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dc.contributor.authorFonseca, Murilo Amaral
dc.date.accessioned2019-09-09T19:00:38Z
dc.date.available2019-09-09T19:00:38Z
dc.date.issued2019-07-25
dc.identifier.citationFONSECA, Murilo Amaral. Sacarificação e isomerização simultâneas de dextrina na produção de xarope de frutose por ação sinérgica de CLEAs magnéticos de amiloglicosidase e Sweetzyme®. 2019. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2019. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/11806.*
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/11806
dc.description.abstractHigh fructose syrup is a sweetener widely used as a substitute for sucrose by the food and beverage industry. It has many advantages such as relative sweetness superior to sucrose, high solubility, crystallization resistance and humectant action. Its current industrial production is by enzymatic route basically occurring in three processes: liquefaction, saccharification and isomerization, by the action of the enzymes α-amylase, amyloglucosidase (AMG) and glucose isomerase (GI), respectively. Due to the fact that these enzymes are conducted under different conditions, all three processes are sequential, requiring time, equipment, and reagents for pH adjustment. Moreover, the enzymes α-amylase and amyloglucosidase are applied in a soluble form, limiting their use to batch operations. Due to its considerable industrial interest, glucose isomerase is marketed in its immobilized form. In the search for alternatives to increase productivity and efficiency of processes with lower operating costs, the aim of this research is to study the application of a simultaneous saccharification and isomerization process that could be operated repeatedly, reusing the biocatalysts employed. In order to develop this simultaneous multi-enzymatic process, initially it would be necessary to immobilize the AMG in order to make it insoluble and operationally more stable. The preparation of cross-linked enzyme aggregates (CLEA) is a simple, cost-effective and carrier-free technique capable of generating insoluble biocatalysts with high volumetric activity and improved stability. Its preparation consists of enzyme aggregation by precipitation and its subsequent cross-linking with a bifunctional agent. In this study, the CLEAs of AMG were prepared co-aggregated in the presence of polyethyleneimine (PEI) and/or starch, with aminated magnetic nanoparticles (MNPs) or bovine serum albumin (BSA), in order to improve the properties of the catalyst. The CLEAs prepared only with MNPs at different glutaraldehyde concentrations yielded a recovered activity of around 20%. The addition of starch or PEI increased the recovered activity around twofold (40%). Moreover, under the same conditions, AMG co-aggregated with BSA was also synthesized, yielding CLEAs with very similar recovered activity. Both CLEAs (co-aggregated with MNPs or BSA) were four times more stable than the soluble enzyme. These CLEAs were also evaluated in the hydrolysis of starch at 35% (w/v), achieving more than 95% starch-to-glucose conversion measured as Dextrose Equivalent (DE). Besides, both CLEAs could be reused for five cycles maintaining a DE of around 90%. Although both CLEAs had good properties, magnetic CLEAs could be more attractive because of their easy separation by an external magnetic field. Having the immobilized biocatalysts (AMG CLEA and GI) it was possible to work in a wider operational window, allowing the application of a factorial design with a central composite rotatable design, which was able to define an optimum pH and process temperature condition, as well as the best relation between the two enzymes. Simultaneous saccharification and isomerization from a dextrin solution 35% (w/v) reached a DE above 95%, with conversion yields around 48% of fructose at the end of 30 h of reaction. In addition, the catalysts could be reused for six consecutive cycles, maintaining conversion yields around 47% of fructose without loss of activity and with easy recovery of the biocatalysts. Furthermore, because they are of different natures (magnetic CLEA of amyloglucosidase and pellets of GI), if there is any inactivation of one of the biocatalysts, they could be easily separated and recharged individually.eng
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)por
dc.language.isoengeng
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.rights.uriAcesso abertopor
dc.subjectXarope rico em frutosepor
dc.subjectSacarificação e isomerização simultâneapor
dc.subjectAgregados de enzima entrecruzadospor
dc.subjectAmiloglicosidasepor
dc.subjectGlicose isomerasepor
dc.subjectHigh fructose syrupeng
dc.subjectSimultaneous saccharification and isomerizationeng
dc.subjectCross-linked enzyme aggregateeng
dc.subjectAmyloglucosidaseeng
dc.subjectGlucose isomeraseeng
dc.titleSacarificação e isomerização simultâneas de dextrina na produção de xarope de frutose por ação sinérgica de CLEAs magnéticos de amiloglicosidase e Sweetzyme®por
dc.title.alternativeSimultaneous saccharification and isomerization of dextrin in the production of fructose syrup by synergic action of magnetic CLEAs of amyloglucosidase and Sweetzyme®eng
dc.typeTesepor
dc.contributor.advisor1Tardioli, Paulo Waldir
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0808991927126468por
dc.description.resumoO xarope rico em frutose é um adoçante amplamente utilizado como substituto da sacarose pela indústria de alimentos e bebidas, com muitas vantagens, como doçura relativa superior à sacarose, alta solubilidade, resistência à cristalização e ação umectante. Sua produção industrial atual é via enzimática, ocorrendo basicamente em três processos: liquefação, sacarificação e isomerização, pela ação das enzimas α-amilase, amiloglicosidase (AMG) e glicose isomerase (GI), respectivamente. Devido ao fato de que essas enzimas operam em diferentes condições de pH e temperaturas, os três processos são realizados de maneira sequencial, demandando tempo, equipamentos e reagentes para o ajuste do pH. Além disso, as enzimas α-amilase e amiloglicosidase são aplicadas na forma solúvel, limitando seu uso a operações em bateladas. A glicose isomerase, por ser de grande interesse industrial, é comercializada em sua forma imobilizada. Na busca por alternativas para aumentar a produtividade e eficiência do processo com menores custos operacionais, este trabalho teve como objetivo estudar a aplicação de um processo simultâneo de sacarificação e isomerização, que pudesse ser operado repetidamente, reutilizando os biocatalisadores empregados. Para desenvolver esse processo multi-enzimático simultâneo, seria inicialmente necessário realizar a imobilização da AMG, com o intuito de torna-la insolúvel e operacionalmente mais estável. O preparo de agregados enzimáticos entrecruzados, conhecida como CLEA (do inglês cross-linked enzyme aggregate), é uma técnica simples, custo-efetiva e sem o uso de suporte, capaz de gerar biocatalisadores insolúveis com alta atividade volumétrica e com estabilidade melhorada. Seu preparo consiste na agregação da enzima, por precipitação, e sua posterior reticulação, com um agente bifuncional. Neste trabalho, os CLEAs de amiloglicosidase foram preparados co-agregados na presença de polietilenoimina (PEI) e/ou amido, com nanopartículas magnéticas aminadas (MNPs) ou albumina de soro bovino (BSA), com o intuito de melhorar as propriedades do catalisador. Os CLEAs preparados apenas com MNPs em diferentes concentrações de glutaraldeído forneceram atividade recuperada de cerca de 20%. A adição de amido ou PEI aumentaram a atividade recuperada para em torno duas vezes (40%). Além disso, sob as mesmas condições, a AMG co-agregada com BSA também foi sintetizada, produzindo CLEAs com atividades recuperadas muito semelhantes. Ambos os CLEAs (co-agregados com PEI e MNPs ou BSA) foram quatro vezes mais estáveis que a enzima solúvel. Estes CLEAs também foram avaliados na hidrólise do amido a 35% (m/v), alcançando mais de 95% de conversão de amido em glicose, medida como Dextrose Equivalente (DE). Além disso, os dois tipos de CLEAs puderam ser reutilizados por cinco ciclos, mantendo uma DE em torno cerca de 90%. Embora ambos CLEAs tivessem boas propriedades, os CLEAs magnéticos foram mais atraentes devido à sua fácil separação por um campo magnético externo. Com os biocatalisadores imobilizados (CLEA de AMG e a GI) foi possível trabalhar em uma janela de operação mais ampla, permitindo a aplicação de um planejamento fatorial com delineamento composto central rotacional, que foi capaz de definir uma condição ótima de pH e temperatura do processo, bem como a melhor relação entre as duas enzimas. A sacarificação e isomerização simultâneas a partir de uma solução de dextrina a 35% (m/v) atingiram uma DE acima de 95%, com rendimentos de conversão em torno de 48% de frutose ao final de 30 h de reação. Além disso, os catalisadores puderam ser reutilizados por seis ciclos consecutivos, mantendo a conversão em torno de 47% de frutose sem perda de atividade e com fácil recuperação dos biocatalisadores. Além disso, por serem de naturezas diferentes (CLEA magnético de AMG e pellets de GI), caso haja a inativação de um dos biocatalisadores, estes poderiam ser facilmente separados e recarregados individualmente.por
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQpor
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICApor
dc.description.sponsorshipIdCNPq: 142107.2015-8por
dc.ufscar.embargoOnlinepor
dc.publisher.addressCâmpus São Carlospor
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/2679414675992573por


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