Viabilidade da produção de proteases por espécies de Aspergillaceae e triagem de coagulantes do leite bovino / Feasibility of protease production by Aspergillaceae species and screening of coagulants from bovine milk

Fabiano Brito Prado, Samara Claudia Picanço Batista, Salomão Rocha Martim, Maria Francisca Simas Teixeira

Abstract


Proteases são enzimas de elevada importância econômica e com ampla aplicabilidade industrial. Enzimas proteolíticas com atividade coagulante do leite bovino, sintetizadas por Aspergillus sp., vêm demonstrando características bioquímicas com potencial para uso na produção de queijos. O objetivo deste trabalho foi avaliar a produção de proteases por treze culturas de Aspergillus provenientes da coleção de culturas DPUA da Universidade Federal do Amazonas. A avaliação da viabilidade das espécies e pureza das colônias foi realizada com base nas características macro, micromorfológicas e forma de reprodução. Após autenticação, as espécies de Aspergillus foram submetidas ao cultivo em meio líquido para produção de enzimas proteolíticas. A determinação da atividade proteolítica foi realizada em meio sólido e por colorimetria, utilizando como substratos ágar leite e solução de azocaseína 1% (p/v), respectivamente.  As proteases do fungo que apresentou atividade proteolítica significativa pela análise colorimétrica foram submetidas à caracterização bioquímica. A produção de proteases coagulantes do leite bovino pelas espécies de Aspergillus também foi determinada. Nos testes de autenticação foi verificada a viabilidade de 100% das espécies de Aspergillus. As proteases das espécies de Aspergillus demonstraram diferentes perfis de degradação do substrato, formando halos translúcidos e opacos em meio sólido. Os halos de hidrólise significativa foram determinados nos extratos brutos de A. niger DPUA 399 (39,67 mm) e A. japonicus DPUA 1727 (34,27 mm). Na avaliação da síntese de protease utilizando técnica colorimétrica foi verificada produção significativa por A. oryzae DPUA 541 (32,00 U/mL). Este fungo sintetiza serinoproteases e metaloproteases que demonstram atividade catalítica ótima em pH 5, a 50 °C, mantendo estabilidade na faixa de pH 7 a 10, até 40 °C. Atividade coagulante significativa foi determinada nos extratos de A. melleus DPUA (19,84 U) e A. oryzae DPUA 541 (19,74 U). Entretanto, A. oryzae DPUA 541 e A. oryzae DPUA 1624 sintetizaram enzimas proteolíticas com forte coagulação do leite bovino. Os resultados indicam o potencial das espécies de Aspergillus avaliadas como forte de proteases com aplicabilidade industrial na área de alimentos, em especial para a produção de queijos.


Keywords


Aspergillus, enzimas proteolíticas, fermentação submersa, leite, queijo

References


AHMED, M. E.; Extraction and purification of protease from Aspergillus niger isolation. Pharmacy & Pharmacology International Journal, v. 6, n. 2, p. 96-99. DOI: 10.15406/ppij.2018.06.00162. 2018.

ALECRIM, M. M.; PALHETA, R. A.; TEIXEIRA, M. F. S.; OLIVEIRA, I. M. A. Milk-clotting enzymes produced by Aspergillus flavo furcatis strains on Amazonic fruit waste. International Journal of food Science and technology, v. 50, n. 1, p. 11-157. DOI: 10.1111/ijfs.12677. 2014.

ALECRIM, M. M.; MARTIM, S. R.; SOUZA, B. C.; TEIXEIRA, M. F. S. Aspergillus flavo furcatis: Aflatoxin test and milkclotting protease production in submerged and solid state fermentation. African Journal of Microbiology Research, v. 11, n. 7, p. 312-318. DOI: 10.5897/AJMR2016.8400. 2017.

AO, X. L. et al. Purification and characterization of neutral protease from Aspergillus oryzae Y1 isolated from naturally fermented broad beans. AMB Express, v. 8, n. 96, p. 1-10. DOI: 10.1186/s13568-018-0611-6. 2018.

BANERJEE, G.; RAY, A. K. Impact of microbial protease on biotechnological industries. Biotechnology and Genetic Engineering Reviews, v. 33, n. 2, p. 119-143. DOI: 10.1080/02648725.2017.1408256. 2017.

BARBOSA, E. E. P. et al. Cultivo de cogumelo comestível em resíduos lignocelulósicos de floresta tropical para produção de proteases. Brazilian Journal of Development. v. 6, n. 11, p. 92475-92485. DOI: 10.34117/bjdv6n11-598. 2020.

CHEN, L. S. et al. Produção de enzimas proteolíticas neutras por fermentação fúngica em meio semissólido. Simpósio Nacional de Bioprocessos, 14, Florianópolis. 2003.

DE CASTRO, R. J. S; SATO, H. H. Production and biochemical characterization of protease from Aspergillus oryzae: An evaluation of the physical–chemical parameters using agroindustrial wastes as supports. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, v. 3, n. 3, p. 20-25. DOI: 10.1016/j.bcab.2013.12.002. 2014a.

DE CASTRO, R. J. S; SATO, H. H. Protease from Aspergillus oryzae: Biochemical Characterization and Application as a Potential Biocatalyst for Production of Protein Hydrolysates with Antioxidant Activities. Journal of Food Processing, v. 2014, p. 1-11. DOI: 10.1155/2014/372352. 2014b.

DÍAZ, G. V. et al. Evaluation of new xylanolytic-producing isolates of Aspergillus from Misiones subtropical rainforest using sugarcane bagasse. Arab Journal of Basic and Applied Sciences, v. 26, n.1, p. 292-301. DOI: 10.1080/25765299.2019.1622922. 2019.

GURUMALLESH, P. et al. A systematic reconsideration on proteases. International Journal of Biological Macromolecules, v. 128, p. 254-267. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2019.01.081. 2019.

HAMIN NETO, Y. A. A. et al. Analysis of the Specificity and Biochemical Characterization of Metalloproteases Isolated from Eupenicillium javanicum Using Fluorescence Resonance Energy Transfer Peptides. Frontiers in Microbiology, v. 7, p. 1-13. DOI: 10.3389/fmicb.2016.02141. 2017.

HUANG, Y.; WANG, Y.; XU, Y. Purification and characterisation of an acid protease from the Aspergillus hennebergii HX08 and its potential in traditional fermentation. Journal of the Institute of Brewing, v. 123, n. 3, p. 432-441. DOI: 10.1002/jib.427. 2017.

HYSENI, B. et al. Isolation and Characterization of Microorganisms for Protease Production from Soil Samples from Kosovo and Testing the Enzymes in Food Industry Application. Journal of Environmental Treatment Techniques, v. 8. n. 2, p. 687-693. 2020.

JI, H.; DONG, C.; YANG, G.; PANG, Z. Production of Levulinic Acid from Lignocellulosic Biomass with a Recyclable Aromatic Acid and Its Kinetic Study. BioResources, v. 14, n. 1, p. 725-736. 2019.

KARTHIC, J. et al. Characterization of Aspergillus oryzae protease through submerged fermentation. International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences, v. 3, n. 5, p. 1023-1028. 2014.

KLICH, M. A.; PITT, J. I. A laboratory guide to the common Aspergillus species and their teleomorphs. Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization, Division of Food Processing, p. 1-115. 1988.

LEIGHTON, T. J.; DOI, R. H.; WARREN, R. A. J.; KELLN, R. A. The Relationship of Serine Protease Activity to RNA Polymerase Modification and Sporulation in Bacillus subtilis. Journal of Molecular Biology, v. 76, n. 1, p. 103-122. DOI: 10.1016/0022-2836(73)90083-1. 1973.

MAMO, J. et al. Optimization of media composition and growth conditions for production of milk-clotting protease (MCP) from Aspergillus oryzae DRDFS13 under solid-state fermentation. Brazilian Journal of Microbiology, v. 51, n. 2, p. 571-584. DOI: 10.1007/s42770-020-00243-y. 2020.

MANAN, M. A.; WEBB, C. Water Retention Value: A Study Model-based by Aspergillus awamori and Aspergillus oryzae Embrace Three Models of Solid Substrate. Journal of Life Sciences, v. 8, p. 420-429. DOI: 10.17265/1934-7391/2016.08.008. 2016.

MANORMA, K. et al. Screening and Isolation of Protease Producing Bacteria from Rhizospheric Soil of Apple Orchards from Shimla District (HP), India. International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences, v. 6, n. 5, p. 249-255. DOI: 10.20546/ijcmas.2017.605.030. 2017.

MARTIM, S. R. et al. Pleurotus albidus: A new source of milk-clotting proteases. African Journal of Microbiology Research, v. 11, n. 17, p. 660-667. DOI: 10.5897/AJMR2017.8520. 2017.

MENDES, L. D.; BRESOLIN, J. D.; ASSIS, O. B. G.; BRITTO, D. Avaliação in vitro da Ação da quitosana e de seu derivado quaternizado na inibição do crescimento do fungo Penicillium expansum. Brazilian Journal of Biosystems Engineering, v. 10, n. 1, p. 116-128. 2016.

PALANIVEL, P. et al. Production, purification and fibrinolytic characterization of alkaline protease from extremophilic soil fungi. International Journal of Pharma and Bio Sciences, v. 4, n. 2, p. 101-110. 2013.

PETINATE, S. D. G. et al. Influence of Growth Medium in Proteinase and Pigment Production by Streptomyces cyaneus. Memórias do Instituto Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro, v. 94, n. 2, p. 173-177. 1999.

PHYU, H. E. et al. Screening on Proteolytic Activity of Lactic Acid Bacteria From Various Yogurts and Fermented Milk. International Journal of Advances in Science Engineering and Technology, v. 5, p. 34-37. 2015.

RAM, M. R.; KUMAR, S. Production of alkaline protease from Aspergillus oryzae isolated from seashore of Bay of Bengal. Journal of Applied and Natural Science, v. 10, n. 4, p. 1210-1215. DOI: 10.31018/jans.v10i4.1905. 2018.

RAPER, K. B.; D. I. FENNEL. The genus Aspergillus: Robert E. Krieger Co. p. 1-686. 1977.

RAZZAQ, A. et al. Microbial proteases applications. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, v. 7, p. 1-20. DOI: 10.3389/fbioe.2019.00110. 2019.

REDES, J. L. et al. Aspergillus fumigatus-Secreted Alkaline Protease 1 Mediates Airways Hyperresponsiveness in Severe Asthma. ImmunoHorizons, v. 3, n. 8, p. 368-377. DOI: 10.4049/immunohorizons.1900046. 2019.

SALIHI, A.; ASSODEH, A.; ALIABADIAN, M. Production and biochemical characterization of an alkaline protease from Aspergillus oryzae CH93. International Journal of Biological Macromolecules, v. 94, p. 827-835. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2016.06.023. 2017.

SCHUSTER, F. P. W. et al. Screening and evaluation of filamentous fungi potential for protease production in swine plasma and red blood cells-based media: qualitative and quantitative methods. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, v. 21. DOI: 10.1016/j.bcab.2019.101313. 2019.

SHAFIQUE, Q. et al. Production of alkaline protease from Aspergillus oryzae via static liquid surface culture technique and its potential application as a detergent additive. International Journal of Biology, Pharmacy and Allied Sciences, v. 5, n. 1, p. 227-247, 2016.

SHARMA, K. M.; KUMAR, R.; PANWAR, S.; KUMAR, A. Microbial alkaline proteases: Optimization of production parameters and their properties. Journal of Genetic Engineering and Biotechnology. v. 15, n. 1, p. 115-126. DOI: 10.1016/j.jgeb.2017.02.001. 2017.

SHARMA, K. M. et al. A Review on Microbial Alkaline Protease: An Essential Tool For Various Industrial Approaches. Industrial Biotechnology. v. 15, n. 2, p. 69-78. DOI: 10.1089/ind.2018.0032. 2019.

SILVA, O. S. et al. Novel Protease from Aspergillus tamarii URM4634: Production and Characterization Using Inexpensive Agroindustrial Substrates by Solid-State Fermentation. Advances in Enzyme Research, v. 4, p, 125-143. DOI: 10.4236/aer.2016.44012. 2016.

SNYMAN, C.; THERON, L. W.; DIVOL, B. Understanding the regulation of extracellular protease gene expression in fungi: a key step towards their biotechnological applications. Applied Microbiology and Biotechnology, v. 103, n. 14, p. 5517-5532. DOI: 10.1007/s00253-019-09902-z. 2019.

SOUZA, P. M. et al. A biotechnology perspective of fungal proteases. Brazilian Journal of Microbiology, v. 46, n. 2, p. 337-346. DOI: 10.1590/S1517-838246220140359. 2015a.

SOUZA, P. M. et al. Kinetic and thermodynamic studies of a novel acid protease from Aspergillus foetidus. International Journal of Biological Macromolecules, v. 81, p. 17-21. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2015.07.043. 2015b.

SOUZA, P. M. et al. Production, purification and characterization of an aspartic protease from Aspergillus foetidus. Food and Chemical Toxicology, v. 109, p. 1103-1110. DOI: 10.1016/j.fct.2017.03.055. 2017.

SURYAWANSHI, H. K.; PANDYA, N. D. Screening, Identification of Alkaline Proteases Producing Fungi from Soil of Different Habitats of Amalner Tahsil [Maharashtra] and Their Applications. International Journal of Applied Sciences and Biotechnology, v. 5, n. 3, p. 397-402. DOI: 10.3126/ijasbt.v5i3.18304. 2017.

TARRAHIMOFRAD, H. et al. Structural and biochemical characterization of a novel thermophilic Coh01147 protease. Plos One. v. 15, n. 6, DOI: 10.1371/journal.pone.0234958. 2020.

TEIXEIRA, M. F. S. et al. Fungos da Amazônia: uma riqueza inexplorada (aplicações biotecnológicas), p. 1-255. Editora da Universidade Federal do Amazonas, Manaus. 2011.

VISHWANATHA, K. S.; APPU RAO, A. G.; SINGH, S. A. Acid protease production by solid-state fermentation using Aspergillus oryzae MTCC 5341: optimization of process parameters. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology, v. 37, p. 129-138 DOI: 10.1007/s10295-009-0654-4. 2010.

YIN, L. J.; CHOU, Y. H.; JIANG, S. T. Purification And Characterization of Acidic Protease from Aspergillus oryzae BCRC 30118. Journal of Marine Science and Technology, v. 21, n. 1, p. 105-110. DOI: 10.6119/JMST-012-0529-1. 2013.




DOI: https://doi.org/10.34117/bjdv7n2-317

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