Estudos de obtenção de bioaromas pela biotransformação de compostos terpenicos

• Main Author: Bicas, Juliano Lemos, 1982-
• Other Authors: UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: [s.n.] 2009
• Subjects: Alfa-terpineol; Limoneno; Fusarium oxysporum; Pseudomonas; Alpha-terpineol; Limonene
• Online Access: BICAS, Juliano Lemos. Estudos de obtenção de bioaromas pela biotransformação de compostos terpenicos. 2009. 207 p. Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos, Campinas, SP. Disponível em: <http://www.repositorio.unicamp.br/handle/REPOSIP/256672>. Acesso em: 12 ago. 2018.; http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/256672

Orientador: Glaucia Maria Pastore === Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos === Made available in DSpace on 2018-08-12T23:31:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bicas_JulianoLemos_D.pdf: 1661445 bytes, checksum: 73851fe13d8b9c41e2fbd0029e3dbb53 (MD5) Previous issue date: 2009 === Resumo: O objetivo do presente trabalho foi efetuar estudos de biotransformação de substratos terpênicos para a obtenção de compostos de aromas naturais, ou bioaromas, enfatizando os processos bioquímicos envolvidos nos procedimentos empregados e a otimização da produção para possíveis aplicações industriais. Assim, o estudo se iniciou com o isolamento de quase 300 linhagens, das quais 121 mostraram-se resistentes a concentrações de 2% de R-(+)-limoneno e 70 foram capazes de utilizar este substrato como única fonte de carbono. Dentre todas as linhagens potencialmente degradantes do R-(+)-limoneno, nenhuma mostrou acúmulo significativo de metabólito de interesse em concentrações que justificassem estudos de otimização. A seguir, o método de Superfície de Resposta foi empregado para otimizar os principais parâmetros do processo de produção de R-(+)-a-terpineol a partir do R-(+)-limoneno pelo fungo Fusarium oxysporum 152b. Dentre os 10 parâmetros analisados (concentração de glicose, peptona, extrato de malte e de levedura no meio de biotransformação; concentração de R-(+)- limoneno; concentração de biosurfactantes; temperatura; agitação; pH; tamanho do inóculo), três (concentração de substrato, temperatura e agitação) influenciaram significativamente (p < 0,10) a produção de R-(+)-a-terpineol, dentro das faixas estudadas. A otimização dessas variáveis por um Delineamento Composto Central Rotacional revelou que as condições ótimas para a biotransformação foram de 0,5% de R-(+)-limoneno, 26 °C e 240 rpm, resultando em uma concentração de cerca de 2,4 g.L-1 de R-(+)-a-terpineol ao final de 72 h de processo. Aproveitando-se do fato de essa linhagem fúngica ser reconhecida pela produção de lípase alcalina, um sistema integrado de produção foi posteriormente proposto a fim de explorar todo potencial biotecnológico do microrganismo. Assim, a biomassa resultante da produção de lipase, antes descartada, foi avaliada quanto à preservação da atividade de biotransformar o R-(+)- limoneno. Os resultados demonstraram ser possível a coprodução de lipase/R-(+)-a-terpineol, apesar de que o rendimento máximo do bioaroma foi cerca de 50% inferior quando comparado ao do procedimento convencional. Os estudos com duas linhagens bacterianas (Pseudomonas rhodesiae CIP 107491 e P. fluorescens NCIMB 11671) para a bioconversão de alguns monoterpenos indicaram a presença de uma via metabólica envolvendo ß-pineno, a-pineno, a-pineno oxido, isonovalal e ácido dimetil pentanóico para ambas espécies, além de outras duas vias de degradação do limoneno para P. fluorescens. Nesse caso, a bactéria usava o limoneno como única fonte de carbono e energia, passando por limoneno-1,2-diol, e também hidroxilava este substrato na posição 8 formando R-(+)-a-terpineol como forma de diminuir a toxicidade do substrato (metabolismo de xenobióticos). Essa última via ocorria em ausência de cofatores graças à ação de uma hidratase enantioespecífica capaz de converter anaerobicamente R-(+)-limoneno a R-(+)-a-terpineol e S-(¿)-limoneno a S-(¿)-a-terpineol em meios bifásicos, empregando n-hexadecano como fase orgânica. Foi posteriormente demonstrado que os rendimentos e produtividade poderiam ser significativamente elevados e que a produção poderia ser mais que duplicada (de ~10 para ~25 g.L-1) com o uso de fases orgânicas não convencionais, como óleos vegetais. Finalmente, estudos preliminares de avaliação do potencial bioativo do principal produto relatado nessa tese demonstraram que o a-terpineol revelou uma elevada capacidade de absorção de radical de oxigênio (ORAC) e atividade antiploriferativa contra cinco linhagens de células cancerosas, apesar da baixa atividade de captura de radical DPPH. Esses resultados abrem precedentes para que pesquisas in vivo sejam consideradas a fim de determinar o potencial funcional desse bioaroma, algo ainda praticamente inexplorado === Abstract: The objective of the present work was to study the biotransformation of terpene substrates to obtain natural flavor compounds (bioflavors), focusing the biochemical processes involved in the procedures investigated and optimization of production for possible industrial applications. Therefore, the study started with the isolation of more than 300 wild strains followed by the selection of 121 capable of resisting to 2% (v.v-1) of R-(+)-limonene and 70 that could use this terpene as sole carbon and energy source. None of the strains tested showed accumulation of intermediate metabolites in levels that justified further optimization studies. Subsequently, the Response Surface Methodology was employed to optimize the main parameters of the process of biotransformation of R-(+)-limonene to R-(+)-a-terpineol by the fungal strain Fusarium oxysporum 152b. Only three (R-(+)-limonene concentration, temperature and agitation) of the ten parameters tested (concentration of glucose, peptone, malt extract and yeast extract; substrate concentration; biosurfactant concentration; temperature; agitation; pH; inoculum size) influenced significantly (p < 0.1) the R-(+)-a-terpineol production. The optimization of these variables applying a Central Composite Design revealed that the optimal biotrasformation conditions were 0.5% of R-(+)-limonene, 26 °C and 240 rpm, resulting in a R- (+)-a-terpineol concentration close to 2,4 g.L-1 after a 72 h. Since this fungus has been recognized for its high alkaline lipase production, an integrated process was proposed to explore the full biotechnological potential of this microorganism. Therefore, the biomass resulting from the lipase production, which was previously discharded, was tested to evaluate the preservation of R-(+)-limonene-biotransformation activity. The results have shown that the co-production of lipase/R-(+)-a-terpineol was feasible, although the maximal yield of the bioflavor was approximately 50 % lower when compared to the conventional process. The studies with two pseudomonad strains (Pseudomonas rhodesiae CIP 107491 e P. fluorescens NCIMB 11671) for the conversion of some monoterpenes indicated the presence of one metabolic route involving ß-pinene a-pinene a-pinene oxide, isonovalal and dimethyl pentanoic acid for both species, besides two other pathways for the degradation of limonene by P. fluorescens. In this case, the bacterium used the substrate as sole carbon and energy source, with limonene-1,2-diol as intermediate, and also hydroxylated limonene in the position 8 to R-(+)-a- terpineol as a detoxifying strategy (xenobiotic metabolism). The last pathway occurred in the absence of cofactors due to the action of an enantiospecific hydratase capable of converting anaerobically R-(+)-limonene to R-(+)-a-terpineol and S-(¿)-limonene to S-(¿)-a-terpineol in biphasic mediums, employing n-hexadecane as organic phase. It was later demonstrated that the yields and productivities could be significantly enhanced and that the final concentration of the product could be more than duplicated (from ~10 to ~25 g.L-1) if unconventional organic phases (vegetable oils) were used. Finally, preliminary studies evaluating the bioactive potential of the main product reported in this thesis have revealed that the a-terpineol demonstrated an oxygen radical absorbance capacity (ORAC) and an antiproliferative activity against five cancer lines, although the DPPH radical scavenging activity was low. These results encourages in vivo research to determine the functional potential of this bioflavor, something practically unexplored === Doutorado === Doutor em Ciência de Alimentos