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Título: Degradação de cafeína por lacase de Trametes villosa
Título(s) alternativo(s): Caffeine degradation by Trametes villosa laccase
Autor(es): Torres, Bruno Henrique Czelusniak
Orientador(es): Haminiuk, Charles Windson Isidoro
Palavras-chave: Enzimas - Biodegradação
Compostos bioativos
Cafeína
Café - Indústria
Fungos
Enzymes - Biodegradation
Bioactive compounds
Caffeine
Coffee industry
Fungi
Data do documento: 11-Nov-2021
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: TORRES, Bruno Henrique Czelusniak. Degradação de cafeína por lacase de Trametes villosa. 2021. Dissertação (Mestrado em Ciência e Tecnologia Ambiental) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021.
Resumo: O Brasil é o maior exportador de café no mercado mundial e ocupa a segunda posição entre os países consumidores da bebida, o que corresponde a um terço da produção mundial de café, o que o coloca como maior produtor mundial há mais de 150 anos. A cafeína, principal metilxantina encontrada no café, é responsável por efeitos estimulantes do sistema nervoso central, e também por efeitos adversos como refluxo, aumento da pressão arterial, osteoporose, dores musculares, dentre outros. Devido aos efeitos negativos, há um aumento do consumo de café descafeinado, estabelecendo o desenvolvimento de diversos métodos para remoção deste composto. O método convencional utilizado pela maioria das indústrias envolve o uso de solventes, como diclorometano que afeta as características sensoriais do produto, além de ser danoso ao meio ambiente. O uso de enzimas no processo de descafeinização apresenta uma alternativa viável por ser um processo natural, no qual se emprega enzimas de alta atividade, estabilidade e com possibilidade recuperação. Neste contexto, a lacase, enzima amplamente encontrada na natureza, produzida via fungos, bactérias e plantas, catalisa a oxidação ou a redução de diversos compostos, como a cafeína. Neste trabalho foi avaliado a extração da cafeína nos grãos verdes de café utilizando água como solvente extrator. Com base no modelo estatístico BoxBehken avaliou o processo com três variáveis, utilizando a razão soluto/solvente, tempo, temperatura e como resposta a concentração de cafeína em mg/g. Através ponto ótimo obtido nos extratos para cafeína (37,07± 1,94 mg/g) foram realizadas análises de compostos fenólicos totais (36,72 ± 3,84 mg EAG/g) e flavonoides totais (9,36 ± 0,8 mg ECAT /g) antes da extração da cafeína. Após a otimização, a degradação enzimática da cafeína foi estudada no qual foi desenvolvido um planejamento fatorial com duas variáveis independentes: concentração de mediador (Ácido 4-hidroxibenzoico) e pH. A lacase produzida pelo fungo Trametes villosa e a lacase comercial obtiveram rendimentos de degradação de 100 % sob condições semelhantes. A lacase bruta apresentou vantagens econômicas devido ao alto custo da lacase comercial, porém, o processo de degradação mais lento foi observado. Através da cinética de degradação foi possível observar que a lacase comercial em pH 7,0 e concentração de 2 mM de HBA tem capacidade de degradar a cafeína em 30 minutos de reação.
Abstract: Brazil is the largest coffee exporter in the world market and ranks second among the countries that consume the drink, corresponding to one-third of its coffee production, which places it as the world’s largest producer for over 150 years. Caffeine, the main methylxanthine found in coffee, is responsible for stimulating the central nervous system and for adverse effects such as reflux, increased blood pressure, osteoporosis, and muscle pain. Due to the adverse effects, there is an increase in the consumption of decaffeinated coffee, establishing the development of several methods to remove this compound. The conventional method used by most industries involves using solvents such as dichloromethane, which affects the product’s sensory characteristics and is harmful to the environment. The use of enzymes in the decaffeination process presents a viable alternative. It is a natural process in which enzymes with high activity, stability, and the possibility of recovery are used. In this context, laccase, an enzyme widely found in nature, produced via fungi, bacteria, and plants, catalyzes the oxidation or reduction of several compounds, such as caffeine. In this work, the extraction of caffeine in green coffee beans using water as an extracting solvent was evaluated. Based on the Box-Behnken statistical model, the process was evaluated with three variables, using the solute/solvent ratio, time, temperature, and as a response, the caffeine concentration in mg/g. Through the optimum point obtained in the extracts for caffeine (37.07 ± 1.94 mg/g), analyzes were performed on total phenolic compounds (36.72 ± 3.84 mg EAG/g) and total flavonoids (9.36 ± 0, 8 mg ECAT/g) before caffeine extraction. After optimization, the enzymatic degradation of caffeine was studied in which a factorial design with two independent variables was developed: mediator concentration (4-hydroxybenzoic acid) and pH. The laccase produced by the fungus Trametes villosa and the commercial laccase obtained 100% degradation yields under similar conditions. Raw laccase presented economic advantages due to the high cost of commercial laccase. However, a slight degradation process was observed. Through the degradation kinetics, it was possible to observe that the commercial laccase at pH 7.0 and 2 mM of HBA concentration can degrade caffeine in 30 minutes of reaction.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/27817
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