Biorremediação e potencial aproveitamento de resíduos da indústria farinheira para produção de enzimas glicohidrolíticas por Aspergillus niger

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2023.

O interesse em minimizar o impacto ambiental causado pelo descarte inadequado de resíduos oriundos da indústria alimentícia tem gerado interesse por soluções sustentáveis, pois seu aproveitamento possibilita sua de resíduos agroindustriais ricos em matéria orgânica possibilita sua conversão em produtos valiosos, trazendo-os de volta à economia. Os resíduos da indústria de processamento de mandioca, como a manipueira e as cascas, destacam-se como fontes de polissacarídeos que podem ser empregados na produção de enzimas essenciais para a indústria alimentícia. Assim, estudos utilizando Aspergillus niger foram realizados visando à produção de enzimas do complexo amilolítico (a-amilase e glicoamilase), pectinase e xilanase, a partir da biodegradação de manipueira. A concentração de manipueira empregada no meio de fermentação (30%, v:v), assim como pH (5,0), temperatura (30oC) e tempo de reação (144 h) foram definidos a partir de ensaios preliminares, tendo sido controlados durante os cultivos em biorreator de tanque agitado (2,5 L) com as linhagens DR02 e AN400, estudadas separadamente para a produção de enzimas e remoção de matéria orgânica, tanto em meio suplementado com farinha da casca de mandioca (10 g/L) como em meio sem suplementação desta, denominados, respectivamente, de M30F10 e M30, sendo a concentração da manipueira usada. Dentre as linhagens estudadas, o A. niger DR02 apresentou elevadas produções de glicoamilase (19,9 U/mL) no M30 e a-amilases, pectinases e xilanases (18,4 U/mL, 4,5 U/mL e 14,9 U/mL, respectivamente) no M30F10. Comportamento semelhante ocorreu com o A. niger AN400, em que as maiores produções foram de glicoamilase (36 U/mL) no M30 e a-amilases, pectinases e xilanases (11,5 U/mL, 3,8 U/mL e 30,4 U/mL, respectivamente) no M30F10. A maior remoção de DQO foi verificado com a linhagem AN400 no M30F10 de 89%. O estudo do ajuste ao modelo de primeira ordem foi realizado para verificação da influência da suplementação com farinha da casca de mandioca. Verificou-se que a DQO (com DR02) proteínas (com DR02 e com AN400) e xilanase (com DR02 e com AN400) não sofreram influência na melhoria do processo. Contudo, a DQO (com AN400) glicoamilase (com DR02 e com AN400) e a-amilase (com DR02 principalmente, e com AN400) tiveram forte influência da adição desta fonte de carbono. Portanto, conclui-se que os microrganismos utilizados apresentam potencial para remoção de DQO e produção de enzimas a-amilases, glicoamilases e xilanases a partir dos resíduos da indústria farinheira.

Abstract: The interest in minimizing the environmental impact caused by the improper disposal of waste from the agro-industrial industry has generated interest in sustainable solutions, as its use enables its conversion into valuable products, bringing them back to the economy. The residues of the cassava processing industry, such as cassava wastewater and bark, stand out as sources of polysaccharides that can be used in the production of enzymes essential for the food industry. Thus, studies using Aspergillus niger were carried out aiming at the production of enzymes of the amylolytic complex (a-amylase and glycoamylase), pectinase and xylanase, from the biodegradation of cassava wastewater, added. The cassava wastewater concentration used in the fermentation medium (30%, v:v), as well as pH (5.0), temperature (30o C) and reaction time (144 h) were defined from preliminary tests, having been controlled during the cultures in a stirred tank bioreactor (2.5 L) with the DR02 and AN400 strains, studied separately for the production of enzymes and removal of organic matter, both in medium supplemented with cassava bark flour (10 g/L) and in medium without supplementation of it, called, respectively, M30F10 and M30, and the concentration of the cassava wastewater was used. Among the strains studied, A. niger DR02 showed high glycoamylase production (19.9 U/mL) in M30 and a-amylase, pectinases and xylanases (18.4 U/mL, 4.5 U/mL and 14.9 U/mL, respectively) in M30F10. A similar behavior occurred with A. niger AN400, in which the highest productions were glycoamylase (36 U/mL) in M30 and a-amylases, pectinases and xylanases (11.5 U/mL, 3.8 U/mL and 30.4 U/mL, respectively) in M30F10. The largest COD removal was verified with the AN400 strain on the M30F10 of 89%. The adjustment to the first-order model was performed and it was found that COD (with DR02), proteins (with DR02 and AN400) and xylanase (with DR02 and AN400) did not influence the process. However, COD (with AN400), glucoamylase (with DR02 and AN400) and a-amylase (with DR02 mainly, and with AN400) had a strong influence of the addition of this carbon source. Therefore, it is concluded that the microorganisms used have potential for removal of COD and production of enzymes a-amylases, glycoamylases and xylanases from the residues of the flour industry.