OLIVEIRA, D. W. F. Produção e caracterização de biossurfactantes obtidos por linhagens de Bacillus sp. isoladas de estações de tratamento de águas residuais e de solo de manguezais (Ceará - Brasil). 2014. 162 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-03-20T18:51:59Z No. of bitstreams: 1 2014_tese_dwfoliveira.pdf: 7567767 bytes, checksum: db0e34e6754aa62cdfea5c58a7d63bcf (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-03-20T20:24:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_tese_dwfoliveira.pdf: 7567767 bytes, checksum: db0e34e6754aa62cdfea5c58a7d63bcf (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-20T20:24:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_tese_dwfoliveira.pdf: 7567767 bytes, checksum: db0e34e6754aa62cdfea5c58a7d63bcf (MD5) Previous issue date: 2014-08-27 / Biossurfactantes são moléculas de origem microbiana que possuem ação superficial. Dentre os biossurfactantes mais efetivos estão os lipopeptídeos produzidos por bactérias do gênero Bacillus, especialmente a surfactina. Os biossurfactantes apresentam uma série de vantagens quando comparados aos surfactantes químicos convencionais, tais como: diversidade de estruturas químicas, excelentes propriedades superficiais e ecológicas, estabilidade frente a condições extremas (pH, temperatura, concentração de sais), entre outras. Dentro deste contexto, desenvolveu-se o presente trabalho, cujo objetivo principal consistiu em investigar a produção de biossurfactantes, em especial a surfactina, a partir da fermentação submersa utilizando diferentes meios de cultivo (sintéticos e naturais) e diferentes micro-organismos do gênero Bacillus, os quais foram isolados de uma estação de tratamento de esgoto (UFC - Pici) e de solo de manguezal. Dentre os meios de cultivo testados, avaliou-se a utilização de meios sintéticos e suco de caju clarificado, um substrato não convencional, proveniente das indústrias do processamento do caju. A escolha do suco de caju clarificado justifica-se pelo fato de que a sua cadeia produtiva gera importantes volumes de co-produtos frequentemente desperdiçados na indústria. Dentre as diferentes linhagens de Bacillus testadas para a produção de biossurfactantes, destacou-se a linhagem denominada ICA56, isolada do solo de manguezal de Icapuí (Ceará - Brasil). Testes qualitativos indicaram capacidade de consumo de petróleo e misturas de óleo de girassol e oliva (tanto virgem como usado) pelo micro-organismo B. subtilis ICA56. O biossurfactante produzido por B. subtilis ICA56 foi caracterizado quanto as suas propriedades fisico-químicas, atividade superficial, capacidade emulsionante e estrutura química. Os valores de tensão superficial (28,20 ± 0,07 mN/m), tensão interfacial (5,26 ± 0,08 mN/m a 25 ºC, para uma concentração de 60 mg/L), e concentração micelar crítica (0,0173 ± 0,001 g/L, 25 ºC) estão de acordo com os trabalhos publicados por outros pesquisadores. Estabilidade frente a altas temperaturas (121 ºC por 60 minutos), ampla faixa de pH (5,0 a 10,0) e concentração de NaCl (10 a 50 g/L) também foram observadas bem como índice de emulsão superior a 50% durante 15 dias de observação. Mediante análises de Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) e Espectrometria de Massa (MS), o biossurfactante foi identificado como o lipopeptídeo do tipo surfactina, uma vez que os espectros obtidos para o biossurfactante produzido por B. subtilis ICA56 e para a surfactina padrão (Sigma Aldrich) apresentaram perfis semelhantes. Ensaios de remediação de solos contaminados com óleo de motor foram também desenvolvidos com a finalidade de estudar o potencial do biossurfactante em áreas ambientais. O biossurfactante produzido no presente estudo foi capaz de remover 85,01% de óleo lubrificante adsorvido em areia em ensaio realizado a 65 ºC utilizando solução de biossurfactante na concentração de 60 mg/L. A literatura relata que os biossurfactantes são menos tóxicos do que os surfactantes sintéticos. Neste trabalho, a toxicidade e biodegradabilidade do biossurfactante produzido por B. subtilis ICA 56 foram avaliadas. Em testes com bioindicadores de toxidade, o biossurfactante apresentou baixos valores de toxicidade em diferentes organismos aquáticos tais como: a microalga Selenastrum capricornutum, o microcrustáceo Daphnia magna e a bactéria Vibrio fischeri, apresentando valores de EC50 de 65,03 mg/L, 170,09 mg/L e 912,35 mg/L, respectivamente. Adicionalmente, o biossurfactante produzido por B. subtilis ICA 56 apresentou alta biodegradabilidade, com valores de B50 (50% de biodegradação) por Pseudomonas putida correspondente a 122,1 mg/L e utilizando águas de tratamento de esgoto como inóculo ocorreu mais de 50% de degradação de todas as concentrações estudadas (10 a 200 mg/L) em 100 horas de experimento e mais de 90% em 300 horas. Tais resultados evidenciam a compatibilidade ambiental do biossurfactante produzido por B. subtilis ICA 56, ressaltando-se especialmente seu potencial de aplicação na resolução de problemas ambientais. / Los biosurfactantes son sustancias de origen microbiano que poseen actividad superficial. Un grupo de biosurfactantes especialmente eficaces son los lipopéptidos, entre los que destaca la surfactina, que son producidos por bacterias del género Bacillus mediante la transformación de sustratos renovables. Dichos tensioactivos presentan un gran número de ventajas cuando se los compara con los tensioactivos sintéticos tradicionales. En el presente estudio se investigó la producción de biosurfactantes, y en particular la de surfactina, mediante procesos fermentativos con diferentes cepas de Bacillus. Para ello se utilizaron medios de cultivo de diferente procedencia (naturales y sintéticos), habiéndose dado especial atención al empleo de fuentes de carbono residuales, como son los residuos del procesado del anacardo, y en concreto de la producción de zumo del fruto del anacardo clarificado (“cajuína”). El uso de fuentes de carbono no convencionales se justifica debido a la necesidad de reducir los costos de producción de los biosurfactantes, ya que en la actualidad la producción a gran escala de biosurfactantes resulta todavía poco atractiva económicamente. Por otra parte, el uso de subproductos de la industria del anacardo resulta una alternativa muy interesante, ya que en Brasil, y concretamente en el estado de Ceará, se generan elevados volúmenes de estos subproductos. Además los biosurfactantes producidos fueron posteriormente estudiados desde el punto de vista estructural y de sus propiedades interfaciales. Tal y como se ha indicado, en las fermentaciones se emplearon diferentes cepas de Bacillus (todas ellas asiladas en Brasil), de las cuales se destaca la cepa denominada ICA56, aislada de suelo de manglar (Manglar de Icapuí, Brasil). Desde este punto de vista el trabajo se desarrolló en dos etapas: 1. Etapa1.Se estudió la producción y caracterización de biosurfactantes mediante diferentes cepas (B. subtilis LAMI005, Jag 248, Jag 249, ICA 24, ICA 56) y medios de cultivo. 2. Etapa 2. En ella se desarrollaron estudios exhaustivos con la cepa denominada ICA56, en los que el biosurfactante producido ha sido caracterizado en cuanto a sus propiedades interfaciales (tensión superficial, tensión interfacial, concentración micelar crítica o CMC, y ángulo de contacto), capacidad emulsionante y estructura química. Asimismo, también se estudió la compatibilidad ambiental del producto mediante ensayos de biodegradabilidad y toxicidad. Finalmente se desarrollaron ensayos de remediación de suelos contaminados con aceite lubricante con la finalidad de evaluar el potencial de uso del biosurfactante en la recuperación de suelos contaminados con hidrocarburos. Cómo principales resultados de la Etapa 1, se destaca que, en las condiciones experimentales adoptadas, el microorganismo Bacillus subtilis LAMI005 fue capaz de producir biosurfactante, llegando a alcanzar valores de concentración de 225 mg/L (pH 6.0) y 275 mg /L (pH 7.0) en el medio de cultivo (Anexo A). Bajo todas las condiciones estudiadas, la producción de biosurfactante vino acompañada de una reducción de la tensión superficial del medio líquido hasta valores de 28,3± 0,3 mN/m. Además, el microorganismo demostró poseer capacidad para emulsionar diversos hidrocarburos (aceite de soja, queroseno y n-hexadecano) con un valor de índice de emulsificación (IE24) superior al 60%. Los análisis estructurales realizados, en concreto los espectros vibracionales obtenidos en la región del infrarrojo (FTIR), confirman que el biosurfactante producido pertenece a la clase de los lipopéptidos. Por otra parte, también se verificó que el microorganismo denominado Bacillus sp. Jag248 presenta una clara producción de surfactina, alcanzando valores de concentración de hasta 161.41 ± 0.01 mg/L en medio mineral; dicha producción fue acompañada de una reducción de la tensión superficial hasta los 28.50 mN/m. El biosurfactante producido fue capaz de emulsionar aceite de soja, n-hexadecano y queroseno, presentando valores de IE24 de 50%. En lo que se refiere al Bacillus sp. Jag249, se ha verificado que, en las condiciones experimentales adoptadas, no fue capaz de producir biosurfactantes. En cuanto a las cepas ICA12, ICA24 e ICA56, se llegó a la conclusión de que las mismas son capaces de producir biosurfactantes, y por lo tanto, reducir significativamente la tensión superficial de los medios de cultivo (valores finales de aproximadamente 28.25 ± 0.4 mN/m). Entre las cepas estudiadas, la que permitió alcanzar una mayor concentración de biosurfactante en un medio mineral adicionado de solución de micronutrientes e inóculo LB Broth fue la ICA56 (329.14 ± 0.00 mg/L) seguida de la ICA24 (111.87 ± 0.00 mg/L, medio adicionado con sumo de anacardo clarificado). Las propiedades interfaciales determinadas en la etapa 2, tensión superficial (28.20 ± 0.07 mN/m), tensión interfacial (5.26 ± 0.08 mN/m a 65 ºC, para una concentración de 60 mg/L), y CMC, están de acuerdo con la literatura. Adicionalmente, se verificó que los valores de tensión superficial y tensión interfacial disminuyen con el aumento de temperatura (intervalo 25 – 65°C). Mediante análisis de Espectroscopía Infrarroja (FTIR) y Espectrometría de Masas (MS) se identificó al biosurfactante producido por ICA56 como surfactina. Se investigó también la producción simultánea de biosurfactantes y enzimas por el microorganismo ICA56, constatándose la presencia de amilasas y proteasas en el medio de fermentación al final del proceso. En lo que se refiere a los ensayos de toxicidad, el biosurfactante presentó una baja toxicidad para diferentes organismos, cómo son las microalgas (Selenastrum capricornutum), microcrustáceos (Daphnia magna) y la bacteria Vibrio fischeri, presentando valores de EC50 de 65.03 mg/L, 170.09 mg/Ly 912.35 mg/L, respectivamente. El biosurfactante producido por ICA56 presentó también una alta biodegradabilidad, siendo degradado tanto por bacterias presentes en aguas residuales urbanas (población mixta y aireada) cómo por Pseudomonas putida. Por último los ensayos de lavado de suelos contaminados con aceites lubricantes permitieron estudiar el efecto de la temperatura y de la concentración del biosurfactante producido por ICA56 sobre la eficacia de lavado. Mediante técnicas estadísticas, se comprobó la significancia de ambos parámetros. Los mejores resultados de lavado (85% de eficacia) se obtuvieron a 65 ºC, para una concentración de biosurfactante de 60 mg/L. En ensayos cualitativos también se verificó que el microorganismo ICA56 es capaz de degradar de forma eficiente petróleo y mezclas de aceite de girasol e oliva (tanto virgen como usado), lo que sugiere la posibilidad de su uso para fines de biorremediación.

O estabelecimento de biofilmes microbianos em superfícies é responsável por inúmeros problemas, já que estes podem constituir uma fonte de microrganismos patogênicos e deteriorantes. A formação dos biofilmes é precedida pela adesão dos microrganismos, assim, medidas que inibem ou reduzem essa adesão contribuem para a redução da formação de biofilmes. Uma alternativa para reduzir a adesão é o tratamento prévio das superfícies com biossurfatantes, agentes tensoativos de origem microbiana que apresentam baixa toxicidade, a vantagem de serem biodegradáveis, possuindo ainda atividade antimicrobiana e antiadesiva. O principal objetivo deste trabalho foi avaliar a potencialidade dos biossurfatantes surfactina e ramnolipídeo como agentes inibidores da adesão de Listeria monocytogenes ATCC 19112, Staphylococcus aureus ATCC 25923, Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853, Micrococcus luteus ATCC 4698 e Serratia marcescens ATCC 8100 em superfícies de poliestireno. Também foi estudada a influência de diferentes meios de cultura (TSYEA, ágar lactosado e ágar peptonado) e temperaturas (35ºC, 25ºC e 4ºC) sobre a adesão bacteriana. A surfactina apresentou maior capacidade em reduzir a adesão das bactérias em estudo, quando comparada ao ramnolipídeo. O meio TSYEA foi o que promoveu maior adesão ao poliestireno para maioria das bactérias. O condicionamento da superfície com surfactina reduziu entre 63% e 66% a adesão de L. monocytogenes, S. aureus e M. luteus (cultivadas em TSYEA). As melhores respostas antiadesivas foram obtidas quando o condicionamento da superfície e o ensaio de adesão foram realizados a 4ºC. A caracterização das superfícies de poliestireno (medidas de AC) e das superfícies bacterianas (teste MATS) forneceram informações que nos permitiram propor explicações sobre os fatores que influenciam o processo de adesão dos microrganismos nesta superfície, assim como o efeito antiadesivo exibido pela surfactina. Os resultados evidenciam a potencialidade do uso de surfactina como agente antiadesivo em superfícies de poliestireno, podendo atuar na inibição da adesão de vários patógenos. / Development of microbial biofilms on surfaces leads to various problems, since then can be a source of pathogenic microorganisms. Biofilms development are preceded by microbial adhesion, thus, procedures that inhibit or reduce adhesion contribute to reduce biofilm formation. An alternative to decrease bacterial attachment is the preconditioning of surfaces with biosurfactants, surface active products of microbial origin. This group of compounds has low toxicity, are biodegradable and present antimicrobial and anti-adhesive properties. The main goal of this study was to evaluate the potencial use of surfactin and rhamnolipid biossurfactants in the reduction of the adhesion of Listeria monocytogenes ATCC 19112, Staphylococcus aureus ATCC 25923, Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853, Micrococcus luteus ATCC 4698 and Serratia marcescens ATCC 8100 on polystyrene surfaces. The research was carried out using three different nutritive media (TSYEA, lactose agar and peptone agar) and three different temperatures (35ºC, 25ºC e 4ºC). Surfactin showed a higher capacity to reduce bacterial adhesion than rhamnolipid. When cultivation was performed in TSYEA, most of the bacterial species showed the highest values of adhesion to polystyrene. Surface preconditioning with surfactin reduces 63% to 66% the adhesion of L. monocytogenes, S. aureus e M. luteus (culture media TSYEA). The most significant anti-adhesive results were obtained when both, preconditioning and adhesion assay were carried out at 4ºC. Polystyrene surfaces characterization (contact angle measurements) and bacterial cells characterization (MATS test) provided information that allowed some explanation about the factors that influence microbial adhesion process on this surface and the anti-adhesive effect caused by surfactin. The results showed that surfactin has a great potencial to be used as anti-adhesive compound on polystyrene surfaces, reducing the attachment of several pathogenic bacteria.

O estabelecimento de biofilmes microbianos em superfícies é responsável por inúmeros problemas, já que estes podem constituir uma fonte de microrganismos patogênicos e deteriorantes. A formação dos biofilmes é precedida pela adesão dos microrganismos, assim, medidas que inibem ou reduzem essa adesão contribuem para a redução da formação de biofilmes. Uma alternativa para reduzir a adesão é o tratamento prévio das superfícies com biossurfatantes, agentes tensoativos de origem microbiana que apresentam baixa toxicidade, a vantagem de serem biodegradáveis, possuindo ainda atividade antimicrobiana e antiadesiva. O principal objetivo deste trabalho foi avaliar a potencialidade dos biossurfatantes surfactina e ramnolipídeo como agentes inibidores da adesão de Listeria monocytogenes ATCC 19112, Staphylococcus aureus ATCC 25923, Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853, Micrococcus luteus ATCC 4698 e Serratia marcescens ATCC 8100 em superfícies de poliestireno. Também foi estudada a influência de diferentes meios de cultura (TSYEA, ágar lactosado e ágar peptonado) e temperaturas (35ºC, 25ºC e 4ºC) sobre a adesão bacteriana. A surfactina apresentou maior capacidade em reduzir a adesão das bactérias em estudo, quando comparada ao ramnolipídeo. O meio TSYEA foi o que promoveu maior adesão ao poliestireno para maioria das bactérias. O condicionamento da superfície com surfactina reduziu entre 63% e 66% a adesão de L. monocytogenes, S. aureus e M. luteus (cultivadas em TSYEA). As melhores respostas antiadesivas foram obtidas quando o condicionamento da superfície e o ensaio de adesão foram realizados a 4ºC. A caracterização das superfícies de poliestireno (medidas de AC) e das superfícies bacterianas (teste MATS) forneceram informações que nos permitiram propor explicações sobre os fatores que influenciam o processo de adesão dos microrganismos nesta superfície, assim como o efeito antiadesivo exibido pela surfactina. Os resultados evidenciam a potencialidade do uso de surfactina como agente antiadesivo em superfícies de poliestireno, podendo atuar na inibição da adesão de vários patógenos. / Development of microbial biofilms on surfaces leads to various problems, since then can be a source of pathogenic microorganisms. Biofilms development are preceded by microbial adhesion, thus, procedures that inhibit or reduce adhesion contribute to reduce biofilm formation. An alternative to decrease bacterial attachment is the preconditioning of surfaces with biosurfactants, surface active products of microbial origin. This group of compounds has low toxicity, are biodegradable and present antimicrobial and anti-adhesive properties. The main goal of this study was to evaluate the potencial use of surfactin and rhamnolipid biossurfactants in the reduction of the adhesion of Listeria monocytogenes ATCC 19112, Staphylococcus aureus ATCC 25923, Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853, Micrococcus luteus ATCC 4698 and Serratia marcescens ATCC 8100 on polystyrene surfaces. The research was carried out using three different nutritive media (TSYEA, lactose agar and peptone agar) and three different temperatures (35ºC, 25ºC e 4ºC). Surfactin showed a higher capacity to reduce bacterial adhesion than rhamnolipid. When cultivation was performed in TSYEA, most of the bacterial species showed the highest values of adhesion to polystyrene. Surface preconditioning with surfactin reduces 63% to 66% the adhesion of L. monocytogenes, S. aureus e M. luteus (culture media TSYEA). The most significant anti-adhesive results were obtained when both, preconditioning and adhesion assay were carried out at 4ºC. Polystyrene surfaces characterization (contact angle measurements) and bacterial cells characterization (MATS test) provided information that allowed some explanation about the factors that influence microbial adhesion process on this surface and the anti-adhesive effect caused by surfactin. The results showed that surfactin has a great potencial to be used as anti-adhesive compound on polystyrene surfaces, reducing the attachment of several pathogenic bacteria.

ROCHA, M. V. P. Produção de biossurfactantes por fermentação submersa usando substrato não convencional. 124 f. 2007. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2007. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-03-28T19:34:27Z No. of bitstreams: 1 2007_dis_mvprocha.pdf: 1790875 bytes, checksum: b070b3232d563c7859c50466363d10da (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2016-03-28T19:46:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2007_dis_mvprocha.pdf: 1790875 bytes, checksum: b070b3232d563c7859c50466363d10da (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-28T19:46:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2007_dis_mvprocha.pdf: 1790875 bytes, checksum: b070b3232d563c7859c50466363d10da (MD5) Previous issue date: 2007-02-09 / 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 30°C, 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. / Este trabalho teve como objetivo avaliar a produção de biossurfactante por cepas de Pseudomona aeruginosa e Bacillus subtilis, utilizando suco de caju, integral e clarificado, como matéria-prima não convencional. Nos ensaios com P. aeruginosa ATCC 10145 em mesa agitadora, avaliou-se a suplementação do suco de caju integral (CAJN) com óleo de soja, como fonte de carbono, e com diferentes fontes de nitrogênio: peptona, NaNO3 e (NH4)2SO4, sendo estes resultados comparados com os obtidos utilizando caldo nutritivo e com meio CAJN. A maior redução na tensão superficial (41 %) foi obtida no suco de caju suplementado com peptona (CAJP) após 24 h de cultivo. Neste ensaio, observou-se uma redução da tensão superficial do meio de 50 para 29,5 dina cm-1. Já em meio suplementado com NaNO3 e (NH4)2SO4, obteve-se, respectivamente, uma redução na TS de 37,14 e 15,85% após 72 horas de cultivo. Estudou-se a suplementação do meio CAJP com glicerol e óleo de soja. Nestes ensaios, observou-se um alto crescimento celular, obtendo uma densidade óptica (a 600nm) de 5,0 com 48 h de cultivo, contudo uma pequena redução 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 30°C, 200 rpm e sem aeração, porém não se observou o mesmo perfil de produção de ramnolipídeos ocorrido em mesa agitadora. Tal fato pode ter ocorrido devido à falta de oxigênio no meio de cultivo. Acompanhou-se a estabilidade térmica, efeito da variação de pH e da concentração de NaCl, na atividade emulsificante do biossurfactante produzido em CAJP e sua composição química. O biossurfactante produzido por P. aeruginosa demonstrou-se estável a variações de temperatura, pH e concentrações de NaCl, e emulsionou todos os hidrocarbonetos estudados e óleo de soja. Em paralelo, diferentes ensaios foram realizados visando otimizar o meio de cultivo para a produção 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 concentração de glicose fosse de 10 g.L-1. Nestes ensaios, obteve-se uma redução de 21,37 % na tensão superficial e observou-se a presença de surfactina através das análises conduzidos em HPLC. No entanto, a mínima tensão superficial alcançada 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. Após 48 horas de cultivo com as cepas BE 08, a tensão superficial do meio de cultivo livre de células atingiu 28,0 ± 1,0 dina.cm-1, que também apresentou atividade emulsificante. Os resultados obtidos neste trabalho indicam que o suco de caju é uma matéria-prima adequada para a produção de biossurfactantes.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2017-06-02T19:56:11Z No. of bitstreams: 1 PatriciaMariaRocha_DISSERT.pdf: 2345948 bytes, checksum: bcfe5d50d564660ebac61c7a7952a641 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2017-06-06T19:58:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 PatriciaMariaRocha_DISSERT.pdf: 2345948 bytes, checksum: bcfe5d50d564660ebac61c7a7952a641 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-06T19:58:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PatriciaMariaRocha_DISSERT.pdf: 2345948 bytes, checksum: bcfe5d50d564660ebac61c7a7952a641 (MD5) Previous issue date: 2017-02-09 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior (CAPES) / Os biossurfactantes t?m atra?do grande interesse tanto da comunidade cient?fica como da ind?stria, nos ?ltimos anos, por oferecerem v?rias vantagens em rela??o aos surfactantes sint?ticos, incluindo a possibilidade de produ??o a partir de recursos renov?veis atrav?s de fermenta??o. Dentre as diferentes classes de biossurfactantes, os lipopept?deos destacam-se por seu potencial antibi?tico, especialmente a surfactina. As caracter?sticas vantajosas da surfactina impulsionaram o desenvolvimento de pesquisas em escala de laborat?rio voltadas para recupera??o avan?ada de ?leo, biorremedia??o, inibi??o da forma??o de co?gulos, forma??o de canais i?nicos em membrana, entre outros temas. Contudo, assim como demais biossurfactantes, as aplica??es comerciais da surfactina esbarram no seu alto custo de produ??o. Isto pode ser atribu?do ? utiliza??o de nutrientes caros e defici?ncias nas opera??es de recupera??o e purifica??o. Para superar estes gargalos, res?duos agroindustriais t?m sido utilizados com uma alternativa de substrato de baixo custo para a produ??o de biossurfactantes. O presente trabalho visa avaliar a produ??o de surfactina por Bacillus subtilis UFPEDA 438 utilizando como fonte de carbono o mela?o de cana, subproduto proveniente da ind?stria a?ucareira, como forma de redu??o dos custos da produ??o. O microrganismo foi cultivado em meio formulado com 4% de mela?o de cana, o qual foi submetido ? fermenta??o submersa em incubador rotativo (shaker). Investigou-se a influ?ncia da temperatura, agita??o e raz?o de aera??o na s?ntese do biossurfactante. Amostras foram coletadas em intervalos regulares durante o cultivo at? 72 horas de fermenta??o para acompanhamento da concentra??o de substrato, concentra??o celular, concentra??o de surfactina e pH. Dentre os resultados encontrados, na melhor condi??o de cultivo (200 rpm, 36 ?C e raz?o de aera??o de 0,4) foram obtidos 199,45 ? 0,13 mg/L de surfactina em 24 h, fator de convers?o de substrato em produto (YP/S) de 0,022 g/g e produtividade em produto (PP) de 8,19 mg/L.h em 24 h. Em todos os ensaios o pH se mostrou est?vel, variando na faixa de 6,2 a 6,7, e observou-se quantidade expressiva de a??car residual ao final da fermenta??o. A Concentra??o Micelar Cr?tica (CMC) do biossurfactante produzido na melhor condi??o de cultivo foi de 20,73 mg/L, mostrando sua efic?cia como um bom agente de superf?cie. Apresentou um ?ndice de emulsifica??o (E24) para querosene, ap?s 24 h, de 62,0% e capacidade de formar emuls?es de elevada estabilidade, atingindo valores em torno de 1,5 U. / The biosurfactants are drawing attention of both academy and industry by showing advantages mainly when compared to the chemical surfactants since they can be produced using renewable resources by fermentation. Among the different classes of biosurfactants lipopeptides outstand by their antibiotic activities, mainly the biosurfactant known as surfactin. Due to its properties it has been used in many fields such as bioremediation, biology, medicine and so on. However, as the others biosurfactants the production cost still is the bottleneck. Then the use of lower cost substrate can be one strategy in order to reduce the production costs. In this study the surfactin was produced by Bacillus subtilis UFPEDA 438 using sugarcane molasse as substrate in order to reduce costs. The microoganism was cultivated in rotatory shaker using a medium containing 4% surgacane molasse. The influence of temperature, agitation as well as the aeration ratio in the surfactin production was investigated. The samples were taken during cultivation until 72 h in order to record the substrate and cells concentration, the concentration of surfactin produced and medium pH. The results showed that for the best cultivation condition (200 rpm, 36 ?C and 0.4 aeration ratio) the concentration of surfactin was 199.45 ? 0.13 mg/L reached after 24 h, the substrate to product yield (YP/S) was 0.022 g/g and product productivity (PP) was 8.19 mg/L.h after 24 h. The pH was stable during all cultivation experiments ranging from 6.2 to 6.7 also a large residual content of substrate was observed. The Critical Micellar Concentration (CMC) of the produced biosurfactant at the best cultivation condition was 20.73 mg/L, thus showing good efficiency as surface agent. Also, it showed an emulsification index after 24 h (E24) of 62.0% for kerosene and capacity of forming emulsion of high stability reaching values of approximately 1.5U.

Na natureza, os microorganismos podem apresentar forma de vida planctônica ou podem estar aderidos a superfícies formando comunidades conhecidas como biofilmes. A formação de biofilmes na indústria alimentícia é uma constante preocupação visto que os microorganismos aderidos podem causar contaminações persistentes, levando a deterioração do alimento e a transmissão de doenças. Uma alternativa para evitar a adesão bacteriana e a formação de biofilmes é o pré-condicionamento de superfícies com biosurfatantes, que são compostos tensoativos de origem microbiana capazes de alterar as propriedades físico-químicas e conseqüentemente modificar as interações entre a bactéria e a superfície. Os biosurfatantes, surfactina obtida de Bacillus subtilis e ramnolipídeo de Pseudomonas aeruginosa, foram testados quanto a capacidade de evitar a adesão e remover biofilmes de bactérias patogênicas de interesse alimentar. Foram avaliadas culturas individuais e mistas de Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes, e Salmonella Enteritidis utilizando-se como modelo superfícies de poliestireno. O pré-condicionamento da superfície com surfactina na concentração de 0,25% reduziu a adesão de Salmonella Enteritidis e Listeria monocytogenes em 42%, enquanto que o tratamento com ramnolipídeo a 1% reduziu a adesão de Listeria monocytogenes e Staphylococcus aureus ao poliestireno em 57,8% e 67,8% respectivamente. O condicionamento com os biosurfatantes não se mostrou eficiente na redução da adesão das culturas mistas das bactérias se comparado aos resultados obtidos para as culturas individuais. O poliestireno condicionado com os biosurfatantes apresentou redução na hidrofobicidade devido ao caráter aniônico destas moléculas. A repulsão eletrostática e a redução das interações hidrofóbicas promovidas pelo condicionamento do poliestireno com ramnolipídeo foram fatores determinantes na atividade antiadesiva observada para L. monocytogenes e S. aureus, entretanto os resultados obtidos para a superfície tratada com surfactina sugerem que outros parâmetros influenciaram nos resultados observados. Após 2 h de contato a surfactina na concentração de 0,1% promoveu a remoção de 63,7% do biofilme de S. aureus, 95,9% do biofilme de L. monocytogenes, 35,5% do biofilme de S. Enteritidis e 58,5% do biofilme da cultura mista das três bactérias. Já o ramnolipídeo na concentração de 0,25% removeu 58,5% do biofilme de S. aureus, 26,5% do biofilme de L. monocytogenes, 23,0 % do biofilme de S. Enteritidis e 24% do biofilme da cultura mista após 2 h contato. De modo geral, o aumento do tempo de contato e da concentração dos biosurfatantes reduziu a remoção dos biofilmes. A surfactina e o ramnolipídeo demonstraram potencial para uso como agentes anti-adesivos assim como para a remoção de biofilmes de bactérias patogênicas de importância alimentar. / In nature, microrganisms can live as planktonic cells or can be found living in communities attached in surfaces forming biofilms. Biofilm represents a great concern for food industry, since it can be a source of persistent contamination that can lead to food spoilage and the transmission of diseases. To avoid the adhesion of bacteria and the formation of biofilms, an alternative is the pre-conditioning of surfaces using biosurfactants that are microbial compounds that can modify the physico-chemical properties of the surfaces changing bacterial interactions and consequently adhesion. The biosurfactants, surfactin obtained from Bacillus subtilis and rhamnolipids from Pseudomonas aeruginosa, were evaluated as agents to avoid the adhesion and to disrupt biofilms of food-borne pathogenic bacteria. Individual cultures and mixed cultures of Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes e Salmonella Enteritidis were studied using polystyrene as the model surface. The pre-conditioning with surfactin 0,25% reduces in 42,0% the adhesion of L. monocytogenes and S. Enteritidis, whereas the treatment using rhamnolipids 1,0% reduced in 57,8% the adhesion of L. monocytogenes and in 67,8% the adhesion of S. aureus to polystyrene. The conditioning of surface with biosurfactants was less effective to avoid adhesion of mixed cultures of the bacteria when compared with the results obtained for individual cultures. The polystyrene surface conditioned with the biosurfactants showed a reduction in the hydrophobicity due to the anionic character of the molecules. The electrostatic repulsion and the reduction on hydrophobic interactions promoted by the conditioning of surface with rhamnolipids were determinant factors to explain the anti-adhesive activity observed for L. monocytogenes and S. aureus, however, the data obtained with surfactin suggest that other parameters have influenced the results observed. After 2 h contact with surfactin at 0,1% concentration, the pre-formed biofilms of S. aureus were reduced by 63,7%, L. monocytogenes biofilms were reduce by 95,9% , S. Enteritidis biofilms by 35,5% and the mixed culture biofilm by 58,5%. The rhamnolipids at 0,25% concentration removed 58,5% of biofilm of S. aureus, 26,5% of the biofilm of L. monocytogenes, 23,0% the biofilm of S. Enteritidis and 24,0% the biofilm of the mixed culture after 2 h of contact. In general, the increase in concentration of biosurfactants and in the time of contact decreases the biofilm remove percentage. These results demonstrate that surfactin and rhamnolipids present potential to be used as agents to control the attachment and to disrupt biofilms of food-borne pathogens.

Os surfatantes são substâncias químicas que têm uma ampla aplicação industrial principalmente como matéria-prima na fabricação de detergentes. No entanto, estas substâncias de origem sintética podem ser substituídas por biossurfatantes (BS), já que estes são biodegradáveis, menos tóxicos para o meio ambiente e além de estáveis em condições extremas de pH, temperatura e salinidade. O alto custo de produção dos BS inviabiliza até o presente momento a substituição dos surfatantes químicos (mais tóxicos). Pesquisadores acreditam que a produção de BS tenha que atingir custos abaixo de 5 dolares/lb para serem economicamente viáveis. Uma das estratégias usadas para diminuir o custo da produção de BS, é usar diferentes subprodutos agrícolas e industriais. Os resíduos de natureza celulósica vêm ganhando espaço nos últimos anos como fontes de carbono alternativas para produtos de base biotecnológica, devido principalmente a sua abundância na natureza e ao apelo das tecnologias sustentáveis. O sisal é uma fonte lignocelulósica de rápido ciclo de crescimento que contém alto teor de celulose vegetal, e que é encontrado em grandes quantidades no Brasil. Este projeto teve como objetivo a produção de biossurfatante por Bacillus subtilis ATCC 21332, utilizando como fonte de carbono o hidrolisado lignocelulósico ácido e enzimático obtido da polpa de sisal. A produção do BS no substrato alternativo proposto foi comparada com a produção em meio de cultivo convencional (glicose). Os BS sintetizados foram avaliados quanto às propriedades físico-químicas: concentração micelar crítica (CMC), tensão superficial (TS) e tensão interfacial (TI). O BS obtido a partir da fermentação do hidrolisado enzimático apresentou TS = 28,71 mN.m-1; TI = 3,81 mN.m-1; e CMC = 64,0 mg.L-1; e aquele produzido a partir da fermentação do hidrolisado ácido apresentou TS = 29,79 mN.m-1; TI = 5,70 mN.m-1; e CMC = 1394,0 mg.L-1. Os valores de tensão superficial inferiores a 30 mN.m-1 indicaram que o hidrolisado ácido e enzimático da polpa de sisal oferecem boas condições como substratos alternativos para a produção de surfactina. As soluções dos BS obtidos em hidrolisado ácido e enzimático removeram 79,96% e 70,35% do óleo diesel de areia contaminada respectivamente, evidenciando-se o potencial para biorremediação. / The surfactants are chemical products that have huge industrial applications, mainly as raw materials in detergent industry. However, these synthetic substances can be replaced by biosurfactants (BS), since they are biodegradable, less toxic and stable at a wide range of pH, temperature and salt concentrations. In spite of these favorable characteristics, the high production costs of BS difficult their use as substitutes to synthetic surfactants (more toxic). If the production costs were less than 5 dollar/lb, their commercialization of BS would be possible. One strategy that permits reducing costs is the use of alternatives substrates from different industries such as byproducts or wastes from agricultural processing units. The lignocellulosic residues are one the most abundant sources of renewable organic carbon, for this reason in the last years, they began to be used as an unconventional carbon source for the synthesis of biotechnology products. Sisal is a lignocellulosic source that growths rapidly and is found in high quantity in Brazil. The objective of this study was the production of biosurfactant by Bacillus subtilis ATCC 21332, using as carbon source enzymatic and acid hydrolysates obtained from sisal pulp. The production using the alternative substrates was evaluated and compared with the production in conventional medium. The critical micelle concentration (CMC), surface tension (TS) and interfacial tension (IT) of the BS were evaluated, the following values were obtained for surfactin synthesized through the fermentation with enzymatic hydrolysate: TS = 28.71 mN.m-1, TI = 3.81 mN.m-1 and CMC = 64.0 mg.L-1. When the acid hydrolysate was used as carbon source the physical-chemical properties were TS = 29.78 mN.m-1, TI = 5.70 mN.m-1 and CMC = 1394.0 mg.L-1. Surface tension values lower than 30.0 mN.m-1 demonstrated that enzymatic and acid hydrolysate offer good conditions as alternative substrates for biosurfactant production. The surfactin synthesized exhibited potential for bioremediation; washing soil with BS obtained in acid and enzymatic hydrolysate removed 80% and 70% of diesel from contaminated sand, respectively.

Orientador: Gláucia Maria Pastore / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-17T02:50:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moraes_DianeTeode_D.pdf: 21600008 bytes, checksum: 9d2d940e83841a4b2fb091014e2703ef (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O lipoheptapeptídeo cíclico surfactina é produzido por diferentes cepas de Bacillus subtilis. Em uma concentração de 20 mM, a surfactina é capaz de reduzir a tensão superficial da água de 72 mN/m para 27 mN/m. Isto faz da surfactina o biossurfactante com maior potencial conhecido. O conjunto multienzimático, responsável pela síntese da surfactina, consiste de três grandes NRPSs: SrfA-A (402kDa), SrfA-B (401kDa) e SrfA-C (144 kDa), compreendendo um total de sete módulos. Os genes NRPSs correspondentes estão organizados no operon srfA. A produção de surfactina por B.subtilis é usualmente baixa e a produção em sistemas de expressão heterólogos como E.coli não é viável. Portanto, uma opção para aumentar a produção de surfactina seria o uso de sistemas de expressão utilizando o próprio Bacillus, colocando o operon srfA sob controle de um forte promotor que pode funcionar independentemente da regulação por feedback negativo endógeno. Para esta proposta, o promotor nativo do operon responsável pela síntese da surfactina em B.subtilis LB5a foi substituído pelo promotor Pgrac, o qual pode ser induzido por análogos de lactose. Este sistema de expressão é baseado em um forte promotor que não é inibido por fatores endógenos e, deve fornecer uma nova ferramenta para produzir altos níveis de surfactina em Bacillus subtilis. A eficácia do lipopeptídeo produzido pela cepa recombinante de B.subtilis pGrac-SrfA foi demonstrada usando testes de atividade hemolítica e avaliação da tensão superficial do meio. Os picos do lipopeptídeo obtido por HPLC para a cepa recombinante pGrac-SrfA apresentaram perfis semelhantes aos obtidos a partir da cepa selvagem. Análises de espectrometria de massas confirmaram a presença de uma série homóloga de lipopeptídeos com variações no tamanho da cadeia hidrocarbônica caracterizando o composto como surfactina. Verificou-se a predominância do homólogo de massa molecular de 1000,18 u. A produção de surfactina pela cepa de B.subtilis recombinante foi cerca de 57% superior ao da cepa selvagem, quando induzida por isopropil b-D-1-tiogalactopiranosídeo / Abstract: The cyclic lipoheptapeptide surfactin is produced by different Bacillus subtilis strains. At a concentration of 20µM, this biosusrfactant is able to reduce the surface tension of water from 72 mN/m to 27 mN/m. This makes surfactin one the most powerful biosurfactants known so far. The surfactin synthetase is a large multienzyme complex consisting of three enzymatic subunits, SrfA (402 kDa), SrfB (401 kDa), and SrfC (144 kDa), comprising of a total of seven modules. The corresponding NRPS genes are organized in the srfA operon. Surfactin production from Bacillus strains is usually low and production of such large proteins in a heterologous system such as E. coli is not viable. One option to improve surfactin production would be to use Bacillus subtilis itself as an expression system and to place the srfA operon under the control of a strong promoter that can function independently of endogenous negative feedback regulation. For this purpose, the native promoter of the surfactin operon in B.subtilis LB5a was replaced by the promoter Pgrac, which can be induced by lactose analogs. This expression system is based on a strong promoter and is not expected to be inhibited by endogenous factors and, should provide a new tool for producing higher levels of surfactin in Bacillus subtilis.The efficacy of the lipopeptide produced for the recombinant B.subtilis pGrac-SrfA was demonstrated using tests of hemolytic activity and evaluation of the surface tension of the medium. HPLC peaks of surfactin gotten of the genetically modified strain showed patterns of lipopeptides similar to those of the wild-type strain, and mass spectrometry analysis confirmed the presence of a lipopeptide homologous serie with variations in the hydrocarbon chain length, known as surfactin. Was verified the predominance of a homologue with a molecular mass of 1000.18 u. The surfactin production of the recombinant bacterium was up to about 57% greater than that of wild-type strain when it was induced by isopropyl b-D-1-thiogalactopyranoside / Doutorado / Doutor em Ciência de Alimentos

Orientador: Lúcia Regina Durrant / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-16T00:44:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Faria_AndreiaFonsecade_D.pdf: 11493166 bytes, checksum: e3cd66f7090b963f62e89ca35a7c600a (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Os biossurfactantes são compostos amplamente estudados em todo o mundo. Suas características o tornam muito atrativo em relação aos surfactantes sintéticos. Dentre essas características podemos citar, a baixa toxicidade, boa compatibilidade com a pele e olhos, biodegradabilidade e produção a partir de substratos renováveis. No entanto, o custo de produção dos biossurfactantes ainda inviabiliza sua produção em escala industrial. Tradicionalmente, os hidrocarbonetos têm sido os substratos escolhidos para a produção de biossurfactantes e bioemulsicadores. É assumido que a produção de biossurfactantes é induzida para tornar o substrato hidrofóbico acessível a célula. Contudo, substratos solúveis em água também podem ser utilizados para a produção dos surfactantes biológicos. Esses últimos são mais baratos do que os hidrocarbonetos e preferidos em processos fermentativos, devido ao fato de que as fermentações monofásicas são mais simples do que as fermentações bifásicas. Além disso, o uso de hidrocarbonetos são inaceitáveis para a produção de biossurfactantes destinados a aplicações em alimentos, cosméticos e produtos farmacêuticos. Uma grande variedade de matérias-primas estão atualmente disponíveis como substrato orgânico para fermentações industriais, dentre as quais podemos destacar os resíduos agroindustriais. Essas matérias-primas possuem vantagens de serem encontradas em excesso e produzidas em regiões de clima tropical ou temperado. Atualmente, com o aumento da demanda de produção de biodiesel, o glicerol tem ganhado atenção no cenário de bioprocessos, demonstrando ser uma matéria-prima de grande disponibilidade para produção de biomoléculas de interesse industrial. Segundo a Agência Nacional de Petróleo (ANP-Brasil), o Brasil é ranqueado como o maior produtor e consumidor de biodiesel do mundo: 1,2 bilhões de litros/ano em 2008, gerando de 120.000 toneladas de glicerina residual nesse processo. Logo, o presente trabalho teve como objetivo selecionar um substrato orgânico de baixo custo, de forma a tornar viável a produção e comercialização dos biossurfactantes em larga escala. Dentre as 19 linhagens microbianas avaliadas, o microrganismo Bacillus subtilis LSFM_05 foi selecionado para a produção de biossurfactantes, utilizando glicerina residual bruta como substrato orgânico. A temperatura de 32oC e concentração de glicerina de 5% v/v foram designadas como condições ótimas para a produção de biossurfactantes, através do planejamento experimental. A produção dos biossurfactantes foi realizada em fermentador um litro nas rotações de 150, 250 e 350 rev.min -1. A fermentação conduzida à 250 rev.min-1 apresentou melhor desempenho na formação de espuma e produção de biossurfactante. Em seguida, essa condição foi reproduzida em fermentador de 10 litros, que apresentou rendimento de 0,69 g.L-1. Após a execu-ção dos processos fermentativos, os biossurfactantes foram recuperados por precipitação ácida, puri_cados em coluna de adsorção e caracterizados utilizando Espectrometria no Infravermelho com Transformada de Fourier (IV-FT), Espectrometria de Ressonância Magnética (1H e 13C RMN) e Espectrometria de Massa (ESI-MS/MS). O biossurfactante foi caracterizado como uma isoforma do lipopeptídio surfactina, contendo 14 átomos de carbono na cadeia lipídica e sete aminoácidos do anel peptíco. A espectrometria de massa foi capaz de elucidar a composição e sequência de aminoácidos do peptídio cíclico GluOMe(1)/Leu(2)/Leu(3)/Val(4)/Asp(5)/Leu(6)/Leu(7) e os espectros de 1H e 13C - RMN foram de extrema importância para comprovar a esteri_cação do aminoácido ácido glutâmico. O microrganismo Bacillus subtilis LSFM_05 também foi caracterizado como co-produtor de fengicina. A espectrometria de massa apresentou ser uma técnica sensível e rápida para a caracterização dos homólogos A e B de fengicina. A surfactina C14/Leu7 foi avaliada com relação a toxicidade ambiental sobDaphnia similis, apresentando EC50 em 1500 mg.L-1. A surfactina apresentou atividade antiviral contra o vírus envelopado Herpervirus bovino (BoHV-1), inibindo 100% da infectividade do vírus na concentração de 0,25 _M, porém, não apresentou atividade antimicrobiana para os microrganismos avaliados até a concentração de 1mg.mL-1. A surfactina também foi avaliada com relação a citotoxicidade sob _broblastos c3T3 de camundongos, e o valor de EC50 não foi determinado na faixa de concentração estudada, indicando níveis de toxicidade para esse tipo de célula. No âmbito na nanotecnologia, o extrato bruto contendo os biossurfactantes mostrou-se uma ferramenta útil na dispersão de nanotubos de carbono, em água de cultivo de Daphnia, tornando possível o estudo de ecotoxicologia desses nanomateriais / Abstract: In recent years biosurfactants have attracted considerable attention because they o_er several advantages in comparison with synthetic surfactants: low toxicity, greater biodegradability, better environmental compatibility, greater foaming, speci_c activity at extreme temperatures, pH and salinity, and the possibility of being produced from renewable sources and industrial wastes However, biosurfactants have not yet been employed extensively in industry because of their relatively high production and recovery costs. The cost can be reduced by strain improvement, optimizing medium composition by statistical methods or by using alternative inexpensive substrates. Traditionally, hydrocarbons have been the substrates of choice to produce biosurfactants and bioemulsi_ers. It is assumed that surfactant production is induced to render hydrophobic substrates accessible to the cell, but water-soluble substrates such as molasses, cassava waste-water and potato substrates have also been used for biosurfactant production. The latter are cheaper than hydrocarbons and are the preferred substrates, because single-phase fermentation is simpler than biphasic fermentation and in addition the hydrocarbon substrates are unacceptable for many applications, such as in foods, cosmetics and pharmaceutical products. One alternative substrate aimed at decreasing costs in the production of biosurfactants could be the waste glycerol obtained from the biodiesel industry. Brazil is ranked amongst the greatest producers and consumers of biodiesel in the world: 1.2 billion liters /year in 2008, according to the National Petroleum Agency-Brazil (ANP) generating 120,000 tons of waste glycerol in this process. The data described above may support the idea of applying the raw glycerol in the production of biosurfactant on a large-scale. This present study aimed to select an low cost organic substrate, in order to become viable the biosurfactant production on a large scale. Among the 19 microbial strains evaluated, the microorganism Bacillus subtilis LSFM-05 was selected for the biosurfactant production using raw glycerol as organic substrate. The temperature of 32oC and glycerol concentration of 5% v/v were designated as optimal conditions for the production of biosurfactants, by response surface methodology. The production of biosurfactants was carried out by one liter fermentor at 150, 250 and 350 rev.min-1. The 250 rev.min-1 fermentation was the best performance in foaming and biosurfactant production. Then, this condition was reproduced in 10 liter fermentor, with yield of 0.69 g.L-1. After the fermentation processes, the biosurfactants were recovered by acid precipitation, puri_ed by adsorption column and characterized using Infrared Spectroscopy Fourier Transform (FT-IR), Magnetic Resonance Spectroscopy ( 1H and 13C NMR) and Mass Spectrometry (ESI-MS/MS). The biosurfactant was characterized as a surfactin isoform, containing14 carbon atoms in the lipid chain and 7 aminoacids in the peptide portion. The mass spectrometer was able to elucidate the composition and aminoacids sequence in the cyclic peptide GluOMe(1)/Leu(2)/Leu(3)/Val(4)/Asp(5)/Leu(6)/Leu(7). The microorganism Bacillus subtilis LSFM-05 was characterized as a fengycin co-producer. The mass spectrometry have been a sensitive and rapid technique for fengycin homologues characterization. The C14/Leu7 surfactin presented EC50 value of the 1500 mg.L-1 against Daphnia similis in ecotoxicological studies. The surfactin showed antiviral activity against enveloped bovine herpesvirus (BoHV-1), inhibiting 100 % of the infectivity at concentration of 0.25 _M, however, it didn't show antimicrobial activity for microorganisms evaluated until concentration of 1mg.mL-1. The surfactin cytotoxicity in mice _broblasts c3T3 was evaluated as well, and the EC50 value was not determined in the studied concentration range, indicating low levels of toxicity for this cell type. Concerning to applications in nanotechnology, the biosurfactants proved to be a useful tool in the dispersion of carbon nanotubes in standard water cultivation of Daphnia, enabling future studies about the environmental toxicology of these nanomaterials / Doutorado / Doutor em Ciência de Alimentos

Na natureza, os microorganismos podem apresentar forma de vida planctônica ou podem estar aderidos a superfícies formando comunidades conhecidas como biofilmes. A formação de biofilmes na indústria alimentícia é uma constante preocupação visto que os microorganismos aderidos podem causar contaminações persistentes, levando a deterioração do alimento e a transmissão de doenças. Uma alternativa para evitar a adesão bacteriana e a formação de biofilmes é o pré-condicionamento de superfícies com biosurfatantes, que são compostos tensoativos de origem microbiana capazes de alterar as propriedades físico-químicas e conseqüentemente modificar as interações entre a bactéria e a superfície. Os biosurfatantes, surfactina obtida de Bacillus subtilis e ramnolipídeo de Pseudomonas aeruginosa, foram testados quanto a capacidade de evitar a adesão e remover biofilmes de bactérias patogênicas de interesse alimentar. Foram avaliadas culturas individuais e mistas de Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes, e Salmonella Enteritidis utilizando-se como modelo superfícies de poliestireno. O pré-condicionamento da superfície com surfactina na concentração de 0,25% reduziu a adesão de Salmonella Enteritidis e Listeria monocytogenes em 42%, enquanto que o tratamento com ramnolipídeo a 1% reduziu a adesão de Listeria monocytogenes e Staphylococcus aureus ao poliestireno em 57,8% e 67,8% respectivamente. O condicionamento com os biosurfatantes não se mostrou eficiente na redução da adesão das culturas mistas das bactérias se comparado aos resultados obtidos para as culturas individuais. O poliestireno condicionado com os biosurfatantes apresentou redução na hidrofobicidade devido ao caráter aniônico destas moléculas. A repulsão eletrostática e a redução das interações hidrofóbicas promovidas pelo condicionamento do poliestireno com ramnolipídeo foram fatores determinantes na atividade antiadesiva observada para L. monocytogenes e S. aureus, entretanto os resultados obtidos para a superfície tratada com surfactina sugerem que outros parâmetros influenciaram nos resultados observados. Após 2 h de contato a surfactina na concentração de 0,1% promoveu a remoção de 63,7% do biofilme de S. aureus, 95,9% do biofilme de L. monocytogenes, 35,5% do biofilme de S. Enteritidis e 58,5% do biofilme da cultura mista das três bactérias. Já o ramnolipídeo na concentração de 0,25% removeu 58,5% do biofilme de S. aureus, 26,5% do biofilme de L. monocytogenes, 23,0 % do biofilme de S. Enteritidis e 24% do biofilme da cultura mista após 2 h contato. De modo geral, o aumento do tempo de contato e da concentração dos biosurfatantes reduziu a remoção dos biofilmes. A surfactina e o ramnolipídeo demonstraram potencial para uso como agentes anti-adesivos assim como para a remoção de biofilmes de bactérias patogênicas de importância alimentar. / In nature, microrganisms can live as planktonic cells or can be found living in communities attached in surfaces forming biofilms. Biofilm represents a great concern for food industry, since it can be a source of persistent contamination that can lead to food spoilage and the transmission of diseases. To avoid the adhesion of bacteria and the formation of biofilms, an alternative is the pre-conditioning of surfaces using biosurfactants that are microbial compounds that can modify the physico-chemical properties of the surfaces changing bacterial interactions and consequently adhesion. The biosurfactants, surfactin obtained from Bacillus subtilis and rhamnolipids from Pseudomonas aeruginosa, were evaluated as agents to avoid the adhesion and to disrupt biofilms of food-borne pathogenic bacteria. Individual cultures and mixed cultures of Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes e Salmonella Enteritidis were studied using polystyrene as the model surface. The pre-conditioning with surfactin 0,25% reduces in 42,0% the adhesion of L. monocytogenes and S. Enteritidis, whereas the treatment using rhamnolipids 1,0% reduced in 57,8% the adhesion of L. monocytogenes and in 67,8% the adhesion of S. aureus to polystyrene. The conditioning of surface with biosurfactants was less effective to avoid adhesion of mixed cultures of the bacteria when compared with the results obtained for individual cultures. The polystyrene surface conditioned with the biosurfactants showed a reduction in the hydrophobicity due to the anionic character of the molecules. The electrostatic repulsion and the reduction on hydrophobic interactions promoted by the conditioning of surface with rhamnolipids were determinant factors to explain the anti-adhesive activity observed for L. monocytogenes and S. aureus, however, the data obtained with surfactin suggest that other parameters have influenced the results observed. After 2 h contact with surfactin at 0,1% concentration, the pre-formed biofilms of S. aureus were reduced by 63,7%, L. monocytogenes biofilms were reduce by 95,9% , S. Enteritidis biofilms by 35,5% and the mixed culture biofilm by 58,5%. The rhamnolipids at 0,25% concentration removed 58,5% of biofilm of S. aureus, 26,5% of the biofilm of L. monocytogenes, 23,0% the biofilm of S. Enteritidis and 24,0% the biofilm of the mixed culture after 2 h of contact. In general, the increase in concentration of biosurfactants and in the time of contact decreases the biofilm remove percentage. These results demonstrate that surfactin and rhamnolipids present potential to be used as agents to control the attachment and to disrupt biofilms of food-borne pathogens.