dissertação

Captura cromatográfica de L-asparaginase fúngica usando criogel de troca iônica: uma estratégia para mitigação de acrilamida em alimentos

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Tecnológico

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Tecnologia e produção

Objetivos de Desenvolvimento Sustentável

ODS 2: Fome zero e agricultura sustentável
ODS 3: Saúde e bem-estar
ODS 9: Indústria, inovação e infraestrutura
ODS 12: Consumo e produção responsáveis

Dados abertos

Resumo

A L-asparaginase (ASNase) é uma enzima de interesse na indústria de alimentos por catalisar a hidrólise da L-asparagina em ácido aspártico e amônia, contribuindo para a redução da formação de acrilamida, composto potencialmente carcinogênico formado durante o processamento térmico de alimentos. Fungos filamentosos destacam-se como fontes promissoras para a produção dessa enzima, devido à sua alta produtividade, estabilidade e facilidade de cultivo. No entanto, mesmo que parcial, a purificação da enzima é essencial para seu uso em alimentos. Nesse contexto, criogéis configuram-se como suportes cromatográficos potenciais na purificação de biocompostos, especialmente a partir de extratos brutos e não clarificados. Diante disso, o presente trabalho tem como objetivo desenvolver criogéis de troca iônica para purificação da ASNase de Aspergillus caespitosus, cultivado em fermentação em estado sólido utilizando fibra de ora-pro-nobis (Pereskia aculeata Miller) como substrato. Os criogéis foram sintetizados por crio-copolimerização (-12 °C, 24 h) e posteriormente funcionalizados com aminoácidos (taurina, cisteína ou ácido glutâmico) via método epóxi ou empregando o glutaraldeído. O criogel funcionalizado com taurina e utilizando o glutaraldeído (crio-Tau), apresentou a maior capacidade de adsorção (83,43 mg g−1) das enzimas em pH 7,0, o que pode ser atribuído às interações eletrostáticas entre a ASNase e os grupos funcionais do crio-Tau, uma vez que o ponto de carga zero (pHpzc) desse adsorvente foi 7,45. O crio-Tau apresentou elevada porosidade (>90%), capacidade de inchamento (12,99 g g−1), estabilidade térmica (até 250 °C), resistência mecânica (18,78 kPa), capacidade iônica total de 26,40×10−3 molNa+ L−1criogel hidratado e comportamento amorfo, com temperatura de transição vítrea de 6,62 °C. A enzima purificada apresentou atividade ótima a 40 °C e pH 7,0, com atividade específica de 143,93 U mg−1, fator de purificação de 2,65 e recuperação de 73,99%. O criogel manteve desempenho eficaz por até seis ciclos de reutilização. Quando aplicada a batata chips, a ASNase reduziu em até 52% os níveis de acrilamida após 60 minutos de tratamento. Esses resultados demonstram o potencial do crio-Tau para purificação da enzima, possibilitando sua posterior aplicação em alimentos.

Abstract

L-asparaginase (ASNase) is an enzyme of interest in the food industry because it catalyzes the hydrolysis of L-asparagine into aspartic acid and ammonia, contributing to the reduction of acrylamide formation, a potentially carcinogenic compound generated during the thermal processing of foods. Filamentous fungi stand out as promising sources for the production of this enzyme due to their high productivity, stability, and ease of cultivation. However, even partial purification of the enzyme is essential for its use in food applications. In this context, cryogels emerge as potential chromatographic supports for the purification of biocompounds, particularly from crude and non-clarified extracts. Therefore, the present study aims to develop ion-exchange cryogels for the purification of ASNase from Aspergillus caespitosus, cultivated via solid-state fermentation using ora-pro-nobis (Pereskia aculeata Miller) fiber as substrate. The cryogels were synthesized by cryo-copolymerization (–12 °C, 24 h) and subsequently functionalized with amino acids (taurine, cysteine, or glutamic acid) via epoxy method or using glutaraldehyde. The cryogel functionalized with taurine and activated with glutaraldehyde (cryo-Tau) showed the highest adsorption capacity (83.43 mg g−1) for the enzymes at pH 7.0, which may be attributed to electrostatic interactions between ASNase and the functional groups of cryo-Tau, since the point of zero charge (pHpzc) of this adsorbent was 7.45. Cryo-Tau exhibited high porosity (>90%), swelling capacity (12.99 g g−1), thermal stability (up to 250 °C), mechanical strength (18.78 kPa), total ionic capacity of 26.40×10−3 molNa+ L−1 hydrated cryogel, and amorphous behavior with a glass transition temperature of 6.62 °C. The purified enzyme showed optimal activity at 40 °C and pH 7.0, with specific activity of 143.93 U mg−1, purification factor of 2.65, and recovery of 73.99%. The cryogel maintained effective performance for up to six reuse cycles. When applied to potato chips, ASNase reduced acrylamide levels by up to 52% after 60 minutes of treatment. These results demonstrate the potential of cryo-Tau for enzyme purification, enabling its subsequent application in food systems.

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BATISTA, Giovanni Aleixo. Captura cromatográfica de L-asparaginase fúngica usando criogel de troca iônica: uma estratégia para mitigação de acrilamida em alimentos. 2025. 89 p. Dissertação (Mestrado em Ciência dos Alimentos) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2025.

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