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: Glaucia Maria Pastore / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-18T13:15:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andrade_CristianoJosede_M.pdf: 12087429 bytes, checksum: e7e52d39533950f814bfe0b0170abd81 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Os parâmetros ótimos de desodorização (temperatura, porcentagem de vapor e pressão de operação) são determinados de acordo com o tipo de óleo e o processo de refino selecionado. O refino do óleo de palma é realizado preferencialmente através do refino físico, pois sua elevada acidez pode provocar uma perda excessiva de óleo neutro no caso da utilização do refino químico. O refino físico de óleos vegetais consiste num processo de esgotamento ou stripping, no qual sob pressões reduzidas e elevadas temperaturas os compostos voláteis são removidos do óleo neutro através da utilização de um agente de arraste, que pode ser um gás ou vapor. No entanto, estas condições de processo também facilitam a ocorrência de volatilização de valiosos compostos minoritários como esqualeno, tocoferóis, tocotrienóis, fitoesteróis, bem como uma pequena porção dos acilgliceróis. Desta forma, este trabalho apresenta a aplicação da metodologia de superfície de resposta (MSR) no estudo dos efeitos de três variáveis de processo (temperatura, porcentagem de vapor e fração estearina/oleína), sobre a perda/transferência de compostos graxos durante a desacidificação física. As respostas de interesse foram acidez final do óleo e perda de óleo neutro (PON). Os resultados revelaram que a composição do óleo é um fator importante e estatisticamente significante a ser considerado na seleção de variáveis de processo mais adequadas, além da temperatura e da porcentagem de vapor. Na segunda etapa, foi realizado um estudo detalhado da degradação térmica dos carotenóides no óleo de palma considerando-se temperaturas variando na faixa de 170 ºC a 230 ºC. O processo de aquecimento foi realizado com injeção de nitrogênio e a coleta de amostra foi feita a cada 20 min durante um período de aquecimento total de 140 min. Os dados experimentais foram então comparados com dados da literatura relacionados à degradação de carotenóides. A degradação térmica dos carotenóides mostrou uma melhor adequação a uma ordem de reação superior a 1. Em uma etapa posterior, a metodologia de superfície de resposta (MSR) foi aplicada para o refino físico de amostras de óleo de palma de diferentes qualidades, medidas através de sua acidez inicial. Foram consideradas a influência de duas condições de operação e um terceiro parâmetro de qualidade, sendo estes: temperatura, porcentagem de vapor e acidez inicial das amostras. As respostas de interesse foram acidez final do óleo, retenção de tocóis, perda de óleo neutro (PON) e retenção de carotenóides. Os resultados mostraram que a acidez inicial é um parâmetro estatisticamente importante para a obtenção de valores aceitáveis de acidez final. Este parâmetro está diretamente relacionado à concentração de componentes minoritários no óleo, pois caso o valor de acidez final não tenha atendido aos padrões pré-determinados, o óleo deve ser submetido a tratamentos subseqüentes utilizando-se temperaturas mais elevadas ou maiores tempo de processo, portanto, acarretando a redução dos compostos minoritários. Para finalizar este trabalho foi avaliada a ocorrência da reação de hidrólise de óleo neutro durante o processo de desacidificação física. Os resultados revelaram que as maiores concentrações de ácidos graxos livres (AGL) no óleo e as menores concentrações de AGL no destilado foram obtidas para as maiores vazões de vapor e menores tempos de processo. Observou-se também, que a geração de AGL aumenta com o aumento da porcentagem de vapor e da temperatura do processo. Através da análise da cinética da hidrólise de óleo neutro, foi possível verificar uma boa adequação dos dados à equação de primeira-ordem / Abstract: Optimal deodorizing parameters (temperature, steam percentage, and operating pressure) are determined by the type of oil and the selected refining process. Refining of palm oil is preferably performed by physical means since its high acidity can lead to excessive losses of neutral oil in case of the caustic refining process. Physical refining of vegetable oils is a stripping process in which, under low absolute pressure and high temperatures, the accompanying lower boiling compounds are distilled off from neutral oil, by using gas or steam, as effective stripping agent. However, these processing conditions also increase the occurrence of volatilization of the valuable minor components present in the oil such as squalene, tocopherols, phytosterols, as well as some portion of acylglycerols. Thus, this work presents the application of response surface methodology (RSM) to the study of the effects of three factors (temperature, percentage of stripping steam and the stearin/olein ratio) on the losses/transfer of fatty compounds during the steam deacidification. The responses of interest were the final oil acidity and the loss of neutral oil (NOL). The results revealed that the oil composition was an important and statistically significant factor in the selection of more suitable processing variables, besides temperature and steam. In the second step, a detailed study was performed for carotene thermal degradation in palm oil at four temperatures ranging from 170 ºC to 230 ºC. The heating process was carried out with injection of nitrogen and the samples were collected every 20 min during a total heating period of 140 min. The experimental data were then compared to literature data concerning carotenoids thermal degradation. The thermal degradation kinetics of carotenoids in palm oil followed an order superior to 1. In the next step of this work, response surface methodology (RSM) was applied to study the physical refining process of palm oil samples of different qualities, measured by their initial acidity. The influence of two operative conditions and a third quality parameter are considered: the temperature, the steam percentage, and the initial FFA. Their effect on the final FFA, tocols retention, neutral oil loss (NOL), and carotene retention was investigated. The results revealed that the initial FFA is a statistically important parameter to obtain acceptable values for final FFA, which has directly relation with the concentration of minor components in the oil by the submission to higher temperatures or longer refining periods, in order to reach the standard values. To end this work, it was evaluated the occurrence of hydrolysis of neutral oil during the steam deacidification. The results revealed that the highest percentages of FFA into the oil and the lowest percentages of FFA on the distillate were obtained when applying high steam flow rates associated with reduced stripping times. It was also observed that the generation of free fatty acids increases with the increasing of the percent of steam injected into the oil as well as with the increasing of the process temperature. The kinetic investigation revealed that the hydrolysis of neutral oil follows a first-order reaction / Mestrado / Ciência de Alimentos / Mestre em Ciência de Alimentos

Orientador: Elias Basile Tambourgi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T17:48:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ehrhardt_DanielaDiniz_M.pdf: 1295191 bytes, checksum: fa70dc68bb798428fff1677668957a8a (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: O crescente comprometimento com questões ambientais, juntamente com as novas legislações vigentes fizeram com que o uso de surfactantes sintéticos se tornasse inviável pela indústria. Assim, o desenvolvimento de novas tecnologias para produção de biossurfactantes aumentou consideravelmente. Biossurfactantes são grupos de compostos químicos produzidos por microrganismos através da biodegradação de matérias-primas renováveis. A utilização de biossurfactantes tornou-se uma alternativa bastante interessante em substituição aos surfactantes sintéticos, pois geram menor impacto ambiental devido à sua biodegrabilidade, diversidade estrutural e baixa toxicidade. Entretanto, os altos custos de produção são fatores limitantes para sua aplicação industrial. Sendo assim, o presente trabalho teve como objetivo a produção de biossurfactante, através da fermentação do resíduo do processamento do abacaxi, por Bacillus subtilis, a 37 ? C. O resíduo do abacaxi como substrato de fonte renovável garante o baixo custo na produção do surfactante microbiológico, uma vez que este fruto é extensivamente cultivado no Brasil. Foram realizadas fermentações com três diferentes concentrações de glicose (1%, 3%, 5%) e, posteriormente, enriquecendo o substrato com glicerol comercial (3%, 5% e 10%). Foram realizados testes de tensão superficial e indíce de emulsão e observou-se melhores resultados com 5% de glicose e sem adiação de glicerol, com redução da tensão em 25% e índices de emulsão de 67%, entretando não foi observado estabilidade do bissurfactante produzido quando expostos à condições extremas de temperatura (100°C e 121°C), variação de pH de 4 a 8 e frente à força iônica com soluções de NaCl em concentrações de 2,5%, 5%, 10% e 20% / Abstract: The growing commitment to environmental issues, with the new current legislation made the use of synthetic surfactants become unviable in industry. Thus, the development of new technologies for producing biossufactantes increased considerably. Biosurfactants are groups of chemical compounds produced by microorganisms by biodegradation renewable raw materials. The use of biosurfactants has become an interesting alternative to replace synthetic surfactants because they generate less environmental impact due to their biodegradability, low toxicity and structural diversity. However, the high production costs are limiting factors for their industrial application. Therefore, this study aimed to produce biosurfactant by Bacillus subtilis at 37 °C, usign the residue from processing of pinneaple as substrate. The pineapple residue as a renewable source substrate ensures low cost production of microbial surfactant, since this fruit is extensively cultivated in Brazil. Fermentations were performed at three different glucose concentrations (1%, 3%, 5%) and then enriching the substrate with commercial glycerol (3%, 5% and 10%). The surface tension and emulsion index analysis showed that the best results was with 5% glucose and without glycerol, with tension reduction of 25% and emulsion index of 67%. However, was observed that the bissurfactant produced wasn't stable when exposed to extreme conditions of temperature (100 ° C and 121 ° C), pH range 4 to 8 and ionic strength of NaCl solutions with concentrations of 2.5%, 5%, 10% and 20% / Mestrado / Engenharia Química / Mestra em Engenharia Química

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 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 .