutanos, β-frutofuranosidases, neocestose, Penicillium
Fernanda Zaninette
Efeito da concentração de sacarose na produção de frutooligossacarídeos e β-frutofuranosidases por Penicillium janczewskii Zaleski CCIBt 3352
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