RESUMO: Palma forrageira foi usada como fonte de nutrientes para a produção de enzimas celulolíticas durante a fermentação em estado sólido com auxílio dos fungos filamentosos Aspergillus niger e Rhizopus sp. Os efeitos da ativiade de água, do tempo de fermentação e da temperatura sobre a produção enzimática foram determinados segundo o protocolo padrão de Delineamento Box-Behnken. A condição ideal para produção das enzimas endoglucanase pelo fungo Aspergillus niger foi 70,35 h de fermentação, atividade de água de 0,875 e temperatura de 29,56 ° C enquanto que para o fungo Rhizopus sp. foi 68,12 h e 30,41 ° C. Entretanto, a celulase total produzida pelo fungo Rhizopus sp. foi otimizada em 74,27 h de fermentação e temperatura de 31,22 ° C e para o fungo Aspergillus niger foi 72,48 h e 27,86 ° C. A atividade de água só tinha uma influência significativa sobre a endoglucanase para Aspergillus niger. A alta estabilidade dos extratos enzimáticos em diferentes tepenraturas e pH's foram confirmadas após caracterização enzimática, indicando viabilidade em aplicações industriais. Os ensaios de desativação cinética indicaram que essas enzimas permaneceram ativas após o congelamento do extrato bruto. Com base nos resultados, utilizar a palma forrageira com matéria prima em bioprocessos é uma alternativa excelente para a produção de enzimas termoestaveis.

ABSTRACT: Prickly palm cactus husk was used as a solid-state fermentation support substrate for the production of cellulolytic enzymes using Aspergillus niger and Rhizopus sp. A Box-Behnken design was used to evaluate the effects of water activity, fermentation time and temperature on endoglucanase and total cellulase production. Response Surface Methodology showed that optimum conditions for endoglucanase production were achieved at after 70.35 h of fermentation at 29.56°C and a water activity of 0.875 for Aspergillus niger and after 68.12 h at 30.41°C for Rhizopus sp. Optimum conditions for total cellulase production were achieved after 74.27 h of fermentation at 31.22°C for Aspergillus niger and after 72.48 h and 27.86°C for Rhizopus sp. Water activity had a significant effect on Aspergillus niger endoglucanase production only. In industrial applications, enzymatic characterization is important for optimizing variables such as temperature and pH. In this study we showed that endoglucanase and total cellulase had a high level of thermostability and pH stability in all the enzymatic extracts. Enzymatic deactivation kinetic experiments indicated that the enzymes remained active after the freezing of the crude extract. Based on the results, bioconversion of cactus is an excellent alternative for the production of thermostable enzymes.

RESUMO: O processo de enriquecimento protéico da palma (Nopalea cochenillifera (L.) Salm-Dyck por fermentação em estado sólido com auxílio dos fungos filamentosos Aspergillus niger e Rhyzopus sp. foi estudado visando a elevação dos teores nutricionais para o uso como ração animal. Os experimentos foram realizados no Laboratório de Resíduos Agroindustrial da Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (UESB). O efeito da fermentação em estado sólido sobre a palma forrageira foi avaliado comparando os teores de proteína, celulose, hemicelulose e lignina, além da degradabilidade potencial, com os valores in natura. A bioconversão foi realizada utilizando como único substrato a palma forrageira e água, sem a suplementação de fontes alternativas de nitrogênio, minerais ou vitaminas. O fungo Aspergillus niger elevou os teores proteicos em aproximadamente 78% e promoveu a redução nos teores de celulose, hemicelulose e lignina em aproximadamente 40%, 36% e 28%, respectivamente. Por sua vez essa biotransformação elevou a degradabilidade potencial em 66% após 240 h. Enquanto que o fungo Rhyzopus sp. demonstrou ser menos eficiência no enriquecimento proteico, com um aumento de aproximadamente 69 %, e a redução no teores de celulose, hemicelulose e lignina de 30%, 28% e 18%. Ainda para este fungo a degradabilidade potencial teve uma elevação de aproximadamente 51%. Portanto a fermentação da palma forrageira com auxílio dos fungos filamentosos Aspergillus niger e Rhyzopus sp. promoveram um enriquecimento nos teores proteicos desta cactacea além de elevar a sua degradabilidade potencial. Com base nesses resultados, a bioconversão da palma forrageira empregando o método de fermentação em estado sólido pode ser uma excelente alternativa na alimentação de ruminantes em terras áridas ou semiáridas.

ABSTRACT: The process of protein enrichment of cactus pear (Nopalea cochenillifera (L.) Salm Dyck by solid state fermentation with the use of Aspergillus niger and Rhyzopus sp. was studied for improving the nutritional value of this cactus species for use as animal feed. The experiments were conducted in the Agro-industrial Waste Laboratory of State University of Southwest Bahia (Brazil). To this end, we have evaluated the effects of biotransformation on the levels of protein, cellulose, hemicellulose, and lignin, as well as the potential degradability. Bioconversion was carried out using cactus pear as the only substrate, without supplementation with nitrogen, mineral and vitamin sources. The fermentation with Aspergillus niger promoted a 78% increase in/of protein content and reductions of cellulose, hemicellulose, and lignin of 40%, 36%, and 28%, respectively. Degradability, in turn, was observed to have increased by 66 % after 240 h. On the other hand, the fermentation with Rhyzopus sp. was less efficient, with a 69% increase in protein content, and reductions in cellulose, hemicellulose, and lignin contents of 30%, 28%, and 18%. In turn, degradability was seen to have increased by 51%. The fermentation of cactus pear by Aspergillus niger and Rhyzopus sp. exhibited the protein enrichment and increased protein degradability of this Cactaceae. Moreover, this is the most ever efficient micro-organism used in bioconversion. Based on the results, bioconversion of cactus is an excellent alternative to ruminant feeding in arid or semi-arid land.