Avaliação da composição do meio de produção de ramnolipídios de Pseudomonas aeruginosa

Abstract

A 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 %.

The reaction of transesterification of vegetal oils has the biodiesel as main product. However, glycerol, the by-product of this reaction, can become an important feedstock with the increase in the production of this biofuel. Studies show that glycerol can be used as substrate in fermentatiion processes with microorganisms able to use it as carbon source. The bacteria Pseudomonas aeruginosa demonstrates capability of assimilation of glycerol for production of biosurfactants, which are molecules produced by microorganisms which reduce the surface tension. The most important advantage of biosurfactants is their ecological acceptance: they are biodegradable and can be produced from renewable substrates. Most work on biosurfactants applications has been focusing on bioremediation of pollutants however these microbial compounds exhibit a variety of useful properties for several applications in agriculture, cosmetics, pharmaceuticals, detergents, food processing and others. Most microbial surfactants are complex molecules, comprising a wide variety of chemical structures, such as glycolipids, lipopeptides and lipoprotein, polymeric biosurfactants, phospholipids, neutral lipids and fatty acids. Among glycolipid-type biosurfactants, rhamnolipids produced by Pseudomonas aeruginosa have been widely studied. The main objective of this work was to evaluate the culture medium for rhamnolipid production from Pseudomanas aeruginosa LBM10 by submerged fermentation using experimental design and surface response methodology. The strain, isolated from fish samples captured in a southern coastal zone in Brazil, was used to produce rhamnolipids using mineral media with glycerol as the only carbon source. A rotatable central composite design was used to establish the best medium composition. The parameters were: glycerol concentration (13.2 to 46.8 g/L), C/N ratio (12.8 to 147.2) and C/P ratio (12.8 to 147.2), and the responses were: rhamnolipid concentration, expressed as rhamnose (g/L), emulsification index (IE24, %), surface tension reduction (%) and yield factors YP/S, YX/S and YP/X. The fermentation assays were carried out in a rotary shaker at 30ºC and 180 rpm by 144 h. According to validation of the empirical models and response surfaces analysis, the condition that allows to get greater production of rhamnolipids (2.25 g/L) associate to high emulsification index (65 %) is that uses glycerol concentration of 13.2 g/L, C/N ratio of 12.8 and C/P ratio of 40, showing YP/S of 0.26 g/g and surface tension reduction of 38.33 %.