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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.97.2019.tde-05082021-165449
Document
Author
Full name
Carolina Azevedo Braz
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Lorena, 2019
Supervisor
Committee
Castro, Heizir Ferreira de (President)
Andrade, Grazielle Santos Silva
Oliveira, Pedro Carlos de
Pereira, Ernandes Benedito
Title in Portuguese
Aplicações biotecnológicas do soro de queijo: produção de células íntegras com atividade lipolítica e geração de biogás
Keywords in Portuguese
Biogás
Células íntegras
Lipase
Mucor circinelloides
Palavras-chave: Soro de queijo
Abstract in Portuguese
O soro resultante da produção de queijo, por possui alta carga orgânica e composição rica em lactose, proteínas, lipídios e minerais, apresenta potencial para uma série de aplicações mais nobres e ambientalmente favoráveis do que o seu despejo como rejeito. Dentre as aplicações possíveis do soro, encontram-se a sua utilização direta como substrato para produção de enzimas e, de forma indireta, na geração de energia, como, por exemplo, na produção de biogás por digestão anaeróbia. Neste último caso, a presença de lipídios pode limitar o processo. Portanto, destaca-se a importância das lipases na atuação da etapa de hidrólise da digestão anaeróbia, contribuindo para o processo de geração de energia. Dentro deste contexto, o presente estudo teve como objetivo avaliar a aplicação do soro de queijo na produção de lipases ligadas ao micélio e na geração de biogás. Para tal propósito, foram avaliados os fungos filamentosos Penicillium janthinellum CCT3162, Penicillium italicum AT4421 e Mucor circinelloides URM 4182, conhecidos por serem bons produtores de lipase ligada ao micélio. O estudo foi iniciado pela determinação das condições otimizadas da hidrólise do lipídio presente no soro, avaliando o efeito da linhagem fúngica, do carregamento de lipase (na forma de células íntegras), pH do meio e temperatura, por meio de planejamento experimental utilizando o método de Taguchi, com matriz L9 saturada. O fungo M. circinelloides foi selecionado como a fonte mais eficiente da enzima lipase, empregando soro de queijo como meio de cultivo. A suplementação do soro foi também avaliada, mas os aditivos utilizados (azeite de oliva, peptona e sais) não proporcionaram aumento significativo na atividade hidrolítica da lipase. A principal lipase gerada foi produzida a partir do meio de cultivo composto por soro de queijo integral, sem nenhum aditivo, por um período de incubação de 120 h. Algumas propriedades da lipase obtida foram pH ótimo de 7,5, temperatura ótima no intervalo de 40 a 60 °C e tempo de meia-vida com a relação à estocagem de 26,8 dias. Foram também analisados os parâmetros cinéticos da lipase quanto ao Km (115,74 mmol L-1 ) e Vmax (186,92 µmol g-1 min-1 ). O desempenho da lipase foi verificado na hidrólise do soro de queijo, apresentando preferência pela clivagem de ácidos graxos de menor cadeia carbônica (<= C 16:0), com potencial de aplicação em operações sucessivas. Finalmente, os tratamentos prévio e simultâneo à digestão anaeróbia do soro de queijo se mostraram opções promissoras para a valorização do soro de queijo, apresentando redução na fase lag de até 43,7% e aumento na produção de metano em 8 vezes (137,6 mL g-1 STV) e 9 vezes (158,9 mL g-1 STV) nos tratamentos prévio e simultâneo, respectivamente.
Title in English
Biotechnological applications of cheese whey: production of whole-cells with lipolytic activity and biogas generation
Keywords in English
Biogas
Cheese whey
Lipase
Mucor circinelloides
Whole-cells
Abstract in English
The whey generated from cheese production has high organic load due to its high content of lactose, proteins, lipids, and minerals, making it suitable for more valuable and environmental friendly applications comparing to its disposal as waste. Among many possibilities, cheese whey can be used as a raw material for enzymes and biogas production. In the latter case, the presence of lipids might constrain the anaerobic digestion. Hence, enzymatic treatments can be applied to improve this process, especially in the hydrolysis stage. In this context, the present work aims to evaluate the application of cheese whey in the production of mycelium-bounded lipases and in the formation of biogas. For this purpose, whole-cells of the filamentous fungi Penicillium janthinellum CCT3162, Penicillium italicum AT4421 and Mucor circinelloides URM 4182 with high hydrolytic activities were studied. The study began with the assessment of the best parameters for cheese whey hydrolysis, analyzing the fungal strain, lipase loading (in whole-cells form), pH, and temperature, using Taguchi's design of experiments method, with a saturated L9 orthogonal array. M. circinelloides was selected for lipase production using cheese whey as a growth medium. Although some of the media were supplemented (with olive oil, peptone, and salts), the increase in hydrolytic activity observed was not high enough to justify its addition. The most outstanding growth medium was the whole cheese whey, with no supplementation at 120 h of incubation. The lipase produced displayed the optimum hydrolytic activity, optimum pH at 7.5, optimum temperature within 40 to 60 °C and storage half-life of 26.8 days. The kinetic parameters values for the lipase were 115.74 mmol L -1 for Km and 186.92 ?mol g-1 min-1 for Vmax. The selected lipase was applied in the hydrolysis of cheese whey, being prone to cleavage lower molecular weight fatty acids (bellow C 16:0), with potential of application in successive operations. Finally, the previous and simultaneous treatments for the anaerobic digestion of the whey were promising options for the cheese whey valorization. The reaction's lag phase was reduced up to 43.7% and the biogas production were increased eightfold (137.6 mL g-1 STV) in the pretreatment and ninefold (158.9 mL g-1 STV) in the simultaneous treatment.
 
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Publishing Date
2021-08-05
 
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