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Produção de lipopeptídeos e glicolipídeos a partir da bioconversão do co-produto da produção do biodiesel / Production of lipopeptides and glycolipids from the bioconversion of co-product of biodiesel production process

AUTOR(ES)
FONTE

IBICT

DATA DE PUBLICAÇÃO

28/09/2012

RESUMO

Biossurfactantes são compostos químicos tensoativos sintetizados por microrganismos. Estes compostos possuem muitas vantagens quando comparados com seus equivalentes sintetizados quimicamente como ação específica, baixa toxicidade, alta biodegradabilidade, efetividade em condições extremas de temperatura, pH e força iônica. Apresentam-se como substitutos promissores aos surfactantes químicos derivados da indústria do petróleo. A utilização de substratos renováveis e de baixo custo, como os resíduos agroindustriais, consiste em um dos fatores mais importantes para a viabilização econômica da produção destes compostos em escala industrial. Neste trabalho avaliou-se o uso da glicerina, um coproduto da produção de biodiesel, como fonte de carbono para produção de biossurfactante. Dois microrganismos, Pseudomonas aeruginosa MSIC02 e Bacillus subtilis LAMI009, ambos isolados a partir de amostras ambientais, foram empregados neste trabalho. Na primeira parte do trabalho experimentos realizados em frascos agitados com a P. aeruginosa mostraram que o aumento da produtividade de ramnolipídeos foi favorecido pelo aumento da concentração da fonte de nitrogênio (nitrato de sódio) e pela redução da concentração da fonte de carbono (glicerina). Na faixa estudada a concentração máxima de biossurfactante obtida foi de 2,3 g⋅L-1 (razão C/N de 12). O efeito da concentração de nitrogênio sobre a biossíntese de ramnolipídeos e o comportamento do pH em função da concentração de nitrato durante os cultivos indicou que esta cepa possivelmente realizou uma rota denitrificante favorecendo a produção de ramnolipídeos. Os cultivos realizados em biorreator indicaram que o processo de produção integrado a extração/concentração por fracionamento em coluna de bolhas acarretou diversos problemas operacionais, como o arraste de células, e a redução da concentração de ramnolipídeos no meio reacional para 0,4 g⋅L-1. Foram avaliados dois modelos cinéticos de formação de produto para os ensaios realizados. O modelo de Luedeking-Piret não apresentou boa representatividade do processo. O modelo proposto por MERCIER et al. (1992) mostrou-se mais adequado para representar a produção de ramnolipídeos pela cepa estudada. A avaliação da capacidade emulsificante do meio de cultivo livre de células mostrou que o biossurfactante produzido pela P. aeruginosa teve um desempenho eficiente, sendo capaz de emulsificar óleos de origem vegetal e mineral e atingir índice de emulsificação (IE24) maior que 55 %. Na segunda parte do trabalho, cultivos realizados em frascos agitados para avaliação da produção de biossurfactantes lipopeptídeos por B. subtilis LAMI009 indicaram que o crescimento desta cepa foi dependente da suplementação do meio com extrato de levedura. Uma adaptação ao meio de fermentação foi necessária para eliminar a extensa fase lag durante o processo fermentativo. A utilização de fontes de nitrogênio inorgânicas mostrou que tanto o nitrato de amônio quanto o sulfato de amônio apresentaram valores de concentração de surfactina e produtividade volumétrica da ordem de 35 mg⋅L-1 e 6,1 mg⋅L-1⋅h-1, respectivamente. A tensão superficial do meio de cultivo livre de células também foi semelhante para ambas fontes de nitrogênio, cujo valor mínimo foi 29,7 mN⋅m-1. O nitrato de sódio foi fonte de nitrogênio adequada para o crescimento celular, entretanto apresentou baixa produtividade quando comparado com as demais fontes de nitrogênio avaliadas. Com a suplementação do meio de cultivo com extrato de levedura ii obteve-se maior concentração de surfactina (60,0 mg⋅L-1) e produtividade volumétrica (5,2 mg⋅L-1⋅h-1) e menor tensão superficial (28,1 mN⋅m-1) relativamente ao meio de cultivo contendo fonte de nitrogênio inorgânica. O tamanho do inóculo exerceu grande influência sobre a concentração de surfactina e a produtividade volumétrica. Quando se utilizou 2% (v/v) de inóculo a concentração de surfactina e a produtividade volumétrica alcançaram valores de 148,2 mg⋅L-1 e 14,22 mg⋅L-1⋅h-1, respectivamente. A pesquisa de genes responsáveis pela produção dos lipopeptídeos surfactina e iturina indicou a presença dos genes lpa14 e ituD no genoma da linhagem B. subtilis LAMI009. A avaliação do perfil cromatográfico dos extratos metanólicos de lipopeptídeos obtidos a partir dos cultivos com as fontes de nitrogênio nitrato de amônio e nitrato de sódio apresentou picos característicos de outro lipopeptídeo além da surfactina, a iturina,. Portanto, acredita-se que esta linhagem é uma co-produtora de surfactina e iturina. A capacidade emulsificante do meio de cultivo livre de células apresentou maior estabilidade com os cultivos com nitrato de amônio e nitrato de sódio, obtendo-se IE24 de 65 % com n-hexadecano e 45 % com querosene. A separação do biossurfactante por precipitação ácida a partir do meio de cultivo livre de células mostrou que esta etapa de pré-purificação promoveu um aumento da capacidade emulsificante da mistura de lipopeptídeos sintetizada por B. subtilis LAMI009. A solução aquosa do biossurfactante bruto foi capaz de emulsificar óleos naftênicos, óleos vegetais e um hidrocarboneto aromático, apresentando IE24 maiores que 65 % com os óleos avaliados. As emulsões formadas com óleos naftênicos, utilizados como base para lubrificantes, foram mais estáveis. Quanto menor o tamanho das gotas mais estável foi a emulsão formada.

ASSUNTO(S)

microbiologia industrial biossurfactante glicerina pseudomonas aeruginosa bacillus subtilis modelagem matemática engenharia quimica surfactin rhamnolipid glycerin surfactant medium optimization pseudomomas aeruginosa bacillus subtilis mathematical modeling




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