Made available in DSpace on 2015-03-26T13:51:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 638022 bytes, checksum: 770358d90456348a933e0711ab667f05 (MD5) Previous issue date: 2011-07-26 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) consist exclusively of carbon and hydrogen atoms arranged in a linear, angular or clustered. Several PAH suffer enzymatic activation and tend to bind to DNA, causing mutations and replication errors. Many of these molecules are known to be toxic, mutagenic and carcinogenic. The PAH are recalcitrant compounds due to its low water solubility and high sorption to soil. The use of biosurfactants has been an option usually effective for removing hydrophobic organic contaminants in complex matrices such as soil. The surfactin is a lipopeptide synthesized by Bacillus subtilis and highly effective in reduction of tension between water and hydrophobiccompounds.Unlike of an exhaustive extraction, the biosurfactants act by increasing the bioavailability of the contaminant and facilitates its degradation.In this work the experiment of phenanthrene biodegradation was conducted in clayed soils contaminated with 14C-phenanthrene and 4 12C-phenanthrene concentrations (1, 10, 40 and 100 mg g-1). Biodegradation was evaluated with the addition of supplements: surfactin (0.825 mg g-1), yeast extract (1.0 mg g-1) and an inoculum (30 mg g-1) obtained from the addition of diesel to a compost made of the municipal solid waste, for enrichment of microorganisms degraders of hydrocarbons. The flasks were kept at 35 °C for 49 days. The 14CO2 produced was captured in scintillation vials containing 2 ml of KOH (1 mol L-1). The bottles were changed on days 8, 18, 25, 32, 37, 44 and 49. After replacing the vials on the thirtieth-second day, was made a second application of surfactin (0.230 mg g-1) in all treatments. The highest degradation activity was achieved in the first 8 days of incubation, only treatments that received the inoculum. After the eighth day until the new surfactin supplementation (32 days), increased activity was not significant in any of the treatments. The activity increased again after the addition of surfactin further, but at a lower rate than achieved in the first 8 days. This result was attributed to the lower concentration of surfactin and the effects of adsorption of phenanthrene to the soil. The degradation activity in samples with the highest concentration of phenanthrene (100 mg g-1) did not differ in the treatments with and without surfactin. This result suggests that the concentration of bioavailable phenanthrene on this dose remained high enough to sustain the activity of degradation. Supplementation with yeast extract resulted in a lower degradation activity in treatments with 10, 40 and 100 mg g-1 of phenanthrene. In the treatments with the lowest dose of phenanthrene (1 mg g-1), yeast extract stimulated the degradation of the contaminant. It is concluded that supplementation with yeast extract stimulated the degradation of surfactin, which resulted in reducing the degradation of phenanthrene in higher concentrations of the contaminant. The results of the work indicate that the bioremediation of soils contaminated with PAH requires the maintenance of solubilizing agents such as surfactin. Due to the rapid degradation of biosurfactant on the ground, it is suggested that the best strategy is to inoculate microorganisms producers of this class of compounds and the maintenance of favorable conditions to ensure the production of biosurfactants in situ, during the process of bioremediation. / Os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPAS) são constituídos exclusivamente por átomos de carbono e hidrogênio e organizados sob forma linear, angular ou agrupada. Diversos HPA ao sofrerem ativação enzimática, tendem a ligar-se ao DNA, c ausando erros de replicação e mutações. Muitas dessas moléculas são reconhecidas como tóxicas, mutagênicas e carcinogênicas. Os HPA são compostos recalcitrantes, em razão de sua baixa solubilidade em água e alta sorção ao solo. O uso de biossurfactantes é uma opção geralmente eficaz na remoção de contaminantes orgânicos hidrofóbicos de matrizes complexas, como o solo. A surfactina é um lipopeptídeo sintetizado por Bacillus subtilis e possui alta atividade de redução da tensão entre compostos hidrofóbicos e a água. Diferente de uma extração exaustiva, os biossurfactantes agem aumentando a biodisponibilidade do contaminante e facilitam a sua biodegradação. Neste trabalho, foi conduzido um experimento de biodegradação de fenantreno em latossolo argiloso, contaminado com 14C-fenantreno e com 4 concentrações de 12C-fenantreno (1, 10, 40 e 100 μg g-1). A biodegradação foi avaliada com a adição dos suplementos surfactina (0,825 mg g-1), extrato de levedura (1,0 mg g-1) e de um inóculo (30 mg g-1), obtido a partir da adição de óleo diesel a composto de resíduo sólido urbano, para enriquecimento de micro-organismos degradadores de hidrocarbonetos. Os frascos foram mantidos a 35 °C por 49 dias. O 14CO2 produzido foi capturado em tubos de cintilação, contendo 2 mL de KOH (1 mol L-1). Os frascos foram substituídos nos dias 8, 18, 25, 32, 37, 44 e 49. Após a troca do frasco no trigésimo segundo dia, foi feita uma segunda aplicação de surfactina (0,230 mg g-1), em todos os tratamentos. A maior atividade de degradação foi alcançada nos primeiros 8 dias de incubação, somente nos tratamentos que receberam o inóculo. Após o oitavo dia, até a nova suplementação com surfactina (32° dia), o aumento da atividade não foi significativo em nenhum dos tratamentos. A atividade voltou a aumentar após a adição suplementar de surfactina, porém, em uma taxa inferior à alcançada nos primeiros 8 dias. Esse resultado foi atribuído à menor concentração da surfactina e a efeitos de adsorção do fenantreno ao solo. Nas amostras com a maior concentração de fenantreno (100 μg g-1) a atividade de degradação não diferiu em função dos tratamentos com e sem surfactina. Esse resultado sugere que a concentração do fenantreno biodisponível, nessa dose, se manteve suficientemente alta para sustentar a atividade de degradação. A suplementação com extrato de levedura resultou em menor atividade de degradação, nos tratamentos com 10, 40 e 100 μg g-1 de fenantreno. Nos tratamentos com a menor dose de fenantreno (1 μg g-1), o extrato de levedura estimulou a degradação do contaminante. Conclui-se que a suplementação com extrato de levedura estimulou a degradação da surfactina, o que resultou em redução da degradação do fenantreno nas maiores concentrações do contaminante. Os resultados do trabalho indicam que a biorremediação de solos contaminados com HPA requer a manutenção de agentes solubilizadores, como a surfactina. Em razão da rápida degradação do biossurfactante no solo, sugere-se que a melhor estratégia seja a inoculação de micro-organismos produtores dessa classe de compostos e a manutenção de condições favoráveis a produção de biossurfactantes in situ, ao longo do processo de biorremediação.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Biossurfactantes são moléculas de origem microbiana que possuem importante ação na redução tensão superficial. Dentre os biossurfactantes mais efetivos estão os lipopeptídeos produzidos por bactérias do gênero Bacillus, especialmente a Surfactina. Estes biocompostos apresentam uma série de vantagens que potencializam suas aplicações, tais como: estabilidade frente a condições extremas (pH, temperatura), diversidade de estruturas químicas, excelentes propriedades superficiais e ecológicas, ação antibiótica frente a microrganismos patógenos, dentre outras. Diante deste contexto, neste trabalho foi avaliada a produção de biossurfactantes totais e a Surfactina por Bacillus amyloliquefaciens IT45, quando variada a concentração dos reagentes presentes no meio de cultivo. As fermentações submersas foram realizadas em mesa agitadora industrial e em biorreator piloto de capacidade 40 litros. Para aperfeiçoar a concentração dos reagentes presentes no meio de cultura, um Planejamento Composto Central foi desenvolvido com propósito de avaliar a influência de três variáveis (xarope de glicose, extrato de levedura e cloreto de cálcio) na tensão superficial, na produção de biossurfactantes totais e no açúcar residual. Depois das análises estatísticas, quando as variáveis estavam nas concentrações (g.L-1) de 20 para xarope de glicose, 15 para extrato de levedura e 4 para cloreto de cálcio, a tensão superficial (mN/m) foi reduzida de valores acima de 50 para 30, o açúcar residual foi mínimo e igual a 31% e a produção de biossurfactantes totais foi máxima e igual a 5,5 g.L-1, depois de um período de cultivo de 48 horas. A caracterização do biossurfactante sugeriu a presença da Surfactina e este composto foi quantificado no tempo de retenção de 13,5 minutos. Com intuito de saber a real produção de Surfactina e crescimento biomassa celular, foram feitas fermentações em biorreator piloto de 40 litros e os resultados mostraram bastantes favoráveis. O tratamento com maior destaque foi referente à receita sugerida pelo Planejamento Composto Central em que o xarope de glicose, extrato de levedura e cloreto de cálcio estavam nas concentrações (g.L-1) de 20, 15 e 4, respectivamente. Neste cultivo o crescimento celular de 6,0 x 109 CFU.mL-1, produção de Surfactina de 0,63 g.L-1 e açúcar residual de 28%. Também foi realizado teste de atividade antimicrobiana contra 5 fungos patogênicos de diferentes gêneros. O caldo fermentado livre de células mostrou-se promissor, pois causou inibição em 4 fungos dos 5 estudos. Portanto, os resultados demonstram que o Bacillus amyloliquefaciens IT45 tem potencial para produção de biocompostos, uma vez que não necessita de altas concentrações de fonte de carbono e nitrogênio para seu desenvolvimento. / Biosurfactants are molecules of microbial origin that have superficial action. Among the most effective are the lipopeptide biosurfactants produced by Bacillus, especially surfactin. These biological products have a number of advantages that potentiate their applications, such as: stability to extreme conditions (pH, temperature), diversity of chemical structures, excellent surface and ecological properties, antibiotic action against pathogenic microorganisms, etc. In this context, the productions of total biosurfactants and Surfactin by Bacillus amyloliquefaciens IT45 were evaluated when the reagents concentration present in the culture medium varied. The submerged fermentations were carried out in an industrial shaker and in a pilot bioreactor of 40 liters capacity. In order to improve the reactants concentration, a Central Composite Design was developed to evaluate the influence of three variables (glucose syrup – Glucodry, yeast extract and calcium chloride) on superficial tension, total biosurfactant production and residual sugar. After statistical analyzes, when the variables were in the concentrations (g.L-1) of 20 for Glucodry, 15 for yeast extract and 4 for calcium chloride, the superficial tension (mN/m) reduces values above 50 to about 30, the residual sugar was minimal, around 31% and the total biosurfactant production was maximum, around 5.5 gL-1, after a period of 48 hours. The characterization of the biosurfactant identified Surfactin presence that was quantified in the retention time of 13.5 minutes. In order to know the real production of Surfactin and cellular biomass growth, fermentations were made in a 40 liter pilot bioreactor and the results were quite favorable. The most important culture medium suggested by the Central Composite Design, where glucose syrup, yeast extract and calcium chloride were in the concentrations (g.L-1) of 20, 15 and 4, respectively. For this fermentation, the cellular growth was 6.0 x 109 CFU.mL-1, Surfactin production was 0.63 g.L-1 and residual sugar was 28%. The results demonstrate that Bacillus amyloliquefaciens IT45 has potential to produce biosurfactants and does not require high concentrations of carbon and nitrogen sources for its development. / Dissertação (Mestrado)

AgÃncia Nacional do PetrÃleo / Este trabalho teve como objetivo avaliar a produÃÃo de biossurfactante por cepas de Pseudomona aeruginosa e Bacillus subtilis, utilizando suco de caju, integral e clarificado, como matÃria-prima nÃo convencional. Nos ensaios com P. aeruginosa ATCC 10145 em mesa agitadora, avaliou-se a suplementaÃÃo do suco de caju integral (CAJN) com Ãleo de soja, como fonte de carbono, e com diferentes fontes de nitrogÃnio: peptona, NaNO3 e (NH4)2SO4, sendo estes resultados comparados com os obtidos utilizando caldo nutritivo e com meio CAJN. A maior reduÃÃo na tensÃo superficial (41 %) foi obtida no suco de caju suplementado com peptona (CAJP) apÃs 24 h de cultivo. Neste ensaio, observou-se uma reduÃÃo da tensÃo superficial do meio de 50 para 29,5 dina cm-1. Jà em meio suplementado com NaNO3 e (NH4)2SO4, obteve-se, respectivamente, uma reduÃÃo na TS de 37,14 e 15,85% apÃs 72 horas de cultivo. Estudou-se a suplementaÃÃo do meio CAJP com glicerol e Ãleo de soja. Nestes ensaios, observou-se um alto crescimento celular, obtendo uma densidade Ãptica (a 600nm) de 5,0 com 48 h de cultivo, contudo uma pequena reduÃÃo da tensÃo superficial (16,51 %) ao utilizar glicerol. Com base nos resultados conduzidos em mesa agitadora, os meios CAJP e CAJNaNO3 foram selecionados para estudos em fermentador de bancada. Realizaram-se ensaios utilizando biorreator a 30ÂC, 200 rpm e sem aeraÃÃo, porÃm nÃo se observou o mesmo perfil de produÃÃo de ramnolipÃdeos ocorrido em mesa agitadora. Tal fato pode ter ocorrido devido à falta de oxigÃnio no meio de cultivo. Acompanhou-se a estabilidade tÃrmica, efeito da variaÃÃo de pH e da concentraÃÃo de NaCl, na atividade emulsificante do biossurfactante produzido em CAJP e sua composiÃÃo quÃmica. O biossurfactante produzido por P. aeruginosa demonstrou-se estÃvel a variaÃÃes de temperatura, pH e concentraÃÃes de NaCl, e emulsionou todos os hidrocarbonetos estudados e Ãleo de soja. Em paralelo, diferentes ensaios foram realizados visando otimizar o meio de cultivo para a produÃÃo de surfactina por B. subtilis usando CAJN e suco de caju clarificado (CAJC). Os melhores resultados foram obtidos quando se utilizou meio mineral suplementado com extrato de levedura e formulado com CAJC, de maneira que a concentraÃÃo de glicose fosse de 10 g.L-1. Nestes ensaios, obteve-se uma reduÃÃo de 21,37 % na tensÃo superficial e observou-se a presenÃa de surfactina atravÃs das anÃlises conduzidos em HPLC. No entanto, a mÃnima tensÃo superficial alcanÃada foi superior a 39 dina.cm-1. Portanto, avaliaram-se outras cepas de B. subtilis, doze ao total, quanto à capacidade de produzir surfactina utilizando CAJC. ApÃs 48 horas de cultivo com as cepas BE 08, a tensÃo superficial do meio de cultivo livre de cÃlulas atingiu 28,0  1,0 dina.cm-1, que tambÃm apresentou atividade emulsificante. Os resultados obtidos neste trabalho indicam que o suco de caju à uma matÃria-prima adequada para a produÃÃo de biossurfactantes. / The aim of this work was to investigate the use of natural and clarified cashew apple juice as an alternative raw material for biosurfactant production by Pseudomonas aeruginosa and Bacillus subtilis. In the assays with P. aeruginosa ATCC 10145 on rotary shaker, the influence of medium (CAJN) supplementation with soybean oil, as source carbon, and with different sources of nitrogen: peptone, NaNO3 and (NH4)2SO4, were investigated. Results were compared with the obtained when Nutritive Broth (NB) and CAJN were used as culture medium. Maximum reduction in the Surface Tension (41%)was obtained when P. aeruginosa was grown on CAJP, after 24 h of cultive. In these assays, the surface tension was reduced from 50 to 29.5 dina.cm-1. When P. aeruginosa was grown on CAJN supplemented with NaNO3 or (NH4)2SO4, the reduction in the Surface Tension was of 37.14 and 15.85 %, respectively, after 72 h of cultive. Evaluated CAJP supplemented with glycerol and soybean oil. In these assays, high growth was observed, an optical density of 5,0 at 600 nm with 48h of culture was observed, however small reduction in surface tension (16,51 %) was achieved using glycerol as carbon source. Based on the results in flasks, the mediums CAJP and CAJNaNO3 were selected for further studies in a biorreator. The assays were conduced in biorreator at 30ÂC, 200 rpm and without aeration. Nevertheless, the expected profile of rhamnolipids production was not observed. Such fact may have happened due to the lack of oxygen in the cultivation medium, since the process was conducted without aeration. The stability of biosurfactant produced by P. aeruginosa in CAJP against NaCl, pH and temperature and its chemical structure were evaluated. The biosurfactante produced by P. aeruginosa was stable to temperature and variations, as well as against different NaCl concentrations. Furthermore, it emulsified all the studied hydrocarbons and soybean oil. No protein was detected in the extracted biosurfactant; it however contained carbohydrate. The highest biosurfactant production occurred with 48h,when CAJP was used as culture medium (3.86 g of biosurfactant for 1000 mL de medium) and the poorest in NB. In parallel, different assays were performed to optimize the culture media for surfactin production by Bacillus subtilis using CAJN and clarified cashew apple juice (CAJC). Best results were obtained when mineral medium supplemented with yeast extract (5 g.L-1) was used and formulated with CAJC (glucose concentration - 10 g.L-1). In these assays, a reduction of 21.37 % in the surface tension was obtained and production of surfactin was observed by HPLC. However, best results of surface tension were higher than 39 dina.cm-1. Therefore, twelve strains of Bacillus sp. were evaluated regarding the ability of producing surfactin when grown on CAJC. After 48 hours of cultivation, with strain BE 08, the surface tension of the fermented broth, free of cells, reached 28.0  1.0 dina.cm-1,and it also presented emulsifying activity. The results obtained in this work indicate that the cashew apple juice is an appropriate raw material for biosurfactants production.

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:47:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Larissa_ Kummer.pdf: 3836984 bytes, checksum: 1746a7b3c060c75c722565a4bf452739 (MD5) Previous issue date: 2014-02-21 / High concentrations of heavy metals in the soil can affect the sustainability of ecosystems and the health of humans and animals. The metal availability in the environment is related to the characteristics of each element, historical and source of contamination, as well as the properties of each soil. The presence of more than one element is common in contaminated areas and their interaction can affect their behavior in the environment. Researches have been developed to study the behavior of metals in different types of soils and thus help in cases of remediation. In recent years, the soil washing with biosurfactant has been presented as a promising method of remediation with little or no effect on the physico-chemical and microbiological characteristics of the soil, but the costs of obtaining this biosurfactant are still high, because most manufacturers use artificial means for production. Thus, this study had the objective of evaluating the remediation potential of the biosurfactant obtained from the fermentation of cassava water through the action of the bacteria Bacillus subtilis. This biosurfactant was characterized as surfactin, an anionic lipopeptide. Soils of different origins were used, one of them typical of the southwestern state of Paraná and the other from the northwest. The soils were first evaluated according to their potential for adsorption of the elements copper, zinc and lead in monometallic and multimetalic conditions, representing non-competitive and competitive conditions respectively. This evaluation was carried out by tests of adsorption and application of the matematical models of Langmuir and Freündlich. Soils were characterized chemically, physically and mineralogically. After that, it was performed the process of artificial contamination of these soils for application in the experiments of soil washing with biosurfactant in different conditions, having pH and concentration of biosurfactant solution as the main variables. Furthermore, it was also assessed the adsorption s capacity for metals by biosurfactant in liquid medium. The results showed that metals have different behaviors related to the adsorption and desorption to soil and to the biosurfactant. The soil type is also very important for the efficiency of metal removal. The clay soil showed higher adsorption capacity and therefore lower capacity of metal removal when compared to the sandy soil. In general, the soils showed the following sequence of adsorption capacity: Pb > Cu > Zn. The Pb was the element that less desorved by the washing process. It can also be concluded that, when soils are contaminated by more than one element at the same time, its ability to leach is greater than when the element is alone in the medium. This situation occurs because of differences between the competitive processes that take place in the active sites. The washing experiments showed that the biosurfactant was not able to improve the efficiency of removal of metals. The results obtained by the control treatments (only pure water) had very similar values to those that contained biosurfactant. When the wash solution containing the biosurfactant was in high concentrations, decrease in removel efficiency was found in some of the samples. Analysis of high performance liquid chromatography showed that the biosurfactant was adsorbed to soil samples, which is the consequence of not observing the effectiveness of the extractor in the removal of metals. It is notable, however, that the surfactin obtained has the potential to bind to metals, since the tests of adsorption to metals was confirmed by experiments. According to the results obtained, it can be inferred that the surfactin has greater potential for metal removal in liquid media than in solid medium, because of the lower possibility of adsorption. In soil, the results indicated potential use of this biosurfactant as stabilizing of metals in methods of remediation "in situ". / Concentrações elevadas de metais pesados no solo podem afetar a sustentabilidade dos ecossistemas e também a saúde dos seres humanos e animais. A disponibilidade do metal no ambiente está relacionada às características de cada elemento, histórico e fonte de contaminação, bem como às propriedades de cada solo. A presença de mais de um elemento em áreas contaminadas é comum e a interação entre eles pode afetar o seu comportamento no ambiente. Diante do problema, pesquisas vêm sendo realizadas a fim de estudar o comportamento dos metais em diferentes tipos de solos e assim auxiliar nos procesos de remediação. Nos últimos anos, a lavagem do solo com biossurfactante tem sido apresentada como um método promissor de remediação com pequeno ou nenhum efeito sobre as características físico-químicas e microbiológicas do solo, porém os custos de obtenção deste biossurfactante ainda são altos, pois a maioria dos fabricantes utiliza meios artificiais para sua produção. Neste sentido, este trabalho teve como objetivo geral avaliar o potencial de remediação do biossurfactante obtido a partir do bioprocessamento da manipueira pela ação de bactérias Bacillus subtilis. Este biossurfactante foi caracterizado como surfactina, um lipopeptídeo aniônico. Foram utilizados solos de origens distintas, sendo um deles típico da região sudoeste do estado do Paraná e outro da região noroeste. Os solos utilizados foram primeiramente avaliados de acordo com o seu potencial de adsorção dos elementos cobre, zinco e chumbo em condições monometálicas e multimetálicas, representando condições não-competitivas e competitivas, respectivamente. Esta avaliação foi feita por meio de testes de adsorção e aplicação de modelos matemáticos de Langmuir e Freündlich. Os solos foram caracterizados química, física e mineralogicamente. A partir de então realizou-se o processo de contaminação artificial destes solos para posterior aplicação dos experimentos de lavagem com o biossurfactante em diferentes condições, sendo as variáveis pH e concentração da solução de biossurfactante como as principais. Além disso, também foi avaliada a capacidade de adsorção dos metais pelo próprio biossurfactante, em meio líquido. Os resultados mostraram que os metais apresentam comportamentos distintos quanto a adsorção e dessorção ao solo e ao biossurfactante. O tipo de solo também é muito importante para a avaliação da eficiência de remoção de metais. O solo argiloso apresentou maior capacidade de adsorção e consequentemente menor capacidade de remoção dos metais quando comparado ao solo arenoso. De modo geral, os solos apresentaram a seguinte sequência de capacidade de adsorção: Pb > Cu > Zn. O Pb foi o elemento que menos dessorveu pelos processos de lavagem. Foi possível também concluir que quando os solos estão contaminados por mais de um elemento ao mesmo tempo, a capacidade de lixiviar-se é maior do que quando o elemento está sozinho no meio. Esta situação ocorre em virtude dos processos competitivos existentes entre os sítios ativos. Os experimentos de lavagem mostraram que o biossurfactante não foi capaz de melhorar a eficiência de remoção dos metais. Os resultados obtidos pelos tratamentos controle (somente água pura) tiveram valores muito semelhantes aos que continham biossurfactante. Quando a solução de lavagem continha o biossurfactante em altas concentrações, foi encontrada, em algumas amostras, queda na eficiência de remoção. Análises de cromatografia líquida permitiram concluir que o biossurfactante foi adsorvido às amostras de solo, sendo esta a consequência da não observação da eficácia do extrator na remoção dos metais. Cabe ressaltar, entretanto, que a surfactina obtida apresenta potencial de ligar-se aos metais, uma vez que os testes de adsorção desta aos metais foi confirmado pelos experimentos realizados. De acordo com os resultados encontrados, pode-se inferir que a surfactina tem maior potencial de remoção de metais em meio líquido do que em meio sólido, devido a menor possibilidade de adsorção na matriz sólida. Em solo, os resultados indicaram potencial de utilização deste biossurfactante como agente de estabilização dos metais em métodos de remediação in situ .

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4672.pdf: 1519614 bytes, checksum: a835ffbdf3a94ccbfaa789a3611d3aa6 (MD5) Previous issue date: 2012-09-28 / Universidade Federal de Sao Carlos / Biosurfactants are a surface-active chemical compounds synthesized by microorganisms. These compounds have many advantages when compared to their chemically synthesized counterparts as specific action, low toxicity, higher biodegradability, effectiveness at extreme temperatures, pH and strength ionic. They appear as promising candidates to replace chemical surfactants produced from petrochemicals. The use of renewable and low cost substrates such as agro based industrial wastes is one of the attractive strategies for economical large scale biosurfactants production. In this work, it was evaluated glycerol, a co-product of biodiesel production, as carbon source for biosurfactant production. Two microorganisms, Pseudomonas aeruginosa MSCIC02 and Bacillus subtilis LAMI009, both isolated from environmental sources, were used thorough this work. In the first part of the work experiments were carried out in shake flasks using P. aeruginosa. The results showed that the increase in nitrogen source (sodium nitrate) and the decrease in the carbon source (glycerin) favored rhamnolipids production. In the range studied, the maximum biosurfactant concentration obtained was 2.3 g⋅L-1 (C/N ratio 12). The effect of nitrogen concentration on the biosynthesis of rhamnolipids and pH behavior as a function of the nitrate concentration in the cultures indicated that this strain probably carried a denitrification route favoring the production of rhamnolipids. Experimental runs carried out in bioreactor indicated that the integrated process of production and separation/concentration by fractionation in bubble column equipment caused many operation problems, such as the drag cell, and reducing the concentration of rhamnolipids to 0.4 g⋅L-1in the reaction medium. The kinetics of product formation was evaluated by two models. The Luedeking-Piret model was not able to represent the process. The model proposed by MERCIER et. al. (1992) could adequately describe the rhamnolipids production from P. aeruginosa strain. Emulsifying capacity of the cell-free culture medium was assessed by the emulsification index (EI24). The biosurfactant produced was able to emulsify vegetable oils as well as mineral oils. EI24 greater than 55% was reached. In the second part of the work experimental data from Bacillus subtilis LAMI009 cultivated in shake flasks showed that the growth of this strain was dependent on iv the medium supplementation with yeast extract. A change in culture medium was implemented in order to reduce the length of the lag phase. The use of inorganic nitrogen sources showed that both ammonium nitrate and ammonium sulphate reached similar values of surfactin concentration and volumetric productivity. It was obtained 35 mg⋅L-1 and 6.1 mg⋅L-1⋅h-1, respectively. Surface tension of the cell-free culture medium was similar for both nitrogen sources. The minimal value obtained was 29.7 mN⋅m-1. Sodium nitrate was found to be an adequate nitrogen source for cell growth. However, in these assays low productivity and low surface tension reduction were obtained when compared to the other nitrogen sources evaluated. The supplementation of the culture medium with yeast extract improves the surfactin concentration (60.0 mg⋅L-1) and volumetric productivity (5.2 mg⋅L-1⋅h-1). In this assay the surface tension reached 28.1 mN⋅m-1. The inoculum size had a great influence on cell growth and production of surfactin. When 2% (v/v) of inoculum was used the surfactin concentration and volumetric productivity obtained were 148.2 mg⋅L-1 e 14.22 mg⋅L-1⋅h-1, respectively. The search for genes responsible for production of lipopeptides surfactin and iturine indicated the presence of the genes lpa14 and ituD in B. subtilis LAMI009 genome. Analysis of the chromatography profile of methanol extracts of the lipopeptides from culture medium with ammonium nitrate and sodium nitrate as nitrogen source showed characteristic peaks of the surfactin and iturine. Thereby, it is believed that this strain is a co-producer of both surfactin and iturine. Emulsifying capacity of the cell-free culture medium showed higher stability with the media that employed ammonium nitrate and sodium nitrate as nitrogen source. It was obtained EI24 of 65% with n-hexadecane and 45% with kerosene. The acid precipitation of biosurfactant from the cell-free culture medium showed that this prepurification step promoted an increase in the emulsifying capacity of the mixture of lipopeptides synthesized by B. subtilis LAMI009. The aqueous solution of crude biosurfactant was able to emulsify naphthenic oils, vegetable oils, and an aromatic hydrocarbon. Values of EI24 greater than 65% were obtained. Emulsions formed with naphthenic oils were more stable according to droplet-size distribution. The smaller the size of droplets, the more stable was the emulsion. / 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.

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:23:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Larissa_ Kummer.pdf: 3836984 bytes, checksum: 1746a7b3c060c75c722565a4bf452739 (MD5) Previous issue date: 2014-02-21 / High concentrations of heavy metals in the soil can affect the sustainability of ecosystems and the health of humans and animals. The metal availability in the environment is related to the characteristics of each element, historical and source of contamination, as well as the properties of each soil. The presence of more than one element is common in contaminated areas and their interaction can affect their behavior in the environment. Researches have been developed to study the behavior of metals in different types of soils and thus help in cases of remediation. In recent years, the soil washing with biosurfactant has been presented as a promising method of remediation with little or no effect on the physico-chemical and microbiological characteristics of the soil, but the costs of obtaining this biosurfactant are still high, because most manufacturers use artificial means for production. Thus, this study had the objective of evaluating the remediation potential of the biosurfactant obtained from the fermentation of cassava water through the action of the bacteria Bacillus subtilis. This biosurfactant was characterized as surfactin, an anionic lipopeptide. Soils of different origins were used, one of them typical of the southwestern state of Paraná and the other from the northwest. The soils were first evaluated according to their potential for adsorption of the elements copper, zinc and lead in monometallic and multimetalic conditions, representing non-competitive and competitive conditions respectively. This evaluation was carried out by tests of adsorption and application of the matematical models of Langmuir and Freündlich. Soils were characterized chemically, physically and mineralogically. After that, it was performed the process of artificial contamination of these soils for application in the experiments of soil washing with biosurfactant in different conditions, having pH and concentration of biosurfactant solution as the main variables. Furthermore, it was also assessed the adsorption s capacity for metals by biosurfactant in liquid medium. The results showed that metals have different behaviors related to the adsorption and desorption to soil and to the biosurfactant. The soil type is also very important for the efficiency of metal removal. The clay soil showed higher adsorption capacity and therefore lower capacity of metal removal when compared to the sandy soil. In general, the soils showed the following sequence of adsorption capacity: Pb > Cu > Zn. The Pb was the element that less desorved by the washing process. It can also be concluded that, when soils are contaminated by more than one element at the same time, its ability to leach is greater than when the element is alone in the medium. This situation occurs because of differences between the competitive processes that take place in the active sites. The washing experiments showed that the biosurfactant was not able to improve the efficiency of removal of metals. The results obtained by the control treatments (only pure water) had very similar values to those that contained biosurfactant. When the wash solution containing the biosurfactant was in high concentrations, decrease in removel efficiency was found in some of the samples. Analysis of high performance liquid chromatography showed that the biosurfactant was adsorbed to soil samples, which is the consequence of not observing the effectiveness of the extractor in the removal of metals. It is notable, however, that the surfactin obtained has the potential to bind to metals, since the tests of adsorption to metals was confirmed by experiments. According to the results obtained, it can be inferred that the surfactin has greater potential for metal removal in liquid media than in solid medium, because of the lower possibility of adsorption. In soil, the results indicated potential use of this biosurfactant as stabilizing of metals in methods of remediation "in situ". / Concentrações elevadas de metais pesados no solo podem afetar a sustentabilidade dos ecossistemas e também a saúde dos seres humanos e animais. A disponibilidade do metal no ambiente está relacionada às características de cada elemento, histórico e fonte de contaminação, bem como às propriedades de cada solo. A presença de mais de um elemento em áreas contaminadas é comum e a interação entre eles pode afetar o seu comportamento no ambiente. Diante do problema, pesquisas vêm sendo realizadas a fim de estudar o comportamento dos metais em diferentes tipos de solos e assim auxiliar nos procesos de remediação. Nos últimos anos, a lavagem do solo com biossurfactante tem sido apresentada como um método promissor de remediação com pequeno ou nenhum efeito sobre as características físico-químicas e microbiológicas do solo, porém os custos de obtenção deste biossurfactante ainda são altos, pois a maioria dos fabricantes utiliza meios artificiais para sua produção. Neste sentido, este trabalho teve como objetivo geral avaliar o potencial de remediação do biossurfactante obtido a partir do bioprocessamento da manipueira pela ação de bactérias Bacillus subtilis. Este biossurfactante foi caracterizado como surfactina, um lipopeptídeo aniônico. Foram utilizados solos de origens distintas, sendo um deles típico da região sudoeste do estado do Paraná e outro da região noroeste. Os solos utilizados foram primeiramente avaliados de acordo com o seu potencial de adsorção dos elementos cobre, zinco e chumbo em condições monometálicas e multimetálicas, representando condições não-competitivas e competitivas, respectivamente. Esta avaliação foi feita por meio de testes de adsorção e aplicação de modelos matemáticos de Langmuir e Freündlich. Os solos foram caracterizados química, física e mineralogicamente. A partir de então realizou-se o processo de contaminação artificial destes solos para posterior aplicação dos experimentos de lavagem com o biossurfactante em diferentes condições, sendo as variáveis pH e concentração da solução de biossurfactante como as principais. Além disso, também foi avaliada a capacidade de adsorção dos metais pelo próprio biossurfactante, em meio líquido. Os resultados mostraram que os metais apresentam comportamentos distintos quanto a adsorção e dessorção ao solo e ao biossurfactante. O tipo de solo também é muito importante para a avaliação da eficiência de remoção de metais. O solo argiloso apresentou maior capacidade de adsorção e consequentemente menor capacidade de remoção dos metais quando comparado ao solo arenoso. De modo geral, os solos apresentaram a seguinte sequência de capacidade de adsorção: Pb > Cu > Zn. O Pb foi o elemento que menos dessorveu pelos processos de lavagem. Foi possível também concluir que quando os solos estão contaminados por mais de um elemento ao mesmo tempo, a capacidade de lixiviar-se é maior do que quando o elemento está sozinho no meio. Esta situação ocorre em virtude dos processos competitivos existentes entre os sítios ativos. Os experimentos de lavagem mostraram que o biossurfactante não foi capaz de melhorar a eficiência de remoção dos metais. Os resultados obtidos pelos tratamentos controle (somente água pura) tiveram valores muito semelhantes aos que continham biossurfactante. Quando a solução de lavagem continha o biossurfactante em altas concentrações, foi encontrada, em algumas amostras, queda na eficiência de remoção. Análises de cromatografia líquida permitiram concluir que o biossurfactante foi adsorvido às amostras de solo, sendo esta a consequência da não observação da eficácia do extrator na remoção dos metais. Cabe ressaltar, entretanto, que a surfactina obtida apresenta potencial de ligar-se aos metais, uma vez que os testes de adsorção desta aos metais foi confirmado pelos experimentos realizados. De acordo com os resultados encontrados, pode-se inferir que a surfactina tem maior potencial de remoção de metais em meio líquido do que em meio sólido, devido a menor possibilidade de adsorção na matriz sólida. Em solo, os resultados indicaram potencial de utilização deste biossurfactante como agente de estabilização dos metais em métodos de remediação in situ .