FERMENTAÇÃO EM ESTADO SÓLIDO: PRODUÇÃO DE CELULASE

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O termo fermentação em estado sólido, ou fermentação semi-sólida, ou fermentação em meio semi-sólido aplica-se ao processo de crescimento de micro-organismos sobre substratos sólidos sem a presença de água livre. A água presente nesses sistemas encontra-se ligada à fase sólida, formando uma fina camada na superfície das partículas (RAIMBAULT, 1998).

O processo de fermentação em estado sólido tem despertado grande interesse devido ao baixo custo com substrato, pois em geral são utilizados resíduos agroindustriais e possuir maior produtividade quando comparada a fermentação submersa, geralmente utilizada industrialmente (AFONSO, 2012).

2 OBJETIVOS

A presente aula prática teve como objetivo a produção da enzima celulase através da fermentação em estado sólido de Rhizopus oryzae, utilizando casca e farelo de arroz como substrato.

3 REVISÃO DA LITERATURA

3.1 FERMENTAÇÃO EM ESTADO SÓLIDO (FES)

Segundo Raimbault (1998), o termo fermentação em estado sólido é usado para definir um processo de crescimento de micro-organismos sobre substratos sólidos sem a presença de água livre. Nesse tipo de fermentação o micro-organismo é inoculado em um substrato onde o conteúdo líquido ligado a ele está em um nível de atividade o qual assegure o crescimento e metabolismo celular, porém que não exceda a capacidade máxima de ligação de água com a matriz sólida (SANTOS, 2006).

Quando comparada aos outros tipos de fermentação, a FES apresenta algumas vantagens como: a utilização de resíduos agroindustriais, menor gasto de energia, menor quantidade de água utilizada e consequentemente menor saída de água para o esgoto, menor espaço de fermentação, geralmente os meios de fermentação são mais simples e a atividade enzimática é usualmente maior (COSTA, 2012).

Segundo Costa (2012), outra vantagem desse tipo de fermentação é a natureza extracelular da enzima produzida, que pode ser facilmente extraída pela mistura de água ou tampão com a massa fermentada, que depois de filtrada, constitui o extrato enzimático. O grande potencial da FES é principalmente na produção de enzimas através de fungos filamentosos, os quais têm recebido a maioria das atenções nas pesquisas, pois apresentam capacidade de crescimento em baixos níveis de água (DANTAS e AQUINO, 2010).

3.2 UMIDADE E ATIVIDADE DE ÁGUA

De acordo com Costa (2012), a umidade do meio de cultivo é um dos principais parâmetros que influencia a fermentação em estado sólido. Dessa forma o tipo de substrato, o micro-organismo utilizado e o produto final desejado são os principais fatores que determinam o teor de umidade que o substrato deverá apresentar.

O substrato com a umidade adequada deverá apresentar condições para que haja transferência de nutrientes e de oxigênio, logo um alto teor de umidade acabaria prejudicando a porosidade do meio, e assim diminuiria as trocas dos gases e aumentaria a temperatura interna do meio. Porém se a umidade for muito baixa irá prejudicar o crescimento do micro-organismo, portanto irá influenciar no produto final em interesse (JÚNIOR, 2014).

3.3 MICRO-ORGANISMOS PRODUTORES DE CELULASE

Os fungos filamentosos são ideais e os melhores adaptados para a fermentação em estado sólido, pois o crescimento filamentoso e a boa tolerância a condições de baixa atividade de água e alta pressão osmótica conferem aos fungos vantagens sobre os micro-organismos unicelulares na colonização de substratos sólidos e utilização adequada dos nutrientes disponíveis (COSTA, 2012).

3.3.1 Rhizopus oryzae

O Rhizopus oryzae é um fungo conhecido pela capacidade de produzir celulases, proteases, lipases, fumarases e xilanases. O fato de Rhizopus oryzae CCT 7560 ser um micro-organismo GRAS e ter sido isolado do arroz com casca justificam a investigação do seu uso na produção de enzimas do complexo celulolítico mediante fermentação em estado sólido utilizando os co-produtos da indústria arrozeira como substrato, corroborando na busca de novas fontes microbianas para produção enzimática e na diminuição dos custos de produção mediante o uso de substrato de baixo custo e amplamente utilizados. Outro fator que encarece o custo de produção é o processo de purificação, cujas etapas realizadas são proporcionais a finalidade do emprego da enzima, podendo ser utilizados o extrato enzimático bruto quando se pretende a utilização de um complexo enzimático para digerir matéria constituída por carboidrato complexo (KUPSKI, 2012).

3.4 SUBSTRATO

Atualmente, há um crescente interesse na fermentação sólida para a produção de compostos de importância comercial devido à demanda por insumos de menor custo (COSTA, 2012). Esses insumos orgânicos são fontes ricas de carbono e nitrogênio, facilitando o crescimento de micro-organismos. Logo as estruturas miceliar de fungos filamentosos penetram nas partículas do substrato, enquanto leveduras e bactérias crescem na superfície (CORREIA, 2004).

Podem ser empregados dois tipos de substratos nesse processo, um servindo apenas como suporte para seu crescimento e outro que será utilizado pelo micro-organismo como fonte de carbono e energia (COSTA, 2012).

3.4.1 Arroz

Na região sul do Brasil, a indústria arrozeira gera resíduos agroindustriais como o farelo de arroz que possuem na sua composição material lignocelulósico. Este co-produto demonstra elevado potencial como meio de cultura para a produção de celulases (DEDAVID, 2008). No processo de beneficiamento do arroz, após a retirada da casca, são removidas as camadas mais externas do grão que compreendem pericarpo, tegumento, camada de aleurona e parte do endosperma, dando origem ao farelo. A natureza e composição do farelo de arroz dependem do sistema ou grau de polimento, contaminação com casca e a severidade da parboilização para arroz parboilizado (AMISSAH et al., 2003).

3.5 ENZIMAS

3.5.1 Produção de enzimas

Para a produção industrial de enzimas microbianas, os micro-organismos devem ser capazes de crescer em substratos de baixo custo; produzirem a enzima em velocidade elevada, constante e em curto intervalo de tempo; os métodos para a recuperação devem ser simples e de baixo custo; e a preparação enzimática obtida 17 deve apresentar