EQA – Mestrado em Engenharia e Ciência de Alimentos (Dissertações)
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- ItemModelagem e simulação da produção de biossurfactante e lipase por fermentação em estado sólido(2006) Castiglioni, Gabriel Luis; Costa, Jorge Alberto Vieira; Rocha, Luiz Alberto OliveiraEstudos relacionados com a produção de biossurfactantes vêm ganhando interesse pela sua vasta aplicação no setor industrial. Sua obtenção a partir de substratos renováveis e de baixo custo, bem como sua alta biodegradabilidade e baixa toxicidade ao meio ambiente é o grande potencial para futura substituição dos surfactantes químicos. Além dos biossurfactantes a aplicação das lipases vem aumentando nos últimos anos devido a recentes avanços biotecnológicos, apresentando grande importância industrial em relação às demais enzimas. Obtenção de dados referentes à produção de biossurfactantes e lipases é uma etapa determinante, não só para coleta de informações para estudos futuros, mas também na implantação e otimização de processos. A utilização de modelos matemáticos que expressem estes resultados pode reduzir consideravelmente tais esforços. Com isso, o presente trabalho foi dividido em quatro etapas: a primeira tendo como objetivo desenvolver, otimizar e validar modelos matemáticos de descrição do processo de produção de biossurfactante; segunda, otimizar experimentalmente a produção de biossurfactante; a terceira, desenvolver modelos de otimização da produção de lipase; e a quarta avaliar a produção de lipase durante o processo de fermentação. Todas as etapas tiveram por estudo a fermentação em estado sólido utilizando Aspergillus fumigatus em diferentes condições nutricionais e de fornecimento de ar. Foram realizados experimentos utilizando óleo de soja e óleo diesel como fontes adicionais de carbono, para posterior comparação com experimentos na sua ausência. As aerações variaram de 0 a 200 mLar.gmeio-1.h-1 e as fermentações conduzidas em biorreatores de colunas com leito fixo. As condições do meio de cultivo foram mantidas em 30°C, pH 4,5, umidade de 50% e concentração inicial de inóculo 4.106 esporos.gmeio-1. Os modelos matemáticos foram obtidos usando a aeração do meio e o tempo de fermentação como variáveis de controle. A função objetivo que representa o acréscimo da concentração do biossurfactante (primeira etapa) e da lipase (segunda etapa) foi otimizada fixando a aeração e calculando o tempo ótimo nas quais as concentrações máximas de biossurfactante e enzima foram obtidas em função do tempo de fermentação. A validação dos modelos de produção do biossurfactante foi realizada por meio da comparação dos resultados experimentais de dois Planejamentos Fatoriais 22 com os resultados gerados a partir do modelo. As Atividades Emulsificante encontradas na otimização experimental da produção de biossurfactante foram 11,17 UE.g-1 fornecendo 148 mLar.gmeio-1.h-1 na ausência de fonte adicional de carbono, 8,47 UE.g-1 com 119 mLar.gmeio-1.h-1 adicionado de óleo de soja e 9,99 UE.g-1 utilizando 140 mLar.gmeio-1.h-1 com óleo diesel. A utilização das fontes adicionais de carbono atuou como indutor da produção de lipase, sendo que a maior Atividade Lipolítica foi encontrada no experimento sem o fornecimento de ar utilizando diesel como fonte adicional de carbono (127,22 U.g-1 em 96h). Os resultados preditos comparados com os experimentais mostraram faixas estatisticamente iguais (p < 0,05) e as Atividades Emulsificante encontradas na otimização dos modelos sem fonte adicional de carbono e diesel foram, respectivamente, 8,03 UE.g-1 em 104h e 7,85 UE.g-1 em 111h e na otimização numérica da produção de lipase foram encontradas Atividades Lipolítica 100,31 U.g-1 em 103h, 117,02 U.g-1 em 90h e 124,12 U.g-1 em 119h para os experimentos sem fonte adicional de carbono, óleo de soja e óleo diesel, respectivamente. Os modelos confeccionados mostram a eficiência do processo de produção de biossurfactante e lipase, tornando uma ferramenta importante na fermentação em estado sólido com Aspergillus fumigatus, contribuindo significativamente para o uso de tecnologias simples e de menor risco ambiental.
- ItemProdução de biosurfcactante e lipase Aspergillus fumigatus cultivado em estado sólido e avaliação da biorremediação em derrames de óleos e derivados(2007) Cerqueira, Vanessa Sacramento; Costa, Jorge Alberto VieiraOs biossurfactantes são compostos de superfície ativa sintetizados por diversos microrganismos e que têm recebido crescente interesse pelas vantagens que possuem sobre os surfactantes químicos, tais como biodegradabilidade, baixa toxicidade e produção a partir de fontes renováveis. Estes compostos apresentam propriedades emulsificante, solubilizante e dispersante, podendo ser aplicados em diversos processos, em especial, na biorremediação. O presente trabalho teve por objetivo estudar a produção de biossurfactante e lipase a partir do fungo filamentoso Aspergillus fumigatus através de fermentação em estado sólido, avaliar a estabilidade do biossurfactante em diferentes condições físico-químicas e estudar a biorremediação em derrames de compostos de origem animal (óleo de pescado) e mineral (tolueno) ocasionados em solos utilizando o biosurfactante produzido. Para o estudo da produção de biossurfactante e lipase foram testados dois meios fermentativos (farelo de arroz e farelo de trigo), dois níveis de aeração (60 e 100 mL.g-1.h-1) e três fontes adicionais de carbono (óleo de soja degomado, óleo de pescado bruto e tolueno). Os experimentos foram realizados em biorreatores de coluna com leito fixo durante 144 h. Foram avaliados a cada 24 h, os teores de umidade, pH, atividade emulsificante água em óleo (AEw/o) e óleo em água (AEo/w), atividade lipolítica, tensão superficial e interfacial. Para o estudo da estabilidade, foi utilizado um planejamento experimental fatorial 23 com três pontos centrais, em que foram testados pH 5,0, 7,0 e 9,0, salinidades 3,0, 16,5 e 30,0, e temperaturas de 10, 20 e 30°C. Os experimentos de biorremediação foram realizados durante 90 dias, sendo avaliado a influência da adição de biossurfactante ou dispersante químico e adição de fertilizantes (uréia e superfosfato triplo) na proporção C:N:P de 100:15:3 nos solos contaminados. Durante o processo foram realizadas análises de concentração do contaminante, teor de fósforo e nitrogênio total nos solos e contagem microbiológica. Os resultados mostraram que a máxima atividade emulsificante água em óleo (25,49 UE.g-1) e atividade emulsificante óleo em água (58,51 UE.g-1) foram obtidas quando se utilizou tolueno, farelo de trigo e aeração de 60 mL.g-1.h-1. A maior redução na tensão superficial (36,2 mN.m-1) e interfacial foi obtida quando se utilizou óleo de soja degomado, farelo de trigo e aeração de 60 mL.g-1.h-1. O surfactante produzido mostrou ser estável em diferentes níveis de temperatura, pH e salinidade, apresentando maior estabilidade quando mantido em pH 7,0, salinidade 16,5 e 20°C. A máxima atividade lipolítica (112,46 U.g-1) foi obtida quando se utilizou farelo de trigo, aeração de 100 mL.g-1.h-1 e tolueno como fonte adicional de carbono. Os ensaios de biorremediação em solos mostraram que a maior taxa de remoção do contaminante óleo de pescado foi 59,47% obtido no experimento contendo biossurfactante e bioestimulante em 90 dias de processo. A maior taxa de remoção do contaminante tolueno (100%) foi obtido em 14 dias para os experimentos contendo biossurfactante, dispersante químico e biossurfactante com bioestimulação. Os resultados demonstraram a possibilidade de produzir biossurfactantes e enzimas a partir de Aspergillus fumigatus utilizando resíduos agroindustriais e menores taxas de aeração, contribuindo para a minimização de custos de processos e impactos ambientais. O biosurfactante foi eficaz no processo de descontaminação de solos, favorecendo a remoção do poluente quando utilizado juntamente com bioestimulante. A utilização de fertilizantes mostrou favorecer o crescimento microbiano e o emprego de biossurfactante mostrou aumentar a biodisponibilidade do contaminante, acelerando o processo de degradação dos compostos.
- ItemProdução, caracterização parcial e aplicação ambiental de ramnolipídios de Pseudomonas aeruginosa isolada de resíduos de pescado(2007) Prieto, Lígia Machado; Burkert, Carlos André VeigaOs biossurfactantes compreendem uma classe importante de compostos anfipáticos de origem microbiana. A bactéria gram negativa Pseudomonas aeruginosa é conhecida por sua habilidade de produzir biossurfactante do tipo ramnolipídio a partir de diversas fontes de carbono. A investigação da produção por novas linhagens pode resultar em processos mais eficientes, maiores rendimentos e biossurfactantes com características distintas, sendo aplicados em várias indústrias, tais como as indústrias farmacêutica, de cosméticos, de petróleo e de alimentos. Por outro lado, com o maior consumo de petróleo e derivados, cresceu a exposição de ambientes a possíveis acidentes relacionados à produção, transporte, carga e descarga desses materiais, sendo cada vez mais necessário buscarem-se alternativas tecnológicas para a recuperação desses ambientes. A biorremediação pode ser definida como o uso das potencialidades dos microrganismos em degradar compostos poluentes, reduzindo o grau de contaminação ou mesmo descontaminando ambientes degradados. Entre as técnicas disponíveis, a bioestimulação é uma das mais usadas, em que a microbiota nativa é estimulada pela adição de nutrientes e coadjuvantes como os biossurfactantes. Este trabalho teve como objetivo estudar a produção de ramnolipídios de Pseudomonas aeruginosa isolada de resíduos de pescado capturado no extremo sul do Brasil, utilizando diversas fontes de carbono (óleo de soja, borra de óleo de soja, óleo de pescado, glicerol e glicose) e fontes de nitrogênio (nitrato de sódio, nitrato de amônio, uréia e sulfato de amônio), bem como diferentes relações C/N. O biossurfactante foi caracterizado quanto à influência de fatores físicoquímicos na formação de emulsões. A degradação de petróleo em solo retirado de local próximo a um oleoduto, por técnicas de bioestimulação, com e sem a utilização do biossurfactante, também foi estudada. Os cultivos microbianos foram realizados em triplicata, sendo conduzidos em incubadora rotatória a 30°C e 180rpm, por um período de 96 horas. Pelo teste de Tukey, a 95% de confiança, o óleo de soja (40g/L) e o nitrato de sódio (8g/L) foram as melhores fontes de carbono e nitrogênio, respectivamente, obtendose, com uma relação C/N 22, 0,94g/L de ramnose e índice de emulsificação de 62,1%. Com uma relação C/N 100 foram produzidos 1,42g/L de ramnose e índice de emulsificação de 60,7%, indicando que a produção é favorecida em condição nitrogêniolimitante. A formação de emulsões estáveis foi melhor em concentrações salinas menores que 0,5%, pH na faixa de 6-9 e temperaturas na faixa de 35-40°C, mantendo cerca de 80% de sua atividade original para salinidade de até 3% e 120 min de exposição a 100°C. Quanto à biorremediação, os melhores resultados foram obtidos nos tratamentos com adição de nutrientes e adição de nutrientes mais biossurfactante, com 90,4% e 80,9% de remoção de hidrocarbonetos totais de petróleo, respectivamente, demonstrando efetiva melhoria em relação ao controle (42,2%), havendo uma clara relação entre a dinâmica da microbiota local e a biodegradação.
- ItemAvaliação da composição do meio de produção de ramnolipídios de Pseudomonas aeruginosa(2008) Rosa, Célia Francisca Centeno da; Burkert, Carlos André VeigaA reação de transesterificação de óleos vegetais tem como produto principal o biodiesel, porém o glicerol que é subproduto desta reação pode ser transformado em resíduo devido ao aumento da produção deste biocombustível. Estudos revelam que o glicerol pode ser utilizado como substrato em processos fermentativos juntamente com microrganismos capazes de utilizá-lo como fonte de carbono. A bactéria Pseudomonas aeruginosa demonstra capacidade de assimilação de glicerol para produção de biossurfactantes, que são moléculas produzidas por microrganismos capazes de diminuir a tensão superficial. A maior vantagem de utilização dos biossurfactantes é a aceitabilidade ambiental já que são biodegradáveis e podem ser sintetizados a partir de fontes renováveis. Atualmente a maior aplicabilidade dos biossurfactantes está focada na biorremediação de poluentes, no entanto possui várias propriedades de interesse para inúmeras aplicações na agricultura, cosméticos, produtos farmacêuticos, detergentes, processamento de alimentos e outros. A maioria dos biossurfactantes são moléculas complexas e compreendem uma grande variedade de estruturas químicas, tais como:glicolipídios, lipopeptídios e lipoproteínas, biossurfactantes poliméricos, fosfolipídios, lipídios neutros e ácidos graxos. Dentre os glicolipídios, os mais estudados são os ramnolipídios, produzidos pela bactéria Pseudomonas aeruginosa. O presente trabalho teve como principal objetivo avaliar a composição do meio de produção para obtenção de ramnolipídio a partir da bactéria Pseudomonas aeruginosa LBM10 por fementação submersa, utilizando a técnica de planejamento experimental e análise de superfície de resposta. A cepa bacteriana, isolada de resíduos de pescado capturados na região costeira do sul do Brasil, foi utilizada para produção de ramnolipídio em meio mineral tendo o glicerol como única fonte de carbono. Foi realizado um planejamento completo central rotacional a fim de determinar a melhor condição de estudo, sendo as variáveis do planejamento a concentração de glicerol (13,2 a 46,8 g/L), a relação C/N (12,8 a 147,2) e a relação C/P (12,8 a 147,2), tendo-se como respostas a concentração de ramnolipídio, expressa como ramnose (g/L), índice de emulsificação (IE24, %), redução da tensão superficial (%) e os fatores de conversão de substrato em produto (YP/S), substrato em célula (YX/S) e célula em produto (YP/X). Os ensaios de fermentação foram realizados em incubadora rotatória a 30°C e 180 rpm, por um período de 144 h. De acordo com a validação dos modelos empíricos e análise das superfícies de respostas, a condição que permite obter maior produção de ramnolipídios (2,25 g/L) associada a um alto índice de emulsificação (65 %) é a que utiliza concentração de glicerol de 13,2 g/L, xv relação C/N de 12,8 e relação C/P na faixa de 40, apresentando YP/S de 0,26 g/g e redução da tensão superficial de 38,33 %.