Study of prebiotic activity of lignocellulosics hydrolyzed products

Orientador: Lucia Regina DurrantTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de AlimentosResumo: Neste trabalho foram avaliadas 6 linhagens de fungos basidiomicetos, sendo que estas foram testadas em 5 tipos de fontes lignocelulósicas provindas de resíduos agroindustriais. Estes foram testados sob fermentação submersa em cultivo estacionário no período de 30 dias de incubação. Na busca dos melhores hidrolisados para os testes prebióticos, foram selecionados os hidrolisados utilizados para fonte de enzimas dos fungos Pleurotus sp BCCB068 e Pleurotus tailândia, no 10° dia de incubação, utilizando farelo de arroz como fonte de carbono com as maiores atividades de xilanase de 0,29 U/ml e 0,24 U/mL respectivamente. Estes valores foram ampliados posteriormente com a otimização do processo de fermentação, elevando as atividades para 0,4 U/mL e 0,69 U/mL, respectivamente. Os hidrolisados escolhidos foram aplicados como fonte de enzimas lignocelulolíticas sobre a matriz de xilana e carboximetilcelulose, avaliando a degradação destas matrizes no período de 0 a 60 minutos de hidrólise. Neste período, os hidrolisados mostraram-se capaz de hidrolisar até 66,4% da xilana e 59,9% de carboximetilcelulose, formando compostos xilooligossacarídeos e celooligossacarídeos, respectivamente, além de vários monômeros de açúcares. As linhagens Pleurotus sp BCCB068 e Pleurotus tailândia também foram utilizadas diretamente para degradar a matriz de xilana em fermentação de 40 dias de cultivo, onde degradaram esta matriz em 73,6% no 20° dia para a primeira e 70,1% já no 5° dia de cultivo para a segunda linhagem, com produção de xilooligossacarídeos e seus monômeros. Os hidrolisados com efeito positivo na degradação das matrizes de xilana e carboximetilcelulose foram testados na sua atividade prebiótica, com significativa estimulação de culturas probióticas do gênero Lactobacillus e Bifidobacterium, e sem estimulação significativa de bactérias enteropatogênicas como a S. enteritidis e E. coli, em experimentos in vitro. Estes resultados indicam o grande potencial destas linhagens fúngicas para a degradação de matrizes hemicelulósicas, para a obtenção de compostos hidrolisados com características prebióticasAbstract: In this present work, six basidiomycete strains were evaluated using five different lignocelulosic agricultural residues as substrates. These fungi were cultivated under non-agitated conditions for 30 days. Searching for the best strains able to produce lignocellulolytic enzymes, hidrolise these growth substrates and generate compounds having prebiotic activity, Pleurotus sp BCCB068 and Pleurotus tailândia were selected at 10 days of growth using rice bran as the sole carbon source, because they exibited the best xylanase activities (0.29 and 0.24 U/mL, respectively). Growth of these fungi was optimized using an experimental design, resulting in the increase of xylanase activities to 0.4 and 0.69 U/mL, respectively. The crude extract obtained following growth of these fungi used as enzyme source for the hidrolises of xylan and carboxymethylcellulose matrices, which were degradaded (66.4 and 59.9%), respectively, during 0-60 minutes of hydrolysis, forming xylo- and celo-oligosaccharides, as well as several sugar monomers. Pleurotus sp BCCB068 and Pleurotus tailândia were also used directly to degrade xylan under fermentation during 40 days, produzing xylooligosaccharides and sugars, and showing degradation of 73.6% at the 20th day, and 70,1% at the 5th day, respectively. The hydrolyzed products with positive effect in the degradation of xylan and carboxymethylcellulose were evaluated regarding their prebiotic activity, showing significant stimulation of Lactobacillus and Bifidobacterium. However, no significant stimulation of enteropatogenic bacteria such as S. enteritidis and E. coli, in an in vitro experimentation. These results indicate a great potential of these fungal strains to degrade hemicellulosic materials and produce hydrolyzed compounds with prebiotic characteristicsDoutoradoDoutor em Ciência de Alimento

BIODEGRADAÇÃO DE RESÍDUOS LIGNOCELULÓSICOS POR FUNGOS BASIDIOMICETOS: CARACTERIZAÇÃO DOS RESÍDUOS E ESTUDO DO COMPLEXO ENZIMÁTICO FÚNGICO

Wide variety and quantity of organic waste are generated annually by human agribusiness activities. Waste materials are a negative factor in the economic evaluation of agricultural and forestry operations, causing adverse effects on the environment during its disposal. Thus, the need for further research in order to add value to products and by-products of agriculture, mainly by increasing the generation of these. The use of waste of Brazilian agribusiness and provide alternatives substrates for fermentation, also helps in environmental pollution problems. One of the possibilities in the degradation of lignocellulosic materials is the use of specific microorganisms that produce enzymes that hydrolyze cellulose, such as avicelase, carboxymethylcellulase and -glucosidase (cellulases) enzymes that act on the cellulosic portion, xylanases, mannanases, glucanases and galactanases (hemicellulases) that act on the hemicellulose portion and oxidative enzymes such as lignin peroxidase, manganese peroxidase and laccase, defined as phenoloxidases, acting on lignin. Thus, the aim of this review is to demonstrate the biodegradation potential of these agricultural waste by using lignocellulolytic enzymes produced by Basidiomycetes, which in the scientific literature, are seen as degrading natural these matrices.Ampla variedade e quantidade de resíduos orgânicos são gerados anualmente pela atividade agroindustrial humana. Os materiais residuais constituem um fator negativo na avaliação econômica das operações agrícolas e florestais, provocando efeitos adversos sobre o ambiente no decorrer da sua disposição final. Com isso, surgiu a necessidade do desenvolvimento de pesquisas com o intuito de agregar valor aos produtos e subprodutos da agricultura, principalmente pelo aumento da geração destes. A utilização de resíduos da agroindústria brasileira, além de fornecer diferentes alternativas de substratos para a fermentação, também ajuda nos problemas de poluição ambiental. Uma das possibilidades na degradação de materiais lignocelulósicos é o uso de microrganismos que produzam enzimas específicas que hidrolisam a celulose, como a avicelase, carboximetilcelulase e b-glicosidase (Celulases) enzimas que atuam sobre a porção celulósica, as xilanases, mananases, glucanases e galactanases (Hemicelulases) que atuam sobre a porção hemicelulósica e as enzimas oxidativas como a lignina peroxidase, manganês peroxidase e lacase, definidas como fenoloxidases, que atuam sobre a lignina. Com isso, o objetivo desta revisão é demonstrar a potencialidade de biodegradação destes resíduos agrícolas através da utilização de enzimas lignocelulolíticas produzidas por fungos do gênero basidiomicetos, que na literatura científica, são apontados como naturais degradadores destas matrizes.

Microencapsulação por Spray drying dos Compostos Bioativos do Extrato Aquoso de Erva Mate (ilex paraguariensis) Crioconcentrado

Several scientific studies have shown the beneficial effects of yerba mate, mainly related to its antioxidant properties, due to the high content of phenolic compounds present in the aqueous extract. In this context, the application concentration technologies, such as the freeze concentration becomes relevant, since it promotes concentration of food by freezing and subsequent separation of a part of the frozen water, from a liquid product, resulting in an increase in the content of phenolic compounds from aqueous extract of yerba mate leaves, and minimizing losses of these compounds. Due to the high content of phenolic compounds, the freeze concentration of yerba mate extract becomes unstable and is susceptible to degradation by the action of some factors such as the presence of oxygen, light, pH and temperature and so the application of microencapsulation processes such as atomization presents itself as an important alternative in improving the stability of the phenolic compounds of the aqueous extract of freeze concentration of yerba mate leaves.Nos diversos trabalhos científicos têm sido demonstrados os efeitos benéficos da Ilex paraguariensis, principalmente relacionados às suas propriedades antioxidantes, devido ao alto teor de compostos fenólicos presentes em seu extrato aquoso. Dessa forma, a aplicação de tecnologias de concentração, tais como, a crioconcentração torna-se relevante, uma vez que promove a concentração de produtos alimentares, através do congelamento e subsequente separação de uma parte da água congelada, a partir de um produto líquido, resultando em um aumento no teor de compostos fenólicos do extrato aquoso de folhas de erva mate, e na minimização de perdas destes compostos. Devido ao alto teor de compostos fenólicos, o extrato crioconcentrado de erva mate se torna instável, sendo susceptível à degradação pela ação de alguns fatores, como presença de oxigênio, luz, pH e temperatura e assim a aplicação de processos de microencapsulação, tais como a atomização se apresenta como uma alternativa importante na melhoria da estabilidade dos compostos fenólicos do extrato aquoso crioconcentrado das folhas de erva mate

Bagaço de cana: fonte para produção de enzimas ligninocelulolíticas

The production of ligninocelullolytic enzymes by Pleurotus ssp was evaluated by submerged fermentation on sugarcane bagasse. Among these enzymes, Laccase and Manganeseperoxidase have been detached. The most producer of Laccase were Pleurotus sp BCCB068, reaching activity of 6,23 U/L on the 15th day and Pleurotus sajor-caju, 3,52 U/L on the 10th day of cultivation. Manganese-peroxidase was detected in the medium with Pleurotus sp BCCB068 (31.56 U/L) on the 5th day and 23.58 U/L with Pleurotus tailandia on the 15th day of incubation. The production of celulollityc enzymes was not significative. These results showed that sugarcane bagasse residues are feasible source of ligninolytic enzymes and have applicability in the biotechnological field. Key words: biodegradation, enzymes, recycling.A produção de enzimas lignocelulolíticas através de Pleurotus ssp foi estudada em fermentação submersa utilizando bagaço de cana. Entre estas enzimas, lacase e manganês peroxidase foram detectadas. Os maiores produtores de lacase foram as linhagem Pleurotus sp BCCB068, com 6,23 U/L no 15º dia e a linhagem Pleurotus sajor-caju, com 3,52 U/L no 10º dia de incubação. Manganês peroxidase foi detectada com Pleurotus sp BCCB068 (31.56 U/L) no 5º dia e 23,58 U/L com Pleurotus tailandia no 15º dia de incubação. A produção de enzimas celulolíticas não foi significativa. Estes resultados mostram que o resíduo de bagaço de cana é uma possível fonte de enzimas ligninolíticas e possui aplicabilidade na área biotecnológica. Palavras-chave: biodegradação, enzimas, reciclagem

ESTUDO DA PRODUÇÃO ENZIMÁTICA FÚNGICA POR BASIDIOMICETOS CULTIVADOS EM RESÍDUOS LIGNOCELULÓSICOS

Resíduos lignocelulósicos são amplamente gerados pelas atividades agrícolas, sendo que grande parte desses materiais não é aproveitada, sendo transformada em poluentes para o meio ambiente. Para que ocorra o aproveitamento de resíduos lignocelulósicos, foi estudada a capacidade de biodegradação destes substratos por fungos basidiomicetos, mediante a atividade enzimática. As linhagens Pleurotus sp 001 (P001) e Pleurotus sp 068 (P068), foram cultivadas sobre bagaço de cana, através de fermentação semi-sólida, incubados em estufas à 30º C por períodos de 15, 30, 45, 60, 75 e 90. A produção de enzimas celulolíticas ocorreu com valores discretos nas condições estudadas. Porém, para a atividade de enzimas ligninolíticas, a atividade máxima da enzima manganês peroxidase foi observada em valores elevados (18,67 U/L, no 60° dia de incubação). As linhagens P001 e P068 mostraram-se promissoras no uso de substratos lignocelulosicos para produção enzimática. Todavia, estudos mais detalhados se fazem necessários para que sejam obtidas as condições ótimas de produção destas enzimas pelas linhagens estudada

Obtenção de Xilooligossacarideos por resíduos lignocelulósicos: alternativa para produção de compostos funcionais para alimentos

The increasing demand for novel foods which are able to promote health and prevent diseases, has attracted worldwide attention on prebiotics. Xylo-oligosaccharides (XOS) are considered one of the few nutraceuticals which can be produced from lignocellulosic biomass. This biomass, in turn, is considered a low cost and waste which often is a systemic problem for the environment. Thus, the production of XOS from agricultural waste offers great opportunities for the food industry as a cheap raw material and available in abundance. The main advantages of the use of XOS, stems from the selective stimulation of the growth of beneficial intestinal microflora include reducing blood glucose levels and blood cholesterol; reduce pro-carcinogenic enzymes in the gastrointestinal tract improving mineral absorption in the large intestine, in addition to stimulating the immune system.Thus, the purpose of this article is to demonstrate the functional effects ofXOS and their getting to from lignocellulosic biomass as an alternative to the formulation of healthy food as well as providing a viable alternative to reduce agricultural waste disposed in the environment.A crescente demanda por  novos alimentos que sejam capazes de promover a saúde e prevenir doenças,  tem atraído a atenção mundial sobre os prebióticos. Xilo-oligossacarídeos (XOS) são considerados uns dos poucos nutracêuticos que podem ser produzidos a partir da biomassa lignocelulósica. Esta biomassa, por sua vez, é considerado um resíduo de baixo custo e que muitas vezes representa um problema sistêmico para o meio ambiente. Com isso, a produção de XOS a partir de resíduos agrícolas oferece grandes possibilidades para a indústria alimentícia como matéria-prima barata e disponível em abundância. As principais vantagens do consumo de XOS, provém da estimulação do crescimento seletivo da microflora intestinal benéfica, incluem a redução dos índices glicêmicos e de colesterol no sangue, de reduzir enzimas pró-carcinogênicas no trato gastrointestinal, melhorar a absorção de minerais no intestino grosso, além de estimular o sistema imune. Com isso, o objetivo deste artigo é demonstrar os efeitos funcionais dos XOS e a sua obtenção à partir da  biomassa lignocelulósica, como alternativa para a formulação de alimentos saudáveis além de propiciar uma alternativa viável para a diminuição dos resíduos agrícolas dispostos no meio ambiente

Emulsificação/Gelificação Iônica Interna: Alternativa para Microencapsulação de Compostos Bioativos

The application of bioactive compounds in food have attracted the interest of the industry due to potential health benefits to humans. However, the efficiency depends on the stability, bioactivity and bioavailability of these active ingredients in the food matrix. The unpleasant taste and instability limit the application of these compounds. The use of encapsulated bioactive instead of free compounds can effectively alleviate these problems. The encapsulation technology being used in many different active compounds is the emulsification/internal ionic gelation, which is an important alternative for improving the stability and application in food.A aplicação de compostos bioativos em alimentos tem atraído o interesse das indústrias, devido aos benefícios potencias para a saúde dos seres humanos. No entanto, a eficácia depende da estabilidade, bioatividade e biodisponibilidade destes ingredientes ativos na matriz alimentícia. O gosto desagradável e a instabilidade limitam aplicação destes compostos. A utilização de bioativos encapsulados, em vez de compostos livres, pode efetivamente amenizar estes problemas. A tecnologia de encapsulamento que está sendo utilizada em diversos compostos ativos é a emulsificação/gelificação iônica interna, que é uma alternativa importante na melhoria da estabilidade e aplicação em alimentos

Degradation of lignosulfonic and tannic acids by ligninolytic soil fungi cultivated under icroaerobic conditions

Soil fungi were evaluated regarding their ability to degrade lignin-related compounds by producing the ligninolytic enzymes. Lignosulfonic and tannic acids were used as sole carbon sources during 30 days under microaerobic and very-low-oxygen conditions. The fungi produced lignin-peroxidase, manganese-peroxidase and laccase . Expressive degradations was observed by C18 reversed-phase HPLC, indicating the biodegradation potential of these fungi, showing more advantages than obligate anaerobes to decontaminate the environment when present naturally.Fungos isolados de solo foram avaliados quanto à habilidade em degradarem compostos derivados de lignina pela produção de enzimas ligninolíticas. Os ácidos lignosulfônicos e tânico foram usados separadamente como única fonte de carobono para cultivo dos fungos em 30 dias sob condições microaeróbias. Os fungos foram capazes de crescer e usar tais compostos como fonte de carbono e mostraram produção de lignina-peroxidase, manganês-peroxidase e lacase. Degradações expressivas dos ácidos lignosulfônico e tânico foram verificadas por Cromatografia Liquida de Alta Eficiência (CLAE), indicando grande potencial de uso em processos de biorremediação de macromoléculas aromáticas similares à lignina em ambientes naturais sob condições baixas de oxigenação.693699Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP

Microencapsulação de Probióticos por Gelificação Iônica Interna

Functional foods containing probiotics are being produced in great demand due to the increasing awareness of consumers to maintain a healthy diet. However, the main problem is the poor survival of these microorganisms in food products and in the gastrointestinal tract. Microencapsulation is an alternative for protecting a bioactive and modulating its release to the site of action. Thus, the emulsification/internal gelation technical emerges as a viable method because it can better control and reduce particle size; production of microparticles in the optimal temperature for viability of the probiotic among other benefits. In this context, the aim of this study is to provide a review of the benefits of probiotic cultures and the importance of microencapsulation to improve the viability of these microorganisms highlighting the principles of emulsification/internal ionic gelation method.Os alimentos funcionais contendo probióticos estão sendo produzidos em grande demanda devido à crescente conscientização dos consumidores em manter uma alimentação saudável. No entanto, o principal problema é a baixa sobrevivência destes microrganismos em produtos alimentares e no trato gastrointestinal. A microencapsulação é uma alternativa para a proteção de um bioativo e na modulação de sua liberação até o local de ação. Com isso, a técnica de gelificação interna/emusificação surge como uma método viávelpois consegue maior controle e redução do diâmetro da partícula; produção das micropartículas em temperatura próxima da ideal para a viabilidade probiótica entre outros benefícios. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é fornecer uma revisão sobre a os benefícios das culturas probióticas e a importância da microencapsulação para melhorar a viabilidade destes microrganismos destacando os princípios do método de emulsificação/gelificação iônica interna

MICROALGAS: POTENCIAL PARA A PRODUÇÃO DE COMPOSTOS BIOATIVOS NANOENCAPSULADOS

Las microalgas se presentan como una fuente potencial de compuestos bioactivos para ser utilizado en la industria alimentaria generando alimentos funcionales. El desarrollo y búsqueda de alimentos funcionales, como método para mejorar y mantener la salud representa un campo de la investigación muy explorado en años recientes. Lípidos, proteínas, polisacáridos, compuestos fenólicos, carotenoides, entre otros bioproductos proveniente de microalgas pueden ser utilizados como fuente de ingredientes para productos funcionales, sin embargo, la inestabilidad química de muchos de ellos puede comprometer su acción. La nanoencapsulación representa una herramienta nanotecnológica capaz de proporcionar mejoras en la estabilidad y actividad biológica de los compuestos bioactivos provenientes de microalgas. Esta revisión persigue mostrar la importancia, mejoras y potencialidad en la elaboración de compuestos bioactivos de microalgas para productos nanoencapsulados con utilidad en la industria de alimentos.As microalgas se apresentam como uma fonte potencial de compostos bioativos para utilização na indústria alimentícia, produzindo alimentos funcionais. O desenvolvimento e procura de alimentos funcionais, como método para melhorar e manter a saúde representa uma área substancialmente explorada nos últimos anos. Lipídeos, proteínas, polissacarídeos, compostos fenólicos, carotenóides, entre outros bioprodutos das microalgas podem ser utilizados como ingredientes para produtos funcionais, mas, a instabilidade química de muitos deles pode comprometer sua ação. A nanoencapsulação é uma ferramenta nanotecnológica capaz de proporcionar melhorias de estabilidade e atividade biológica dos compostos bioativos derivados de microalgas. Esta revisão procura mostrar a importância, melhoria e potencialidade na elaboração de compostos bioativos das microalgas para produtos nanoencapsulados com potencial para a indústria de alimentos