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Tipo: Dissertação
Título: Produção, caracterização e aplicação em biorremediação de bioemulsificante de Acinetobacter venetianus isolada de amostras de petróleo
Autor(es): D’Almeida, Alan Portal
Orientador: Rocha, Maria Valderez Ponte
Coorientador: Albuquerque, Tiago Lima de
Palavras-chave em português: Agente de superfície-ativa;Biorremediação;Degradação de hidrocarbonetos;Dispersante polimérico;Ecotoxicidade;Petróleo - armazenamento;Desastre ambiental
Data do documento: 2023
Citação: D'ALMEIDA, A.P. Produção, caracterização e aplicação em biorremediação de bioemulsificante de Acinetobacter venetianus isolada de amostras de petróleo. 2023. 190f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
Resumo: A aplicação de dispersantes biológicos tem se destacado na remediação de derramamentos de petróleo, pela sua menor ecotoxicidade e maior biodegradabilidade em relação aos surfactantes sintéticos, tradicionalmente aplicados. Entretanto, tais biomoléculas têm sido pouco utilizadas industrialmente devido aos baixos rendimentos, à ineficiência de alguns métodos de separação e à escassez de estudos com aplicação em biorremediação. Neste contexto, essa pesquisa busca produzir, pré-purificar, caracterizar e aplicar um bioemulsificante de Acinetobacter venetianus, bactéria isolada de óleo oriundo de um desastre ambiental que atingiu praias do Nordeste brasileiro em 2019. Para otimização do meio de produção, foram variadas as condições de temperatura (25-40 ºC), pH (4-10) e concentração de NaCl (0-35 g L-1) no meio de cultura. Também foram avaliados três métodos de precipitação: ácida (em pH 2,0, usando HCl 12 mol L-1), por etanol absoluto (razão 2:1) e por sulfato de amônio (50% m/v). Em seguida a biomolécula foi pré-purificada por método ethanol-salting out, hot phenol (90% v/v) e extração com éter. A biomolécula pré-purificada foi caracterizada quanto a sua estrutura molecular por espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR), espectrometria de massa (MALDI-TOF/TOF) e ressonância magnética nuclear (1H RMN). Em seguida, a estabilidade do bioemulsificante bruto foi estudada quanto à presença de NaCl (0 a 50 g L-1), ao pH (2 a 10) e a altas temperaturas (60 a 120 ºC, por até 120 minutos). Também, estudou-se as características ecotoxicológicas da biomolécula, mensurando-se o índice de germinação em Ocimum basilicum e Brassica oleracea e a concentração letal (CL50) em Artemia salina. O potencial biorremediador do emulsificante foi avaliado a partir da descontaminação de óleo in vitro, na superfície, e na limpeza de areia e rochas. As condições ótimas de produção de bioemulsificante bruto foram a 30 ºC, em meio a pH 7 e suplementado com 3 g L-1 de NaCl, apresentando concentração 3,3 g L-1 de bioproduto. A precipitação por etanol, a mais promissora, aumentou o índice de emulsificação de 53% (meio livre de células) para 58%, reduzindo a tensão superficial em 44,4% (40 mN m 1). A pré-purificação pelo método etanol-salting out mostrou-se eficiente para a separação do produto, atingindo concentração micelar crítica de 50 mg L-1, e análises moleculares indicaram a produção de um bioemulsificante semelhante ao emulsan, com massa das unidades monoméricas de 1099 Da. O biossurfactante bruto apresentou alta estabilidade à salinidade (até 50 g L-1), variações de pH (4-8) e de temperatura (até 120 ºC por 120 min), também apresentando baixa ecotoxicidade para espécies vegetais (IG% > 80%, a concentração de 3000 mg L-1) e microcrustáceos (CL50 de 5750 mg L-1). O bioproduto foi capaz de dispersar até 12% da massa de óleo em meio marinho in vitro, principalmente hidrocarbonetos de cadeia de C22-C33, dispersando óleo à uma área de 50 cm² sobre a superfície da água do mar em uma área total de 315 cm2, removendo cerca de 25% da massa de óleo contaminante em areia e reduzindo consideravelmente as manchas de óleo adsorvidas em rochas. Também se avaliou o potencial da cepa para a produção de bioemulsificantes utilizando óleo diesel, hexadecano, querosene e petróleo como fontes de carbono, obtendo-se maior atividade emulsificante com querosene (EI24%: 58%). Também foi estudada a suplementação do meio com fontes de carbono hidrofílicas para aumentar a produção de bioemulsificante, na qual a glicose adicionada ao meio contendo querosene aumentou a concentração de bioemulsificante para 7,5 g L-1. Assim, foi produzido um bioproduto de alto potencial biorremediador, apresentando características promissoras para aplicação em diversos setores industriais.
Abstract: The application of biological dispersants has been notorious in remediations of oil spills, due to their lower ecotoxicity and greater biodegradability compared to synthetic surfactants, traditionally applied. However, such biomolecules have not been much used industrially due to low yields, the inefficiency of some separation methods and the scarcity of studies of application in bioremediation. In this context, this research seeks to produce, pre-purify, characterize and apply a bioemulsifier of Acinetobacter venetianus, a bacteria isolated from oil of an environmental disaster that hit beaches in the Brazilian Northeast in 2019. To optimize production conditions, the temperature (25-40 ºC), pH (4-10) and NaCl concentration (0-35 g L-1) in the culture medium were varied. Three precipitation methods were also applied: by acid (at pH 2.0, using 12 mol L-1 HCl), by absolute ethanol (2:1 ratio) and by ammonium sulfate (50% m/v). Then the biomolecule was pre-purified by ethanol-salting out method, hot phenol (90% v/v) and extraction with ether. The pre-purified biomolecule was characterized according to its molecular structure by Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), mass spectrometry (MALDI-TOF/TOF) and nuclear magnetic resonance (1H NMR). Then, the stability of the crude bioemulsifier was evaluated regarding the presence of NaCl (0 to 50 g L-1), pH (2 to 10) and high temperatures (60 to 120 ºC, for up to 120 minutes). Also, the ecotoxicological characteristics of the biomolecule were studied, measuring the germination index in Ocimum basilicum and Brassica oleracea and the lethal concentration (LC50) in Artemia salina. The bioremediation potential of the emulsifier was evaluated from the decontamination of oil in vitro, on the surface of sea water, and cleaning of sand and rocks. The optimal conditions for the production of crude bioemulsifier were at 30 ºC, in pH 7 medium and supplemented with 3 g L-1 of NaCl, presenting a concentration of 3.3 g L-1 of bioproduct. The ethanol precipitation, the most promising one, increased the emulsification index from 53% (cell-free medium) to 58%, reducing surface tension by 44.4% (40 mN m-1). The pre-purification by the ethanol-salting out method proved to be efficient for the separation of the bioproduct, presenting a critical micellar concentration of 50 mg L-1, and molecular analyzes indicated the production of a bioemulsifier similar to emulsan, with mass of monomeric units of 1099 Da. The crude biosurfactant showed high stability to salinity (up to 50 g L-1), pH (4-8) and temperature variations (up to 120 ºC for 120 min), also presenting low ecotoxicity for plant species (GI% > 80%, at 3000 mg L-1) and microcrustaceans (LC50 of 5750 mg L-1). The bioproduct was able to disperse up to 12% of the oil mass in the marine environment in vitro, mainly C22-C33 hydrocarbons chains, dispersing oil to an area of 50 cm² on the surface of sea water in a total area of 315 cm², removing about 25% of the contaminating oil mass in sand and considerably reducing oil stains adsorbed on rocks. The potential of the strain for the production of bioemulsifiers using diesel oil, hexadecane, kerosene and petroleum as carbon sources was also evaluated, obtaining greater emulsifying activity with kerosene (EI24%: 58%). Supplementation of the medium with hydrophilic carbon sources to increase bioemulsifier production was also studied, in which glucose added to the medium containing kerosene increased the bioemulsifier concentration to 7.5 g L-1. Thus, a bioproduct with high bioremediation potential was produced, presenting promising characteristics for application in several industrial sectors.
Descrição: D'Almeida, A.P. Produção, caracterização e aplicação em biorremediação de bioemulsificante de Acinetobacter venetianus isolada de amostras de petróleo. 2023. 190f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/74817
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/2091593446198791
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/0639546287060338
Currículo Lattes do Coorientador: http://lattes.cnpq.br/1618094924044165
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
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