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Previous issue date: 2017-02-20 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Financiadora de Estudos e Projetos - Finep / Surfactants are amphipathic powerful agents with application in various industries, especially in the oil industry. Many types of chemically synthesized surfactants are used today, although the development of alternative products, biodegradable and less toxic as the so-called biosurfactants agents obtained by microbiological route, becomes an important strategy to achieve products adequate for use in the environment, and with specific properties and applications. Many biosurfactants have been produced, although few are marketed due to the high production cost involved in obtaining these compounds, especially as regards the use of expensive substrates and purification processes. In this sense, this project proposed studies directed towards maximizing the production of a low cost biosurfactant for application in environments contaminated by petroleum derivates and heavy metals. Experiments were conducted to maximize the production of the biosurfactant from Candida lipolytica UCP0988 cultivated on 5% animal fat and 2.5%corn steep liquor using a 23 full factorial design. The effects and interactions of the agitation speed (200, 300 and 400rpm), the variables aeration (0, 1 and 2vvm) and time of cultivation (48, 96 and 144h) on the surface tension, yield and biomass were evaluated. The results showed that the variable time of cultivation had positive influence on the production of biosurfactant, while the increase of the variables aeration and agitation showed a negative effect. This study investigated the large-scale production, characterization, evaluation of toxicity and economic analysis of the biosurfactant produced by Candida lipolytica UCP 0988 grown in amedium containing 5% animal fat and 2.5% corn steep liquor. The kinetics of biosurfactant production was described. The biosurfactant producedin the stationary growth phaseunder agitation of 200rpm andin the absence of aeration reducedthe surface tension of the medium to 28mN/m after 96 h, yielding 10.0 g/L ofisolated biosurfactant in a 2 L bioreactor. The production was maximized in a 50 L bioreactor, reaching 40 g/L biosurfactant and 25 mN/m. The cell biomasswas quantifiedand characterizedfor usein animal nutrition. Chemical structures of the biosurfactant were identified using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and Nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR). The crude biosurfactant was not toxic to the bivalve Anomalocardia brasiliana, to the microcrustacean Artemia salina, or three species of vegetables seeds. The formulated biosurfactant was also not toxic to the fish Poecilia vivipara. The addition of the biosurfactant to seawater stimulated the degradation of motor oil via the activity of the indigenous microorganisms. In tests carried out with seawater, the crude biosurfactant demonstrated 80% oil spreading efficiency in the screening dispersion test. Regarding the swirling bottle test, the dispersion rate was 50% for the isolated biosurfactant at a concentration twice the critical micelle concentration. The biosurfactant proved to be efficient in detergency tests, as it removed 70% of motor oil from contaminated cotton cloth. Application for the removal of heavy metals demonstrated that the crude biosurfactant removed 30 to 40% of Cu and Pb from standard sand, while the isolated biosurfactant removed approximately 30% of the heavy metals. The HCl solution tested removed 60 to 50% of Cu, Pb and Zn and greatly increased the removal of metals when used together with the biosurfactant. The conductivity of the solutions containing Cd and Pb was sharply reduced by the biosurfactant. To provide a commercial surfactant, the biosurfactant was subjected to a preservation method based on the addition of 0.2% potassium sorbate over 120 days to estimate the validity of the product to be offered to the market. The formulated biosurfactant was analysed for emulsification and surface tension under different pH values, temperatures and the addition of NaCl. The results showed that the formulation did not cause significant changes in the tensoactive capacity of the biomolecule, indicating the possibility of its use in specific environmental conditions. The biosurfactant from C. lipolytica demonstrated versatility as a bioremediation agent of organic and inorganic pollutants as well as potential for industrial application as a stable, safe commercial agent. / Os surfactantes são poderosos agentes anfipáticos com aplicação em vários segmentos industriais, especialmente nas indústrias petrolíferas. Muitos tipos de surfactantes quimicamente sintetizados são hoje utilizados; entretanto o desenvolvimento de produtos alternativos, biodegradáveis e menos tóxicos, como os chamados biossurfactantes, agentes obtidos por via microbiológica, torna-se uma estratégia importante na obtenção de produtos mais compatíveis com o meio ambiente e na ampliação das propriedades específicas e aplicações desses compostos. Muitos biossurfactantes têm sido produzidos, embora poucos sejam comercializados em virtude do alto custo de produção envolvido na obtenção desses compostos, principalmente no que se refere à utilização de substratos custosos e aos processos de purificação. Neste sentido, este trabalho propôs estudos para a produção de um biossurfactante de baixo custo para aplicação na despoluição de ambientes contaminados por derivados de petróleo e metais pesados. A maximização da produção do biossurfactante de Candida lipolytica UCP0988 cultivada em 5% de gordura animal e 2,5% de milhocina, foi inicialmente realizada em biorreator de 2L a partir de um planejamento fatorial 23 com ponto central. Os efeitos e interações da velocidade de agitação (200, 300 e 400rpm), aeração (0, 1 e 2vvm) e tempo de cultivo (48,96 e 144h) sobre a tensão superficial, o rendimento e a biomassa foram avaliados. Os resultados mostraram que o tempo de cultivo teve uma influência positiva na produção do biossurfactante, enquanto que o aumento da aeração e da agitação provocou um efeito negativo. A produção do biossurfactante em condições de cultivo maximizadas de 200 rpm e na ausência de aeração, alcançou valores em torno de 10,0 g/L em biossurfactante, com redução da tensão superficial para 28 mN/m após 96 horas. A curva de produção do biossurfactante demonstrou que a biomolécula foi produzida na fase estacionária de crescimento como metabólito secundário. Com o scale-up de produção do biossurfactante em reator de 50L, 40 g/L de biossurfactante foram produzidos, com tensão superficial de 25 mN/m. A biomassa celular foi quantificada e caracterizada para utilização como complemento nutricional em ração animal. A estrutura química do biossurfactante foi identificada utilizando Espectroscopia de infravermelho de Fourier (FTIR) e Espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN). O biossurfactante bruto não apresentou toxicidade frente ao bivalve Anomalocardia brasiliana e ao microcrustáceo Artemia salina e nem frente a três espécies de sementes de hortaliças testadas. O biossurfactante formulado também não apresentou toxicidade frente ao peixe Poecilia vivipara. A adição de biossurfactante à água do mar estimulou a degradação do óleo de motor através da ação dos micro-organismos autóctones. Testes de dispersão demonstraram 80% de dispersão do óleo na água do mar, enquanto que os experimentos conduzidos em garrafas cilíndricas demonstraram valores em torno de 50% de dispersão para o biossurfactante isolado no dobro de sua concentração micelar crítica (1,6%). O biossurfactante mostrou-se eficiente em testes de detergência, com remoção de 70% de óleo de motor em tecido de algodão. A aplicação do biossurfactante bruto na remoção de metais pesados em amostras de areia padrão demonstrou 30 e 40% de remoção de Cu e Pb, respectivamente, enquanto que o biossurfactante isolado removeu cerca de 30% dos metais pesados. A solução de HCl removeu 60-50% de Cu, Pb e Zn e aumentou consideravelmente a remoção dos metais quando utilizada juntamente com o biossurfactante. A condutividade de soluções aquosas de efluente de mina preparado em laboratório contendo Cd e Pb foi drasticamente reduzida pelo biossurfactante. Com a finalidade de fornecer um produto comercial com vida de prateleira prolongada, o biossurfactante foi submetido ao método de conservação baseado na adição de sorbato de potássio a 0,2% e testado ao longo de 120 dias a fim estimar a eficácia do produto a ser oferecido no mercado. O biossurfactante formulado foi então analisado quanto à emulsificação à tensão superficial, sob diferentes valores de pH, temperatura e a adição de NaCl. Os resultados mostraram que a formulação não causou alterações significativas na capacidade tensoativa da biomolécula, indicando a possibilidade da sua utilização em condições ambientais específicas. Os resultados obtidos nesse trabalho demonstraram a versatilidade do surfactante de C. lipolytica como agente de biorremediação de poluentes orgânicos e inorgânicos, bem como potencial para aplicação industrial como um agente comercial estável e seguro.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede2:tede2/7177 |
| Date | 20 February 2017 |
| Creators | SANTOS, Danyelle Khadydja Felix dos |
| Contributors | SARUBBO, Leonie Asfora, LUNA, Juliana Moura de, SANTOS, Valdemir Alexandre dos, GOUVEA, Ester Ribeiro, ARNALD, Thatiana Montenegro Stamford, MARQUES, Daniela de Araújo Viana |
| Publisher | Universidade Federal Rural de Pernambuco, Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia (Renorbio), UFRPE, Brasil, Rede Nordeste de Biotecnologia |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRPE, instname:Universidade Federal Rural de Pernambuco, instacron:UFRPE |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 7794227690756777355, 600, 600, 600, 600, 600, 600, -8104576588452276421, 6209957791494323825, -2555911436985713659, 2075167498588264571, -1790502019031048300 |
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