Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/73466
Tipo: Tese
Título: Produção biotecnológica de ácido lático a partir de bagaço de caju e sua utilização para síntese enzimática de ácido polilático
Autor(es): Marques Junior, José Edvan
Orientador: Rocha, Maria Valderez Ponte
Coorientador: Albuquerque, Tiago Lima de
Palavras-chave: Ácido lático;biopolímero;bioprocesso;bactérias ácido láticas;aproveitamento de resíduos
Data do documento: 2023
Citação: M.J., JOSÉ. Produção biotecnológica de ácido lático a partir de bagaço de caju e sua utilização para síntese enzimática de ácido polilático. 2023. 153f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Centro de tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
Resumo: As questões socioculturais e, em especial, ambientais, têm levado a busca de novos métodos de síntese de materiais alternativamente aqueles originados de combustíveis fósseis. Nesse sentido, a produção de poliácido lático (PLA), um substituto biodegradável do plástico, pode-se tornar viável a partir de uma rota biotecnológica limpa utilizando resíduos agroindustriais. Para tanto, propõe-se uma estratégia para o aproveitamento do bagaço de caju (BC) como matéria-prima para produção de ácido lático (AL) pelas bactérias Lactobacillus plantarum LAB07, isolada do queijo, e L. plantarum LAB14, isolada do molho de pimenta. Depois da produção de AL, o mesmo é utilizado para síntese do PLA. O aproveitamento do BC representa um fator relevante no desenvolvimento de processos sustentáveis, devido a quantidade de resíduo que é rejeitada pela agroindústria e pelo seu potencial uso em processos de biorrefinaria, devido ao fato de a celulose, hemicelulose e lignina, principais frações que o compõem, serem utilizadas para síntese de uma ampla gama de bioprodutos. Inicialmente foi realizado um tratamento com ácido sulfúrico diluído para obter o hidrolisado do bagaço de caju (HBC) com carboidratos fermentescíveis. Depois foram avaliados diversos parâmetros durante os bioprocessos de produção de AL, como tempo de inóculo (16, 20 e 24 horas), temperatura (25, 30, 37 e 45 °C), rotação (100, 150 e 200 rpm) e a suplementação do HBC com fonte de nitrogênio (extrato de levedura, sulfato de amônio e ureia). O HBC apresentou 39,9 g/L de glicose e 28,0 g/L de xilose e foi utilizado para determinar as melhores condições do bioprocesso de produção de AL em agitador orbital, seguida do estudo em biorreator com o controle do pH. Os resultados apontaram que a condição mais favorável para a produção de AL ocorreu usando uma cultura no início da fase estacionária, obtidas com tempo de inóculo de 24 h (LAB07) e 20 h (LAB14), e o processo conduzido a 30 °C e 100 rpm, adicionando-se ureia como fonte de nitrogênio e controlando-se o pH com a adição de NaOH 5 mol/L, produzindo 31,6 g/L e 29,58 g/L de AL levogiro (L) com as cepas LAB07 e LAB14, respectivamente. A utilização do BC como fonte de carbono e ureia como fonte de nitrogênio na produção de AL ocasionou uma redução de 90% dos custos se comparado com o meio MRS, meio formulado geralmente utilizado. Após isso, foram avaliados diferentes solventes para extração do AL (1-butanol, clorofórmio, hexano, octanol e tolueno) e observou-se que o melhor resultado foi obtido ao utilizar-se 1–butanol, resultando uma recuperação de 72,1%. Em seguida, realizou-se a polimerização do AL utilizando a enzima lipase B de Candida antarctica (CALB) como catalisador e por análise de Ressonância Magnética Nuclear (RMN), confirmou-se a síntese do biopolímero PLA. Então, concluiu-se que foi possível realizar a produção de AL utilizando o HBC, um subproduto agroindustrial, e produzir PLA a partir de uma rota enzimática, sendo uma alternativa viável e sustentável para obtenção de um polímero biodegradável com diversas aplicações industriais.
Abstract: Sociocultural and, in particular, environmental issues have led to the search for new methods of synthesizing materials alternatively to those originating from fossil fuels. In this sense, the production of polylactic acid (PLA), a biodegradable substitute for plastic, can become viable from a clean biotechnological route using agro-industrial waste. Therefore, a strategy is proposed for the use of cashew apple bagasse (CAB) as a raw material for the production of lactic acid (LA) by the bacteria Lactobacillus plantarum LAB07, isolated from cheese, and L. plantarum LAB14, isolated from pepper sauce. After the production of AL, it is used for the synthesis of PLA. The use of CAB represents a relevant factor in the development of sustainable processes, due to the amount of waste that is rejected by the agroindustry and its potential use in biorefinery processes, due to the fact that cellulose, hemicellulose and lignin, the main fractions that compose it, to be used for the synthesis of a wide range of bioproducts. Initially, a treatment with diluted sulfuric acid was carried out to obtain the cashew apple bagasse hydrolyzate (CABH) with fermentable carbohydrates. Afterwards, several conditions were evaluated during the LA production bioprocesses, such as the growth phase of the microorganisms to be inoculated, being evaluated by the inoculum time (16, 20 and 24 hours), temperature (25, 30, 37 and 45 °C), rotation (100, 150 and 200 rpm) and CABH supplementation with nitrogen source (yeast extract, ammonium sulfate and urea). The CABH presented 39.9 g/L of glucose and 28.0 g/L of xylose and was used to determine the best fermentation parameters for LA production in an orbital shaker, after being evaluated in a bioreactor, with controlled pH. The results showed that the most favorable condition for LA production occurred using a culture at the beginning of the stationary phase obtained with an inoculum time of 24 h (LAB07) and 20 h (LAB14) and the process conducted at 30 °C and 100 rpm, adding urea as a source of nitrogen and controlling the pH with the addition of NaOH 5 mol/L, producing 31.6 g/L and 29.58 g/L of levorotatory LA (L) with strains LAB07 and LAB14, respectively. The use of CAB as a carbon source and urea as a nitrogen source in the production of AL caused a reduction of 90% compared to the MRS medium (commonly used medium). After that, different solvents for LA extraction (1-butanol, chloroform, hexane, octanol and toluene) were evaluated and it was observed that the best result was obtained when using 1-butanol, resulting in a recovery of 72.1%. Then, the polymerization of the LA was carried out using the enzyme lipase B of Candida antarctica (CALB) as catalyst and by analysis of Nuclear Magnetic Resonance (NMR), the synthesis of the biopolymer PLA was confirmed. It was concluded that it was possible to produce LA using CABH, an agroindustrial by-product, and to produce PLA from an enzymatic route, being a viable and sustainable alternative for obtaining a biodegradable polymer with several industrial applications.
Descrição: Marques Júnior, José. Produção biotecnológica de ácido lático a partir de bagaço de caju e sua utilização para síntese enzimática de ácido polilático. 2023. 153f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Centro de tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/73466
Aparece nas coleções:DEQ - Teses defendidas na UFC

Arquivos associados a este item:
Arquivo Descrição TamanhoFormato 
2023_tese_JEmarques Junior.pdf3,63 MBAdobe PDFVisualizar/Abrir


Os itens no repositório estão protegidos por copyright, com todos os direitos reservados, salvo quando é indicado o contrário.