Patricia teixeira damasceno lobo



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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE

SANTANA

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BIOLÓGICAS

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO RECURSOS GENÉTICOS VEGETAIS.

PATRICIA TEIXEIRA DAMASCENO LOBO

USO DE CALDO DE CANA (Saccharum officinarum) COMO MEIO DE FERMENTAÇÃO PARA A PRODUÇÃO DE CAROTENÓIDES DE INTERESSE INDUSTRIAL EM LEVEDURAS.

FEIRA DE SANTANA- BA

2013
PATRICIA TEIXEIRA DAMASCENO LOBO

USO DE CALDO DE CANA (Saccharum officinarum) COMO MEIO DE FERMENTAÇÃO PARA A PRODUÇÃO DE CAROTENÓIDES DE INTERESSE INDUSTRIAL EM LEVEDURAS.

FEIRA DE SANTANA- BA

2013

PATRICIA TEIXEIRA DAMASCENO LOBO

USO DE CALDO DE CANA (Saccharum officinarum) COMO MEIO DE FERMENTAÇÃO PARA A PRODUÇÃO DE CAROTENÓIDES DE INTERESSE INDUSTRIAL EM LEVEDURAS.

Dissertação  apresentada  ao  Programa  de  Pós­Graduação 

em Recursos Genéticos Vegetais, da Universidade Estadual 

de Feira de Santana, como requisito parcial para a obtenção 

do título de Mestre em Recursos Genéticos Vegetais.
Orientador (a): Profª Drª Sandra Aparecida de Assis

FEIRA DE SANTANA- BA

2013

Inserir ficha catalográfica confeccionada pela Biblioteca Central Julieta Carteado, da UEFS.



BANCA EXAMINADORA

_____________________________________________________

Profº. Drº Marcelo Franco
______________________________________________________

Prof° Dr° Hélio Mitoshi Kamida


_______________________________________________________

Profª Drª Sandra Aparecida de Assis

Orientador (a) e Presidente da Banca

FEIRA DE SANTANA-BA

2013

À Dilson,



minha luz, verdadeiro exemplo de companheirismo e dedicação.

AGRADECIMENTOS

Primeiramente a Deus que me deu saúde e força.

A minha orientadora, Prof.ª Dra.ª Sandra Aparecida de Assis, pela confiança em mim depositada, pelos seus ensinamentos, sua competente orientação e amizade. Sendo para mim um exemplo seguir.

Ao meu esposo Dilson, pelo amor, carinho, compreensão e apoio sempre.

A minha filha Ilana, que coloriu os meus dias e mudou a minha vida.

A minha família pelo apoio e por cuidaram de meu tesouro ( Ilana) por todo o tempo que estive ausente.

A Vanessa pelo carinho, amizade, companheirismo e diversas contribuições para a realização deste trabalho. Tenha certeza de que a reciprocidade será eterna.

A Profª Elisa Teshima por ter disponibilizado o LAQUA (UEFS) para a realização de parte deste trabalho, além dos ensinamentos quem me servirá como exemplo para dar continuidade a minha vida profissional.

Ao Programa de Pós-graduação em Recursos Genéticos Vegetais, pela oportunidade de participar do programa.

A todos, meus sinceros agradecimentos.



SUMÁRIO







INTRODUÇÃO GERAL


1

CAPÍTULO I











CALDO DE CANA: PROPRIEDADES NUTRICIONAIS, E APLICAÇÃO EM PROCESSOS FERMENTATIVOS










1. Cana-de-açúcar: características básicas e uso em processos biotecnológicos

5

1.1 Cana-de-açúcar: características taxonômicas e biológicas

5

1.2 Caldo de cana: perfil nutricional

6

1.3 Caldo de cana: valor econômico e aplicações

7

1.4 Carotenóides: composição química e propriedades

9

1.5 Micro-organismos produtores de carotenóides.

10

1.6 Carotenóides: fatores que contribuem para a sua biossíntese.

11

1.7 Carotenóides como aditivos de alimentos e ração

13

1.8 Carotenóides propriedades biológicas

15

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICA

16









CAPÍTULO 2










USO DE CALDO DE CANA (Saccharum officinarum) COMO MEIO DE FERMENTAÇÃO PARA A PRODUÇÃO DE CAROTENÓIDES DE INTERESSE INDUSTRIAL EM LEVEDURAS.






RESUMO

20

1 INTRODUÇÃO

21

2. MATERIAIS E MÉTODOS

22

2.1 Coletas das amostras, isolamento de leveduras.

22

2.2 Seleções das leveduras

23

2.3 Seleções de meio a ser utilizado no processo fermentativo

23

2.4 Planejamentos experimentais

24

2.5 Preparo do meio de cultivo

24

2.5.1 Pré-tratamento do caldo de cana.

24

2.6 Fermentação

25

2.7 Determinações da biomassa.

25

2.8 Determinações de açúcar residual

25

2.9 Determinação de carotenóides

26

2.9.1 Extrações de carotenóides.

26

2.9.2 Purificações dos carotenóides.

26

2.9.3 Quantificações de carotenóides.

27

2.10 Análises estatísticas dos dados

27

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

27

3.1 Seleção das leveduras

27

3.2 Efeito da velocidade da agitação e pH inicial.

30

3.3 Efeito da concentração de caldo de cana e extrato de levedura.

39

4. CONSIDERAÇÕES FINAIS

48

REFERENCIAS

49









CAPÍTULO 3





PRODUÇÃO DE CAROTENÓIDES E CRESCIMENTO CELULAR DA LEVEDURA Sporidiobolus ruineniae EM CALDO DE CANA SUPLEMENTADO COM EXTRATO DE LEVEDURA.










RESUMO

53

1. INTRODUÇÃO

54

2. MATERIAIS E MÉTODOS

56

2.1 Coletas das amostras, isolamento de leveduras.

56

2.2 Planejamentos experimentais

56

2.3 Preparo do meio de cultivo

56

2. 3.1 Pré-tratamento do caldo de cana.

56

2.4 Fermentação

57

2.4.1 Padronização do inoculo

57

2.5 Determinações da biomassa.

57

2.6 Determinações de açúcar residual

57

2.7 Determinação de carotenóides

58

2.7.1 Extrações de carotenóides.

58

2.7.2 Purificações dos carotenóides.

58

2.7.3 Quantificações de carotenóides.

59

2.8 Análises estatísticas dos dados

59

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

59

3.1 Efeito da concentração de caldo de cana e extrato de levedura.

59

3.2 Efeito da velocidade da agitação e pH inicial.

68

4. CONSIDERAÇÕES FINAIS

74

REFERENCIAS

74

CONCLUSÃO GERAL

77


RESUMO GERAL

77

ABSTRACT

79



LISTA DE FIGURAS
CAPÍTULO 1

Figura 1- Biossíntese de carotenóides em levedura a partir de glicose

11

CAPÍTULO 2


Figura 1: Diagrama de Pareto com o efeito estimado das variáveis estudadas no planejamento Doehlert – avaliação da velocidade de agitação ( rpm) e pH inicial na produção de carotenóides.


33

Figura 2: Diagrama de Pareto com o efeito estimado das variáveis estudadas no planejamento Doehlert – avaliação da velocidade de agitação ( rpm) e pH inicial no crescimento celular

34

Figura 3: Curva de níveis para a produção de carotenóides (µg/L) em função da velocidade de agitação e pH inicial.

37

Figura 4: Superfície de Resposta para a produção de carotenóides ( µg/L) em função da velocidade de agitação e pH inicial.

37

Figura 5: Curva de níveis para a produção de biomassa (g/L) em função da velocidade de agitação e pH inicial.

38

Figura 6: Superfície de Resposta para a produção de biomassa (g/L) em função da velocidade de agitação e pH inicial.

39

Figura 7: Diagrama de Pareto com o efeito estimado das variáveis estudadas no planejamento completo 23– avaliação da concentração de caldo de cana (%) extrato de levedura (g/L) para produção de carotenóides..

47

Figura 8: Diagrama de Pareto com o efeito estimado das variáveis estudadas no planejamento completo 23– avaliação da concentração de caldo de cana (%) extrato de levedura (g/L) para produção de biomassa.

44

Figura 9: Gráfico de contorno para a produção de carotenóides ( µg/L) em função da concentração de caldo de cana(%) extrato de levedura (g/L).

46

Figura 10: Superfície de Resposta para a produção de carotenóides ( µg/L) em função da concentração de caldo de cana(%) extrato de levedura (g/L).

47

Figura 11: Gráfico de contorno para a produção de biomassa (g/L) em função da concentração de caldo de cana(%) extrato de levedura (g/L)..

47

Figura 12: Superfície de Resposta para a produção de biomassa (g/L) em função da concentração de caldo de cana(%) extrato de levedura (g/L).


48


CAPÍTULO 3


Figura 1: Diagrama de Pareto com o efeito estimado das variáveis estudadas no planejamento fatorial completo 23 – avaliação da concentração de caldo de cana (%) e do extrato de levedura(g/L) na produção de carotenóides.

61

Figura 2: Diagrama de Pareto com o efeito estimado das variáveis estudadas no planejamento fatorial 23 – avaliação da concentração de caldo de cana (%) e do extrato de levedura (g/L) no crescimento celular.


62

Figura 3: Curva de níveis para a produção de carotenóides (µg/L) em função da Concentração de caldo de cana (%) e Extrato de levedura (g/L).


64

Figura 4: Superfície de Resposta para a produção de carotenóides ( µg/L) em função concentração de caldo de cana (%) extrato de levedura (g/L).


65

Figura 5: Curva de níveis para a produção de Biomassa (g/L) em função da Concentração de caldo de cana (%) e Extrato de levedura (g/L).

65

Figura 6: Superfície de Resposta para a produção de biomassa (g/L) em função da Concentração de caldo de cana (%) e extrato de levedura (g/L).


66

Figura 7: Diagrama de Pareto com o efeito estimado das variáveis estudadas no planejamento Doehlert – avaliação da Velocidade inicial (rpm) e do pH inicial produção de carotenóides.

68

Figura 8: Diagrama de Pareto com o efeito estimado das variáveis estudadas no planejamento Doehlert – avaliação da Velocidade inicial (rpm) e do pH inicial produção de biomassa.

70

Figura 9: Curva de níveis para a produção de carotenóides ( µg/L) em função da velocidade de agitação (rpm) e pH inicial.

72

Figura 10: Superfície de resposta para a produção de carotenóides ( µg/L) em função velocidade de agitação (rpm) e pH inicial.


72







LISTA DE TABELAS

CAPÍTULO 1


Tabela 1: Lista de alguns carotenóides utilizados em alimentos e ração


14

CAPÍTULO 2


Tabela 1: Formulações utilizadas para teste da composição do meio a ser otimizado.


24

Tabela 2: Resultados da seleção de leveduras utilizando caldo de cana diluído (25%) e extrato de levedura 2g/L.


28

Tabela 3: Resultados da seleção dos meios de cultivos utilizando caldo de cana diluído (25%) suplementado com diferentes sais e fontes orgânicas e inorgânicas de nitrogênio em Rhodotorula mucilaginosa.


29

Tabela 4: Resultados da seleção dos meios de cultivos utilizando caldo de cana diluído (25%) suplementado com diferentes sais e fontes orgânicas e inorgânicas de nitrogênio em Rhodotorula mucilaginosa.


30

Tabela 5: Análise de variância para produção de carotenóides pela levedura R. mucilaginosa


35

Tabela 6: Análise de variância para a produção de biomassa da levedura R. mucilaginosa


35

Tabela 7: A matriz de planejamento fatorial completo 23 utilizada apresentando as variáveis utilizadas ( caldo de cana % e Extrato de levedura (g/L) e as médias das respostas obtidas: Carotenóides totais (µg/L) e específicos (µg/g), biomassa (g/L) e açúcar residual ( g/L).


40

Tabela 8: Análise de variância para a produção de carotenóides (µg/L) da levedura R. mucilaginosa.


45

Tabela 9: Análise de variância para a produção de biomassa (g/L )da levedura R. mucilaginosa.


46


CAPÍTULO 3

Tabela 1: Matriz de planejamento fatorial 23 apresentando as variáveis utilizadas - concentração de caldo (%) de cana e extrato de levedura (g/L) - e as médias das respostas obtidas: Carotenóides específicos (µg/g), totais(µg/L), Biomassa( g/L) e açúcar residual em levedura Sporidiobolus ruineniae.


60

Tabela 2: Análise de variância para a produção de Carotenóides da levedura Sporidiobolus ruineniae.


63

Tabela 3: Análise de variância para a produção de Biomassa da levedura Sporidiobolus ruineniae.


64

Tabela 4: Matriz de planejamento Doehlert apresentando as variaveis utilizadas – velocidade de agitação e pH inicial - e as médias das respostas obtidas: Carotenóides específicos ( µg/g), totais (µg/L), Biomassa( g/L) e açúcar residual (g/L) em levedura Sporidiobolus ruineniae.


68

Tabela 5: Análise de variância para a produção de carotenóides da levedura Sporidiobolus ruineniae.


71

Tabela 6: Análise de variância para a produção de biomassa da levedura Sporidiobolus ruineniae.


71


LISTA DE SIGLAS

pH – Potencial hidrogeniônico

mg – miligrama

UE - União Européia

CE – Conselho Europeu

Kg – Kilograma

EUA – Estados Unidos da América

JECFA – Comitê Misto de Organização para a Alimentação e Agricultura

FAO – Food and agriculture organization

EROS – Espécies reativas de oxigênio

DNA – Ácido desoxirribonucléico

g – grama

L – litro

rpm - rotação por minuto

µg – micrograma

ANOVA- analise de variância

C – carbono

N- nitrogênio

Ar – Açúcar residual

DNS – Dinitrosalicilico

DMSO – Dimetilssulfoxido.



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