ENZIMA RECOMBINANTE PARA O PROCESSAMENTO DO AMIDO EM ESCALA INDUSTRIAL

As pululanases são enzimas que promovem a desramificação do açúcar complexo amido em açúcares menores, e apresentam potencial em aplicações industriais que usem amido como matéria-prima, tais como indústrias alimentícias, farmacêuticas e cervejeiras.
Para aumentar a sustentabilidade e a viabilidade econômica na produção, o amido precisa ser decomposto completamente por meio de atuação de enzimas. No entanto, a maioria das enzimas são específicas para atuarem na quebra das ligações glicosídicas (α-1,4-glicosídicas) que formam as cadeias lineares do polissacarídeo, e poucas enzimas atuam na quebra das ligações (α-1,6-glicosídicas) que formam as ramificações do polissacarídeo amido. Com isso, enzimas como a pululanase que clivam esses dois tipos de ligações glicosídicas são importantes para decompor de forma efetiva e completa o amido em carboidratos menores.
Uma das formas de produção industrial de pululanase já conhecida é por meio do cultivo de microrganismos como Pyrococcus furiosus, que proporciona essa enzima com alta estabilidade em ambientes quentes. Se por um lado é desejável obter pululanases termoestáveis e resistentes, por outro o cultivo da bactéria P. furiosus pode ser oneroso e não possui certificação para utilização na alimentação humana e animal.
Para solucionar esse desafio, pesquisadores da Universidade de Brasília e da Universidade Federal de São João Del Rei desenvolveram como alternativa, por meio de engenharia genética, a produção heteróloga (ou seja, em um organismo diferente do original) da pululanase de P. furiosus na levedura Komagataella pastoris.

VANTAGENS

• Facilidade: Microrganismo recombinante de fácil manipulação e crescimento;
• Eficiência: Presença de promotores fortemente regulados e eficientes; Maior tendência a realizar respiração aeróbia em vez de fermentação;
• Competitividade: Mais vantajosa do ponto de vista industrial e competitiva em relação as tecnologias existentes;
• Custo-benefício: Menor custo e maior produtividade.

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COQUETÉIS ENZIMÁTICOS MAIS ACESSÍVEIS

A lignocelulose é o principal componente da biomassa vegetal de resíduos agroindustriais e, a partir de seu reaproveitamento, produtos interessantes podem ser gerados como biocombustíveis, polímeros, produtos químicos e fonte de carbono para produção de enzimas. Neste cenário, o Brasil ocupa uma posição privilegiada devido à produção em larga escala de culturas agrícolas com alta geração de resíduos lignocelulósicos (bagaço de cana-de-açúcar, farelo de trigo, palha de milho, entre outros), que podem ser reaproveitados nas biorrefinarias.
Contudo, uma das maiores lacunas das biorrefinarias é o alto custo de coquetéis enzimáticos comerciais (necessários para a realização da hidrólise enzimática), representando um dos principais entraves à sacarificação de biomassas lignocelulósicas. Sob essa perspectiva, pesquisadores(as) da Universidade de Brasília desenvolveram uma formulação de coquetel enzimático destinada à aplicação na degradação de biomassa lignocelulósica na hidrólise, na silagem de material vegetal e na suplementação de coquetéis já amplamente comercializados.

COQUETEL ENZIMÁTICO DESENVOLVIDO NA UnB

O desenvolvimento de coquetéis enzimáticos obtém resultados promissores para melhorar a eficiência da hidrólise enzimática, uma vez que a degradação dos polissacarídeos pode ser obtida através do ataque sinérgico de diferentes enzimas.
Embora já existam diversos coquetéis enzimáticos comerciais destinados à sacarificação (processo de hidrólise da celulose no qual há a conversão para açúcares fermentáveis) de biomassa lignocelulósica, a busca por novas ferramentas e métodos de produção economicamente viáveis são importantes, uma vez que a maior parte dos processos que utilizam a lignocelulose como matéria-prima ainda não apresentam viabilidade econômica. Nesse sentido, diversas alternativas têm sido propostas na obtenção de misturas enzimáticas complexas, e a utilização de fungos pode representar uma opção bastante atraente.

A presente invenção refere-se a formulação de coquetel enzimático estruturada pelo consórcio de fungos dos gêneros Trichoderma e Aspergillus cultivados, por fermentação submersa, em fontes de carbono provenientes de resíduos agrícolas. A formulação da presente invenção é complementada por um surfactante e uma enzima ligninolítica. Adicionalmente, a presente invenção destina-se ao uso da formulação de coquetel enzimático para solucionar o entrave de desconstrução da biomassa lignocelulósica através da hidrólise para posterior utilização dos açúcares, bem como aditivo em processos de degradação de biomassa lignocelulósica e em processos de silagem. A presente invenção destina-se, também, ao uso do coquetel enzimático como aditivo suplementar de coquetéis já amplamente comercializados.

VANTAGENS

• Eficiência: Favorecer a liberação de glicose e açúcares redutores totais durante a degradação de biomassa lignocelulósica;
• Segurança: Formulação com atividade enzimática termoestável;
• Versatilidade: Aditivar coquetéis enzimáticos já explorados comercialmente.

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AS MÚLTIPLAS E POTENCIAIS APLICAÇÕES DO GLICEROL E SEUS DERIVADOS

A crescente demanda por processos químicos sustentáveis têm gerado um aumento nas pesquisas que visam a substituição da matéria prima derivada de combustíveis fósseis por substâncias que sejam obtidas de fontes renováveis como, por exemplo, óleos vegetais, ácidos graxos e seus derivados, e que possam ser utilizadas como monômeros na síntese de materiais poliméricos com propriedades superiores ou similares aos produtos já disponíveis comercialmente.

Com o objetivo de reduzir e/ou substituir o uso de monômeros vinílicos provenientes do petróleo, o glicerol (gerado em grandes quantidades como coproduto das reações de transesterificação para produção do biodiesel) desponta como iminente alternativa devido a sua inerente reatividade proporcionada pela presença de grupos hidroxila e alta disponibilidade.

Sob essa perspectiva, pesquisadores da Universidade de Brasília desenvolveram copolímeros de derivados acrílicos do glicerol, seu processo de obtenção e sua aplicação como adesivos sensíveis à pressão (PSA) e como catalisadores em reações de transesterificação e esterificação de ácidos graxos.

ADESIVOS, SUPORTE POLIMÉRICO E CATALISADORES HETEROGÊNEOS PARA REAÇÕES DE TRANSESTERIFICAÇÃO E ESTERIFICAÇÃO DE ÁCIDOS GRAXOS

Por ter baixo custo, ter boa disponibilidade comercial e pelo potencial de modificação química (estrutural), o glicerol pode ser utilizado para produzir uma gama de substâncias químicas aptas para serem empregadas como monômeros percursores na busca por novos materiais poliméricos.

O uso de substâncias acrílicas nas formulações é uma vantajosa opção para a modificação da estrutura química do glicerol e dos ácidos graxos, pois são bastante reativas e, consequentemente, elevam a possibilidade de obtenção de polímeros com propriedades adesivas, biocompatíveis e biodegradáveis a partir do uso de matérias-primas oriundas de fontes renováveis.

Nesse contexto, a presente tecnologia situa-se no campo da química tecnológica e apresenta materiais poliméricos polimorfos e sua produção a partir de copolímeros obtidos de monômeros vinílicos, apresentando propriedades distintas. Essas propriedades podem ser ajustadas e controladas a partir de variáveis do processo, resultando em aplicações e desempenhos diferenciados para os copolímeros obtidos. Os materiais podem ser usados como: adesivos; suporte polimérico; e como catalisadores heterogêneos em reações de transesterificação e esterificação de óleos vegetais e ácidos graxos, como o ácido oleico.

VANTAGENS

• Eficácia: Copolímeros porosos capazes de atuarem como catalisadores heterogêneos para reações de esterificação e como adesivos sensíveis a pressão (PSA).
• Versatilidade: Aplicações múltiplas das micropartículas porosas: indústria química e de transformação; indústria alimentícia; área médica e farmacêutica.
• Custo-benefício: Baixo custo.
• Escalabilidade: Boa disponibilidade comercial.

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IMOBILIZAÇÃO ENZIMÁTICA: UMA ALTERNATIVA BIOTECNOLÓGICA PARA A ECONOMIA DE PROCESSOS

Enzimas ou biocatalisadores são descobertas promissoras no campo da tecnologia de bioprocessos. A biocatálise tem sido amplamente aceita em diversos setores devido à sua facilidade de produção, especificidade do substrato e seu potencial renovável. No entanto, para a comercialização em larga escala desses catalisadores bioderivados, seu fator de reutilização torna-se obrigatório, sob pena de deixarem de ser econômicos. A manutenção de sua estabilidade estrutural durante qualquer reação bioquímica é desafiadora. Consequentemente, enzimas imobilizadas com eficiência funcional e maior reprodutibilidade são usadas como alternativas, apesar de seu alto custo. Os biocatalisadores imobilizados podem ser enzimas ou células inteiras. A imobilização enzimática é o confinamento da enzima a uma fase (matriz/suporte) diferente daquela para substratos e produtos. Polímeros inertes e materiais inorgânicos são normalmente usados como matrizes transportadoras. Além de ser acessível, uma matriz ideal deve abranger características como inércia, resistência física, estabilidade, regenerabilidade, capacidade de aumentar a especificidade/atividade da enzima e reduzir a inibição do produto, adsorção não específica e contaminação microbiana.
Sob essa perspectiva, pesquisadores(as) da Universidade de Brasília desenvolveram microesferas de alginato-quitosana com amilases fúngicas imobilizadas em fase única, para utilização na hidrólise de amido em açúcares redutores.

TECNOLOGIAS DESENVOLVIDAS EM FASES DISTINTAS 

A hidrólise do amido por amilases é um dos processos enzimáticos comerciais mais importantes comércio global de enzimas e cada vez mais se demonstra competitiva frente a hidrólise química, por gerar menos resíduos, possibilidade de reúso do biocatalisador, viabilidade de utilização de um biorreator de fluxo contínuo, e sendo mais eficiente quando aplicada na hidrólise em alimentos. Os produtos são utilizados em indústrias de panificação, têxteis, papel, indústria de detergentes e aplicações clínicas e medicinais, entre outras.

A imobilização enzimática pode ser uma excelente técnica para aumentar a estabilidade enzimática e possibilitar o seu reuso, gerando economia processual.
As presentes invenções estão inseridas nesse contexto, uma vez que se situam no campo da bioquímica e enzimologia, e referem-se a composições baseadas em um suporte polimérico de alginato-quitosana para formação de microesferas. Essas composições são feita para imobilização de amilases fúngicas oriundas de Aspergillus oryzae, a qual encontra-se nas duas camadas poliméricas do suporte, ou seja, em fase única do suporte. De forma semelhante se tem tecnologias com cinéticas diferentes configurações diferentes, com a mesma aplicação que são as patentes Microsesferas de alginato-quitosana em Fase Interna BR 10 2018 067853 1 e Fase Externa BR10 2018 067854 0

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VANTAGENS

• Microesferas passíveis de reúso, gerando economia de processo;
• Melhoria na atividade enzimática e consequentemente no aumento da concentração de açúcares produzidos.

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NOVO HORIZONTE PARA USO DE ENZIMAS

A biotecnologia industrial é voltada à aplicação de bioprocessos para a produção de bioprodutos a partir de matérias-primas renováveis. A atual indústria de enzimas é o resultado de um rápido desenvolvimento visto principalmente nas últimas décadas, devido à evolução da biotecnologia moderna.
Bioprocessos mediados por enzimas são dificultados pela falta de estabilidade operacional em longo prazo e a dificuldade de recuperação e reutilização das mesmas. Essas desvantagens podem ser contornadas recorrendo-se a métodos de imobilização.
Sob essa perspectiva, pesquisadores(as) da Universidade de Brasília desenvolveram microesferas de alginato-quitosana com amilases fúngicas imobilizadas em fase externa, para utilização na hidrólise de amido em açúcares redutores.

TECNOLOGIAS DESENVOLVIDAS EM FASES DISTINTAS 

A hidrólise do amido por amilases é um dos processos enzimáticos comerciais mais importantes comércio global de enzimas e cada vez mais se demonstra competia frente a hidrólise química, por gerar menos resíduos, possibilidade de reúso do biocatalisador, viabilidade de utilização de um biorreator de fluxo contínuo, e sendo mais eficiente quando aplicada na hidrólise em alimentos. Os produtos são utilizados em indústrias de panificação, têxteis, papel, indústria de detergentes e aplicações clínicas e medicinais, entre outras.

A principal demanda atual da indústria biotecnológica é o aumento da produtividade enzimática e desenvolvimento de novas técnicas para aumentar sua estabilidade. Estes requisitos são fundamentais para viabilizar o uso de biocatalisadores em larga escala. A imobilização enzimática pode ser uma excelente técnica para aumentar a estabilidade enzimática e possibilitar o seu reuso, gerando economia processual.

As presentes invenções estão inseridas nesse contexto, uma vez que se situam no campo da bioquímica e enzimologia, e referem-se a composições baseadas em um suporte polimérico de alginato-quitosana para formação de microesferas. Essas composições são feita para imobilização de amilases fúngicas oriundas de Aspergillus oryzae, a qual encontra-se em fase externa do suporte. As amilases imobilizadas nesse suporte polimérico possuem diversas aplicações na indústria no que se refere a hidrólise do amido em açúcares redutores. De forma semelhante se tem tecnologias com cinéticas diferentes configurações diferentes, com a mesma aplicação que são as patentes Microsesferas de alginato-quitosana em Fase Interna BR 10 2018 067853 1 e Fase Única BR 10 2018 067855 8.

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VANTAGENS

• Microesferas passíveis de reúso, gerando economia de processo;
• Melhoria na atividade enzimática e consequentemente no aumento da concentração de açúcares produzidos.

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IMOBILIZAÇÃO ENZIMÁTICA: UMA ALTERNATIVA BIOTECNOLÓGICA PARA A ECONOMIA DE PROCESSOS

A biotecnologia industrial é voltada à aplicação de bioprocessos para a produção de bioprodutos a partir de matérias-primas renováveis. A atual indústria de enzimas é o resultado de um rápido desenvolvimento visto principalmente nas últimas décadas, devido à evolução da biotecnologia moderna.
Nesse cenário, o processo de imobilização enzimática representa uma alternativa bastante interessante, visto que produz operações econômicas contínuas, automação, alta relação investimento/capacidade e recuperação de produto com maior pureza.
Sob essa perspectiva, pesquisadores(as) da Universidade de Brasília desenvolveram microesferas de alginato-quitosana com amilases fúngicas imobilizadas em fase interna, para utilização na hidrólise de amido em açúcares redutores.

MICROESFERAS EM FASES INTERNA 

 A principal demanda atual da indústria biotecnológica é o aumento da produtividade enzimática e desenvolvimento de novas técnicas para aumentar sua estabilidade. Estes requisitos são fundamentais para viabilizar o uso de biocatalisadores em larga escala. A imobilização enzimática pode ser uma excelente técnica para aumentar a estabilidade enzimática e possibilitar o seu reuso, gerando economia processual.

As presentes invenções estão inseridas nesse contexto, uma vez que se situam no campo da bioquímica e enzimologia, e referem-se a composições baseadas em um suporte polimérico de alginato-quitosana para formação de microesferas. Essas composições são feita para imobilização de amilases fúngicas oriundas de Aspergillus oryzae, a qual encontra-se em fase interna do suporte. As microesferas são passíveis de reúso e as amilases imobilizadas nesse suporte polimérico possuem diversas aplicações na indústria no que se refere a hidrólise do amido em açúcares redutores. De forma semelhante se tem tecnologias com cinéticas diferentes configurações diferentes, com a mesma aplicação que são as patentes Microsesferas de alginato-quitosana em Fase única BR1020180678558 e Fase Externa BR10 2018 067854 0.

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VANTAGENS

• Microesferas passíveis de reúso, gerando economia de processo;
• Melhoria na atividade enzimática e consequentemente no aumento da concentração de açúcares produzidos.

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O QUE É A CARBOXILOSE? DESCUBRA AGORA AS VANTAGENS DA CELULOSE MODIFICADA

A modificação e funcionalização da celulose é uma maneira de se obter produtos com maior valor agregado quando comparados com os principais produtos derivados de celulose: o papel e o papelão. Há diversas possibilidades de modificação da estrutura celulósica, originando distintos derivados, como o nitrato de celulose, a carboximetilcelulose, acetato de celulose, entre outros.

Sob essa perspectiva, pesquisadores(as) da Universidade de Brasília desenvolveram processos de obtenção de um material derivado da celulose modificada, onde suas hidroxilas são substituídas por grupos carboxílicos, denominando a presente tecnologia como “carboxilose”.

PROCESSOS DE OBTENÇÃO DE CELULOSE MODIFICADA - CARBOXILOSE - E SUAS APLICAÇÕES COMO ADITIVO

Derivados de celulose podem ser encontrados em distintos setores, tais como alimentício, saúde, têxtil, de bens de consumo, farmacêutico, cosmético, entre outros. Atualmente, na produção de formulações para comercialização, seja na indústria farmacêutica, alimentícia entre outras, é indispensável o uso de aditivos. Aditivos de origem natural são preferidos em razão de aditivos totalmente sintéticos, em função do apelo, seja em função da menor ou ausência de toxicidade destes, ou mesmo pelo pressuposto de serem materiais
advindos de fontes renováveis e com maior biodegradabilidade.

A carboxilose atua como aditivo, podendo ser utilizado na adsorção de íons metálicos como antioxidantes e em água como antiumectante, modificadores de propriedades físico-químicas de substâncias ou misturas, como por exemplo a viscosidade, densidade e pH. Pode ser utilizado como texturizador, estabilizante e antimicrobiano, antifúngico e conservante, além de poder ser utilizado em produtos ou nas embalagens dos mesmos.

A presente invenção refere-se a processos de síntese da carboxilose, derivado da celulose microcristalina, que traz elevada capacidade de utilização em aditivos alimentares, embalagens e adsorventes. Tais características conferem a este produto um potencial para utilização em aplicações na indústria alimentícia, de produtos da área de saúde, cosméticos e produtos de limpeza.

VANTAGENS

• Eficácia: Possui atividade de inibição microbiológica, apresentando eficaz atividade antifúngica e bactericida, atuando como conservante, seja na formulação produtos ou mesmo na formulação de embalagens, tais como papéis, borrachas ou plásticos, ou em produtos, tais como cosméticos, alimentos, saúde, limpeza e etc;
• Eficiência: Apresenta atividades antioxidante e antiumectante;
• Qualidade: Propriedades superiores quando comparadas com seu precursor, celulose, como solubilidade em meio aquoso e possibilidade do material permanecer em forma iônica e/ou atuar como um material de caráter anfótero;
• Sustentabilidade: Utilização em escala industrial seguindo princípios da Química Verde e do Desenvolvimento Sustentável.

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FECHAMENTO E VEDAÇÃO EM REATORES QUÍMICOS

O fechamento e vedação de reatores químicos são fatores imprescindíveis para prevenir o vazamento de produtos químicos, que podem ser nocivos ao meio ambiente e comprometer as condições de trabalhos dos operários ou técnicos de laboratório.

Em muitas situações, a vedação requer atenção a temperatura, acabamento, pressão e estado físico do reator e dos fluidos envolvido. Portanto, a tampa e os elementos de vedação devem se adequar a esses aspectos para que se evitem riscos de vazamento e até mesmo de acidentes. Tais acidentes podem provocar prejuízos de ordem financeira e ambiental.

Alguns dispositivos de fechamento e vedação de reatores químicos são limitados a abertura pós resfriamento, isso se deve, muitas vezes, ao formato do dispositivo e/ou tipo de material utilizado no processo. Contudo, os níveis de segurança associados a diferentes processos dos reatores, demandam cada vez mais uma necessidade por dispositivos eficientes, robustos e confiáveis.

Sob essa perspectiva, pesquisadores da Universidade de Brasília (UnB) desenvolveram um dispositivo para fechamento e vedação com geometria cônica para reatores químicos.

DISPOSITIVO PARA FECHAMENTO E VEDAÇÃO DE REATORES QUÍMICOS DE BAIXA OU ALTA PRESSÃO

A presente invenção refere-se a um sistema de fechamento e vedação com geometria cônica para reatores químicos que operam em regimes de baixa ou alta pressão, e altas temperaturas. Em particular, a invenção trata-se de um dispositivo de fechamento e vedação para reatores químicos, que operam a vácuo ou com pressões nanométricas positivas e submetidos a temperaturas elevadas. Estes reatores químicos se situam no campo de equipamentos laboratoriais e industriais, utilizados em processos químicos com etapas sujeitas a altas e baixas pressões e altas temperaturas.

VANTAGENS 

• Segurança: Promove maior segurança ao meio ambiente e aos operários na execução de processos com reatores químicos;
• Eficiência: Promove o fechamento e a vedação de reatores químicos em baixas e altas variações de temperatura e pressão;
• Praticidade: Apresenta um sistema que facilita a abertura do reator após reações conduzidas a elevadas temperaturas.

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UTILIZAÇÃO DE RESÍDUOS VEGETAIS PARA PRODUÇÃO DE COMPOSTOS DE INTERESSE INDUSTRIAL

O processamento de biomassa vegetal para liberação e conversão de açúcares de interesse industrial tem ganhando espaço nos últimos anos, pela busca de fontes de matérias-primas e formas de produção mais sustentáveis.

Um dos produtos de interesse derivado da conversão de açúcares da biomassa é o ácido xilônico, que tem aplicações diversas tais como na produção de 1,2,4-butanotriol, como agente de complexação, como um aditivo do concreto, e outras aplicações nas áreas alimentícia, farmacêutica e na agricultura.

A síntese do ácido xilônico pode se dar a partir de xilose graças a atuação de microrganismos, especialmente bactérias, que produzem a enzima xilose desidrogenase primordial para essa reação. No entanto, ainda há poucas enzimas de xilose desidrogenase identificadas, além de que nenhum método havia sido estabelecido para a produção comercial de ácido xilônico. Somado a isso, os reagentes necessários para cultivar as bactérias em laboratório são muito caros para produção em larga escala de ácido xilônico.

Buscando alternativas para superar esse problema, pesquisadores da Universidade de Brasília e da EMBRAPA desenvolveram uma levedura recombinante modificando por engenharia genética indivíduos da espécie Komagataella phaffii, que apresenta excelente capacidade de produzir proteínas heterólogas, baixo requerimento nutricional e capacidade de atingir altos níveis de biomassa celular, mesmo em meio ácido. Naturalmente, essa levedura não é capaz de produzir ácido xilônico, porém ao ser geneticamente modificada com o inserto do gene que produz a enzima xilose desidrogenase, ela se torna competente na produção dessa substância de interesse.

VANTAGENS

• Sustentabilidade: Estratégia de produção de compostos de interesse a partir do aproveitamento de resíduos orgânicos ricos em xilose;
• Eficiência: Método de produção de um microrganismo recombinante por meio de engenharia genética;
• Eficácia: Linhagens de K. phaffii recombinante foram capazes de produzir ácido xilônico com rendimento absoluto de até 95%;
• Escalabilidade: Microrganismo modificado que viabiliza a produção de ácido xilônico em escala industrial.

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