Study of the industrial application potential of a mixture composed of an alkaline lipase from Fusarium oxysporum and biossurfactant from Bacillus subtilis

Abstract

Orientador: Glaucia Maria PastoreTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de AlimentosResumo: Na perspectiva de se tornar uma alternativa aos produtos já existentes para a indústria, foi proposto neste trabalho uma mistura inédita e original composta por uma lipase alcalina (LA) produzida por Fusarium oxysporum e biossurfatante (BS) produzido por Bacillus subtilis, a qual foi denominada de mistura LA/BS. O objetivo desta mistura foi remover materiais gordurosos de tecidos de algodão e de superfícies de aço inoxidável, assim como remover biofilmes de micro-organismos indesejáveis para a indústria de alimentos. Primeiramente, a mistura LA/BS foi submetida a uma caracterização e verificação da manutenção das propriedades individuais de cada composto quando submetida aos diferentes tratamentos físico-químicos. A lipase alcalina manteve sua atividade enzimática na presença de 0,0001 a 0,01% de biossurfatante. O tensoativo, na mistura LA/BS, manteve sua característica de reduzir a tensão superficial da água para valores em torno de 30 mN.m-1. Quando submetida a variações de temperatura (-4 a 30?C) por 24 h e de pH (6 a 10) por 48 h, a mistura LA/BS se mostrou bastante estável em suas propriedades, demonstrando um comportamento bastante semelhante ao encontrado na literatura. A concentração micelar crítica (CMC) do BS não foi alterada na presença da LA. A mistura não perdeu suas características frente a diversos sais inorgânicos (exceto pelo CuSO4 para LA e Fe3+ para o BS), agentes oxidantes, redutores, quelantes e preservantes de alimentos. Além disso, funcionou como um ótimo agente emulsificante na presença de diversos hidrocarbonetos e ?eos vegetais, apresentando um ?dice de emulsificação após 24 h (IE24) em torno de 60%. Subsequentemente, a lipase alcalina se apresentou mais estável frente a 0,1% de BS (98% de atividade residual) do que aos surfatantes sintéticos testados. Em seguida, avaliou-se a sua capacidade de remover azeite de oliva impregnado em tecidos de algodão em uma solução. Uma alíquota de 0,5 mg.ml-1 de LA foi capaz de remover 48% de gordura dos tecidos e 3 mg.ml-1 de BS cerca de 50%. A presença de 3 mg.ml-1 de BS no sistema contendo 0,5 mg.ml-1 de LA aumentou a remoção do azeite de oliva em 10%, demonstrando um efeito de sinergismo na mistura. Além disso, LA/BS teve um comportamento similar aos surfatantes alquil benzeno linear sulfonado (LAS) e o dodecil sulfato de sódio (SDS). Superfícies rígidas de aço inoxidável foram recobertas com diferentes tipos de gorduras como gordura suína, gordura de frango, manteiga e creme de leite como forma de simular situações vistas em frigoríficos e laticínios. A presença do BS e da mistura LA/BS, de uma forma geral, melhorou a remoção das gorduras presentes nas placas conforme aumenta a concentração dos compostos. A mistura LA/BS melhorou a remoção de gordura suína, de frango e de creme de leite em 30; 35,1 e 29%, respectivamente. A remo?o da manteiga foi a menos influenciada pelos detergentes. Como padrão de detergente foi utilizado o surfatante SDS na concentração de 1,5%. A atividade antimicrobiana da mistura LA/BS foi realizada por meio de ensaio quantitativo pela concentração inibitóia mínima (CIM). Entre todos os micro-organismos testados, somente Bacillus subtilis, Bacillus cereus e a Listeria innocua tiveram seus crescimentos afetados pela mistura. A bactéria B. cereus foi a mais sensível (CIM 0,013 mg.ml-1). Em adição, o efeito de sanitizantes contra L. innocua aderidas ao aço inoxidável foi determinado por contagem em placas. Este método demonstrou que a presença de biossurfatante ou da mistura melhorou a remoção das células aderidas em relação ao tratamento sem sanitizantes, reduzindo a contagem, em média, 0,97 log.cm-2. Entretanto, não houve diferença significativa entre os sanitizantes propostos e o detergente padrão SDS (p<0,05)Abstract: Within the perspective of becoming an alternative to products already used in the industry, this study proposed an unprecedented and original mixture consisting of na alkaline lipase (AL) from Fusarium oxysporum and a biosurfactant (BS) from Bacillus subtilis, which will be called AL/BS mix. The aim of this mixture was to remove fatty residues from cotton fabrics and stainless steel surfaces, as well as to remove biofilms of undesirable microorganisms on rigid surface to food industry. Firstly, the AL/BS mix was submitted to a characterization to verify the preservation of each compound individual properties when submitted to different physical and chemical treatments. The AL kept its enzymatic activity in the presence of 0.0001 to 0.01% of biosurfactant. The tensoactive agent, in the AL/BS mix, kept its characteristic of reducing the superficial tension of aqueous solutions to values around 30 mN.m-1. When submitted to temperature (-4 to 30ºC for 24 h) and pH (6 to 10 for 48 h) variations, the AL/BS mix proved quite stable in its properties, showing a behavior very similar to the ones found in literature. The BS critical micelle concentration (CMC) did not change in AL presence. The mix did not lose its characteristics in the presence of several inorganic salts (except CuSO4 for AL and Fe3+ for BS), oxidizing, reducing, chelating and food preservative compounds. Apart from that, the AL/BS mix also proved an excellent emulsifying agent in the presence of several hydrocarbons and vegetable oils, showing emulsifying index around 60% after 24 h (EI24). Subsequently, the AL proved more stable in the presence of 0.1% BS (98% residual activity) than the tested synthetic surfactant, in the same concentrations. Next, the ability of the AL/BS mix to remove olive oil from cotton fabric in a solution was evaluated. The 0.5 mg.mL-1 AL managed to remove 48% of the oil from cotton fabrics and 3 mg.mL-1BS managed to remove approximately 50%. The presence of 3 mg.mL-1 BS in the system which contained 0.5 mg.mL-1 AL increased the olive oil removal by 10%, showing a synergy effect in the mixture. Apart from that, AL/BS mix had a similar performance to sodium linear alkyl benzene sulphonate (LAS) and sodium dodecyl sulphate (SDS) surfactants. Rigid stainless steel surfaces were covered with different types of fatty materials, such as pork fat, chicken fat, butter and whipped cream, to simulate situations existing in meat and dairy industries. The presence of BS and AL/BS mix, generally speaking, improved the fat removal from plates in pace with the increase of compounds concentration. The AL/BS mix improved the removal of pork and chicken fat, and whipped cream in 30, 35.1 and 29% respectively. Butter was the fat least influenced by detergents. Surfactant SDS concentration at 1.5% was used as detergent standard. This testing showed efficiency, sensitivity and it can be used to develop new formulations. The anti-microbial activity of AL/BS mix was carried out by minimum inhibitory concentration (MIC) quantitative assays. Among all tested microorganisms, only Bacillus subtilis, Bacillus cereus and Listeria innocua had their growth affected by the mixture. B. cereus bacteria was the most sensitive (MIC 0.013 mg.mL-1). Besides, the sanitizing effect against L. innocua that was attached to stainless steel was determined by plates counting. This assay proved that the presence of biosurfactant or the AL/BS mix improved the removal of adhered cells in relation to the treatment without sanitizers, reducing the count, in average, 0.97 log CFU.cm-2. However, there has not been a significant difference between the proposed sanitizers and the standard detergent SDS (p<0.05)DoutoradoDoutor em Ciência de Alimento