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Tipo: Dissertação
Título : Produção de celulose bacteriana em meio à base de melaço de soja em cultivo estático
Autor : Chagas, Bruna Santana das
Tutor: Rosa, Morsyleide de Freitas
Co-asesor: Borges, Maria de Fátima
Palabras clave : Engenharia química;Hidrólise;Etanol;Biopolímeros;Biopolymer;Komagataeibacter;Acid hydrolysis;Ethanol
Fecha de publicación : 2018
Citación : CHAGAS, Bruna Santana das. Produção de celulose bacteriana em meio à base de melaço de soja em cultivo estático. 2018. 89 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2018.
Resumen en portugués brasileño: Celulose bacteriana (CB) é um biopolímero que apresenta aplicação na área biomédica, alimentícia, cosmética, entre outras. Contudo, sua produção em grande escala é limitada por, dentre alguns motivos, o custo do processo onde o meio de cultivo é responsável por até 30% do custo total de produção. Neste contexto, o melaço de soja (MS), coproduto de baixo custo da cadeia da soja, pode ser um substrato promissor para produção de CB, pois contém em sua composição fonte de carbono e nitrogênio para o processo fermentativo. O objetivo do trabalho foi produzir celulose bacteriana por Komagataeibacter xylinus ATCC 53582 utilizando melaço de soja como meio alternativo de fermentação em cultivo estático. Para aumentar o teor de açúcares fermentáveis o MS foi hidrolisado com ácido sulfúrico. Desse modo, foram realizados ensaios variando a proporção de ácido e MS e, posteriormente, um planejamento experimental para otimizar a hidrólise dos oligossacarídeos. A partir dos resultados dos ensaios foram formulados os meios de fermentação hidrolisados MSH75 (solução aquosa com 75 g/L de MS hidrolisada com 5% (v/v) H2SO4 1M) e MSH100 (solução aquosa com 100 g/L de MS hidrolisada com 10% (v/v) H2SO4 1M) tratados termicamente a 90 °C/10 min e, posteriormente, pH ajustado para 6,0. Também foram preparadas soluções controles nas quais não foram adicionadas ácido, denominadas MS75 e MS100, soluções aquosas com 75 g/L e 100 g/L de MS, respectivamente. Para fermentação os meios à base de MS e HS (meio de referência) com (1,0; 1,5 e 2,0% v/v) e sem adição de etanol foram inoculados com 10% (v/v) de cultura de K. xylinus e incubados a 30 ºC/10 dias. Os meios à base de MS hidrolisados apresentaram maior produção de CB que os meios não hidrolisados devido à maior concentração de açúcares fermentáveis presentes no meio de cultivo. Contudo, a produção do biopolímero nos meios MSH75 e MSH100 foi inferior à do meio de referência HS, indicando necessidade de suplementação para aumentar a produção. A suplementação com etanol pode elevar a produção de CB, pois a bactéria oxida etanol a ácido acético que por meio do ciclo de Krebs sintetiza ATP influenciando na via metabólica para produção do biopolímero. A melhor produção do biopolímero foi observada no meio MSH75 suplementado com 2,0% (v/v) de etanol (MSH75+), apresentando uma produção de CB (aproximadamente 7 g/L) similar à do meio HS. A CB obtida do meio MSH75+ foi caracterizada e apresentou composição química padrão de CB, início de decomposição térmica em torno de 312 ºC, índice de cristalinidade de 80%, morfologia das nanofibrilas com característica típicas de CB e boas propriedades mecânicas. Os resultados encontrados foram similares à celulose produzida em meio HS indicando que a composição dos meios de MS não afetou, de maneira expressiva, as propriedades do biopolímero. Além disso, o meio MSH75+ apresentou, em escala laboratorial, menor custo em sua elaboração (76%) quando comparado com meio HS. Portanto, o meio à base de melaço de soja hidrolisado e suplementado com etanol apresenta potencial como meio de fermentação para síntese de CB.
Abstract: Bacterial cellulose ( BC ) is a biopolymer that presents applications in the biomedical area , food, cosmetic, among others. However, its large - scale production is limited by, among some reasons, the cost of the process where the medium is responsible for up to 30% of the total cost of production. In t his c ontext, the soybean molasses (SM ), a co - product of low cost soybean, may be a promising substrate for the production of BC bec ause it contains carbon and nitrogen sources for the fermentation process . The objective of the work was to produce bacterial cellulose by Komagataeibacter xylinus ATCC 53582 in static culture, using soybean molasses as an alternative fermentation medium. To increase the content fer mentable sugar , the S M was hydrolyzed with sulfuric acid. Thus, assays were performed varying the acid and SM ratio and, later, an experimental design to optimize the hydrolysis of the oligosaccharides. From the results of the tests the hydrolysed fermenta tion media were formulated HSM75 (75 g/L aqueous solution of SM hydrolyzed with 5% (v/v) H 2 SO 4 1M) and HSM100 (100 g/L aqueous solution of SM hydrolyzed with 10% (v/v) H 2 SO 4 1M) heat - treated at 90 °C/ 10 min and , thereafter, pH adjusted to 6 , 0. Control solu tions were also prepared in which no acid was added, named MS75 and MS1 00, aqueous solutions with 75 g/L and 100 g/ L of SM , respectiv ely. For fermentation, the medium based on SM and HS (reference medium) with (1.0, 1.5 and 2.0% v / v) and without additio n of ethanol w ere inoculated with 10% (v/ v) culture of Komagataeibacter xylinus and incubated at 30 °C/ 1 0 days . Medium based on hydrolyzed SM showed higher BC pr oduction than unhydrolyzed medium due to the higher concentration of fermentable sugars present in the culture medium. However, the production of the biopolymer in HSM 75 and HSM 100 medium was lower than the reference HS medium, indicating the need for s upplementation to increase its production . Ethanol supplementation m ay increase the production of BC because the bacterium oxidizes ethanol to acetic acid, which through the Krebs cycle synthesizes ATP influencing the metabolic pathway to produce the biopolymer. The best biopolymer production was observed in the HSM 75 medium supplemented with 2,0% (v/ v ) ethanol ( HSM75 +), presenting a prod uction of CB (approximately 7 g/ L) similar to the HS medium. The BC obtained from HSM75 + medium was characterized and showed a chemical composition of BC standard, beginning thermal decomposition at around 312 ºC, cryst allinity index of 80%, morphology of the nanofibrils with typical characteristics of BC and good mechanical properties. The results found were similar to the cellulose produced in HS medium indicating that the composition of the SM medium did not significa ntly affect the properties of the biopolymer. In addition, on laboratory scale , the HSM75 + medium presented a lower cost in its elaboration (76%) when compared to HS medium. Therefore, the soybean molasses medium hydrolyzed and supplemented with ethanol ha s potential as a fermentation medium for CB synthesis
URI : http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/37670
Aparece en las colecciones: DEQ - Dissertações defendidas na UFC

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