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Title in Portuguese: Estudo da biotransformação de fenol por Candida tropicalis ATCC 750 livre e imobilizada em bagaço de caju
Title: Study of phenol biotransformation by candida tropicalis ATCC 750 free and immobilized in cashew-apple bagasse
Author: Silva, Natan Câmara Gomes e
Advisor(s): Rocha, Maria Valderez Ponte
Co-advisor(s): Pinheiro, Álvaro Daniel Teles
Keywords: Engenharia química
Candida tropicalis
Bagaço de caju
Imobilização
Issue Date: 10-Mar-2017
Citation: SILVA, N. C. G. Estudo da biotransformação de fenol por Candida tropicalis ATCC 750 livre e imobilizada em bagaço de caju. 2017. 87 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017.
Abstract in Portuguese: Tratamentos biológicos têm sido amplamente estudados por se mostrarem mais eficientes e econômicos em relação a tratamentos físicos e químicos de águas residuais contendo fenol. Contudo, a biotransformação microbiana sofre efeitos inibitórios em certas concentrações de fenol, o que representa um gargalo para uma biorremediação bem sucedida. O uso de células imobilizadas pode vir a proporcionar uma maior resistência do micro-organismo a fatores que interferem no processo. Neste contexto, estudou-se a biotransformação de fenol por uma cultura pura de Candida tropicalis ATCC 750 livre e imobilizada em bagaço de caju in natura, num reator descontínuo utilizando, a fim de se desenvolver um processo viável. O bagaço de caju foi usado por ser uma alternativa de suporte barato e abundante. A cinética de biotransformação do fenol com células imobilizadas foi comparada com a cinética utilizando células livres. As taxas de biotransformação máximas foram 16,17 mg.g-1.h-1 (99,7%) e 15,25 mg.g-1.h-1 (99,8%) para células livres e células imobilizadas, respectivamente. A biotransformação do fenol ocorreu de forma mais eficiente a 30 °C, pH 6,0, 150 rpm e concentração inicial de fenol de 1100 mg.L-1, para os estudos com células livres e imobilizadas. Estudos revelaram que 73% das células imobilizadas podem ser efetivamente retidas durante o armazenamento a 4 °C e até 30 dias podendo ser reutilizadas por mais de oito ciclos de biotransformação. Além disso, após uma adptação prévia do micro-organismo ao meio com fenol, foi possível obter resultados de biotransformação para concentrações iniciais de fenol de 1400 mg.L-1 a 2000 mg.L-1. A análise da rota metabólica mostrou que o processo de biotransformação do fenol pela levedura estudada segue pela rota de orto-clivagem do anel aromático pela enzima 1.2-dihidroxigenase levando à formação do cis, cis ácido mucônico. Para os estudos com células imobilizadas, foi realizada uma avaliação simples da transferência de massa externa, a fim de idenficar algum tipo de limitação por efeitos difusionais, constando que tais limitações ocorriam, mas em pequena intensidade. Os resultados obtidos justificam a aplicabilidade do bagaço de caju como matriz de suporte para a imobilização de C. tropicalis ATCC 750 na biotransformação de compostos fenólicos de águas residuais industriais e apresenta um processo promissor.
Abstract: Biological treatments have been widely studied for being more efficient and economical than to physical and chemical treatments of waste water containing phenol. However, microbial biotransformation undergoes inhibitory effects at higher phenol concentrations which represents a bottleneck for successful bioremediation. The use of immobilized cells guarantees a greater resistance of the microorganism to factors that interfere in the processes. In this context, a phenol biotransformation by a pure culture of Candida tropicalis ATCC 750 free and immobilized in cashew-apple bagasse was studied using a discontinuous reactor, in order to develop a viable process of biotransformation. Cashew-apple bagasse was used because it is a cheap and abundant support alternative. Degradation kinetics of phenol with immobilized cells was compared with degradation kinetics using free cells. The maximum degradation rates were 16.17 mg.g-1.h-1 (99.7%) and 15.25 mg.g-1.h-1 (99.8%) for free and immobilized cells, respectively. The best conditions of degradation was obtained at 30 °C, pH 6.0, 150 rpm and 1100 mg.L-1 initial phenol concentration, for studies with free and immobilized cells. 73% of the immobilized cells can be effectively retained during storage at 4 °C for up to 30 days and can be reused for more than eight cycles of biotransformation. In addition, after a previous adaptation of the microorganism to the medium with phenol, it was possible to obtain biotransformation results for concentrations of 1400-2000 mg.L-1 phenol. The analysis of the metabolic pathway showed that the degradation process of the phenol follows the path of ortho-cleavage of the aromatic ring by the enzyme 1,2-dihydroxyigenase leading to the formation of cis, cis muconic acid. For studies with immobilized cells, a simple evaluation of the external mass transfer was performed in order to identify any type of limitation by diffusion effects, consisting of such limitations occurring, but at a low intensity. The results obtained justify the applicability of cashew-apple bagasse as a support matrix for the immobilization of C. tropicalis ATCC 750 to biotransformation of phenolic compounds from industrial waste water, and is a promising process.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/24118
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