EQA - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
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- ItemEstratégias de cultivo para o aumento da produção de exopolissacarídeos por Ensifer meliloti em meio com melaço de soja(2023) Ferreira Filho, Rui dos Santos; Burkert, Carlos André VeigaO presente estudo foi conduzido com o objetivo de avaliar o efeito da composição do meio e do modo de cultivo na produção de exopolissacarídeos (EPS) pela bactéria Ensifer meliloti SEMIA 135, utilizando melaço de soja como fonte de nutrientes, enfatizando a importância da utilização de substratos de baixo custo como os coprodutos agroindustriais para atingir uma produção eficiente de EPS. A bactéria foi cultivada em frascos agitados utilizando diferentes meios, variando a concentração de melaço (30 a 50 g L-1) e a presença ou não de extrato de levedura e sais minerais, bem como nas formas de operação em batelada simples e alimentada. Foram realizados cultivos em biorreator de bancada de 5 L utilizando diferentes condições de agitação, em batelada simples e alimentada, determinando a produção de EPS e biomassa. Como resultado, comprovou-se que a utilização de extrato de levedura é dispensável, sendo possível utilizar um meio contendo somente melaço de soja (30 g L-1) acrescido de solução salina, enquanto concentração mais elevada de melaço resultou em redução da produção. A batelada alimentada em frascos agitados apresentou uma produção mais elevada de EPS (9,08 ± 0,25 g L-1) em comparação à batelada simples (7,67 ± 0,40 g L-1). As melhores condições de agitação e aeração para produção de EPS em biorreator de bancada foram 200 rpm e 1,25 vvm, respectivamente, correspondendo a um kLa de 17,5 h-1. A operação em batelada alimentada no biorreator proporcionou a maior produção de EPS do estudo (14,4 g L-1), em comparação com 8,61 g L-1 na batelada simples, confirmando que essa estratégia pode ser uma alternativa promissora para a produção de EPS a partir de bactérias diazotróficas. O EPS apresentou massa molar ponderal média de 9,266 x 107 Da, com baixo índice de polidispersão (3,330), grupos funcionais característicos de EPS rizobianos e caráter polianiônico (potencial zeta de -36,03 mV em pH 7). O EPS apresentou comportamento reológico seguindo o modelo de Herschel- Bulkley, com redução da viscosidade aparente com o aumento do pH, bem como alta estabilidade térmica, com temperatura de fusão de 203 C. A caracterização do biopolímero confirmou sua potencialidade como biomaterial para aplicações industriais, sendo uma opção atraente para diversos usos.
- ItemBiossíntese de lipídios por Rhodotorula mucilaginosa CCT 7688 a partir de hidrolisado de cascas de soja(2019) Rocha, Keslei Rosendo da; Burkert, Carlos André VeigaLipids are organic molecules that are part of the constitution of living things and their food, being generally obtained through oil plants such as soybeans, for example, but also through the use of microorganisms such as yeasts. These have been studied extensively because of their rapid growth rate, possibility of expansion of the production scale and not being subject to typical crop pests. As a way of minimizing the costs of producing yeast lipids industrial coproducts can be used in the process by offering an alternative source of carbon and also minerals essential for growth. Thus, this work had as objective the production of lipids through the use of the yeast Rhodotorula mucilaginosa CCT 7688 in culture medium composed of hydrolysate obtained from soybean hulls. The soybean hulls used in this study were composed mainly of cellulose (39.11 %), hemicellulose (27.22 %) and lignin (14.73 %). Among the analyzed metals, the highest concentrations were aluminum (502.01 mgkg-1), zinc (42.20 mgkg-1) and manganese (40.12 mgkg-1). In order to determine the best hydrolysis conditions for the hulls aiming at a higher release of fermentable carbohydrates, tests were carried out evaluating the influence of hulls granulometry (without grinding or grinded with a mean particle size 1 mm), pressure and temperature inside the autoclave (0.5 atm e 111 °C, 1.1 atm e 122 °C, 1.5 atm e 127 °C) and de H2SO4 concentration (1,2 mmolg-1, 1,5 mmolg-1 and 1,8 mmolg-1). The solid-liquid ratio (1:8.8) and total reaction time (60 min) were fixed. The best determined conditions were: 1.1 atm, 122 °C, H2SO4 1.8 mmolg-1 and hulls with particle size 1 mm. Under these conditions 18.10 gL-1 of total reducing sugars were produced. In the first tests using the hydrolysate obtained from the best studied conditions, 9.11 ± 0.01 gL-1 of biomass were produced with 5.30 ± 0.68 % of lipids content, reaching 0.48 ± 0.06 gL-1 of total lipids after 240 h of cultivation. Cultures were carried out in a medium that simulated the carbohydrate concentrations present in the hydrolysate of soybean hulls (sugars mix), where 6.93 ± 0.02 gL-1 of biomass were produced with 11.49 ± 0.17 % of lipids content, reaching 0.79 ± 0.01 gL-1 of total lipids after 240 h of cultivation. In order to maximize the production of total lipids experimental designs (CCD 2³) were proposed, where the C/N ratio, MgSO4 7 H2O concentration and initial pH were the factors studied using as carbon sources xylose, arabinose, glucose and the concentrated hydrolysate. For the latter, C/N 80, MgSO4 7 H2O 1.5 gL-1 and initial pH 3.5 were the conditions that guaranteed best results: 7.26 gL-1 of biomass with 19.41 % of lipid content and 1.41 gL-1 of total lipids after 240 h of cultivation, which represented an increase of 66 % in relation to the first tests with the hydrolysate and 44 % in relation to the mix that simulated the concentration of the carbohydrates in the hydrolysate. Different cultivation strategies were also evaluated in order to increase lipid production. The "hydrolysate (20 gL-1) and addition of glucose (10 gL-1) after 72 h" fed-batch strategy was the one with better results: 11.92 ± 0.02 gL-1 of biomass composed by 29.28 ± 0.13 % of lipids, reaching 3.49 ± 0.01 gL-1 of total lipids after 144 h of cultivation. The lipids produced in this strategy were characterized by ¹H NMR and GC/MS, where the composition of oleic acid (66.92 %) and palmitic acid (24.62 %) was determined, among others, in smaller fractions. These results showed the potential when soybean hulls hydrolysate was used as a source of carbon and nutrients for lipid biosynthesis by R. mucilaginosa CCT 7688.
- ItemBiossíntese de lipídios por Rhodotorula mucilaginosa CCT 7688 a partir de hidrolisado de cascas de soja(2019) Rocha, Keslei Rosendo da; Burkert, Carlos André VeigaLipídios são moléculas orgânicas que fazem parte da constituição dos seres vivos e da sua alimentação, sendo geralmente obtidos através de plantas oleaginosas como a soja, por exemplo, mas também de forma alternativa através do uso de micro-organismos como as leveduras, por exemplo. As leveduras são muito estudadas devido à sua rápida taxa de crescimento, possibilidade de ampliação da escala de produção, pouco espaço industrial requerido e não estarem sujeitas às intempéries climáticas. Como forma de minimizar os custos de produção de lipídios por leveduras, resíduos industriais podem ser utilizados nos cultivos por oferecerem uma fonte de carbono alternativa e também minerais essenciais ao crescimento. Desta forma, este trabalho teve como objetivo a produção de lipídios através do uso da levedura Rhodotorula mucilaginosa CCT 7688 em meio de cultivo composto por hidrolisado obtido a partir de cascas de soja. Após caracterização das cascas de soja utilizadas neste estudo, determinou-se que estas eram compostas majoritariamente por celulose (39,11 %), hemicelulose (27,22 %) e lignina (14,73 %). Dentre os metais analisados, aqueles com maior concentração foram alumínio (502,01 mgkg-1), zinco (42,20 mgkg-1) e manganês (40,12 mgkg-1). Para determinar as melhores condições de hidrólise das cascas visando maior liberação de carboidratos fermentáveis, foram feitos testes avaliando a influência da granulometria das cascas (sem moer ou moídas com granulometria média 1 mm), pressão e temperatura na autoclave (0,5 atm e 111 °C, 1,1 atm e 122 °C, 1,5 atm e 127 °C) e concentração de H2SO4 (1,2 mmolg-1, 1,5 mmolg-1 e 1,8 mmolg-1) fixando-se a razão sólidolíquido em 1:8,8 e o tempo total de reação em 60 min. As melhores condições determinadas para a hidrólise foram: 1,1 atm, 122 °C, H2SO4 1,8 mmol g-1 e cascas com granulometria 1 mm. Nestas condições foram produzidos 18,10 gL-1 de açúcares redutores. Nos testes preliminares usando o hidrolisado obtido a partir das melhores condições estudadas, foram produzidos 9,11 ± 0,01 gL-1 de biomassa composta por 5,30 ± 0,68 % de lipídios, alcançando assim 0,48 ± 0,06 gL-1 de lipídios totais após 240 h de cultivo. Foram feitos cultivos em um meio que simulou as concentrações dos carboidratos presentes no hidrolisado de cascas de soja, onde foram produzidos 6,93 ± 0,02 gL-1 de biomassa composta por 11,49 ± 0,17 % de lipídios, alcançando assim 0,79 ± 0,01 gL-1 de lipídios totais após 240 h de cultivo. Com o objetivo de maximizar a produção de lipídios totais, foram propostos planejamentos experimentais do tipo DCC 2³ onde a razão C/N, a concentração de MgSO4 . 7 H2O e pH inicial foram os fatores estudados utilizando como fontes de carbono xilose, arabinose, glicose e o hidrolisado concentrado. Para este último, sob razão C/N 80, concentração MgSO4 7 H2O 1,5 gL-1 e pH inicial 3,5 foram obtidos os melhores resultados: 7,26 gL-1 de biomassa composta por 19,41 % de lipídios, produzindo assim 1,41 gL-1 de lipídios totais após 240 h de cultivo. Estes valores representaram um aumento de 66 % em relação aos primeiros testes com o hidrolisado e 44 % em relação à mistura que simulou a concentração dos carboidratos no hidrolisado. Foram avaliadas ainda diferentes estratégias de cultivo buscando aumentar a produção de lipídios, sendo a batelada alimentada com hidrolisado (20 gL-1 ) e glicose (10 gL-1 alimentada após 72 h de cultivo) a estratégia com melhores resultados, onde foram produzidos 11,92 ± 0,02 gL-1 de biomassa composta por 29,28 ± 0,13 % de lipídios, alcançando assim 3,49 ± 0,01 gL-1 de lipídios totais após 144 h de cultivo. Os lipídios produzidos nesta estratégia foram caracterizados por RMN ¹H e CG/MS, onde determinou-se majoritária composição por ácido oleico (66,92 %) e palmítico (24,62 %), dentre outros em menores frações. Esses resultados mostraram potencialidade no uso do hidrolisado de cascas de soja como fonte de carbono e nutrientes para a biossíntese de lipídios por R. mucilaginosa CCT 7688.