Ultrafiltration of surfactin produced by Bacillus subtilis LB5a using cassava wastewater with low protein content

Autor: Zanotto, Aline Wasem, 1994
Přispěvatelé: Pastore, Glaucia Maria, 1953, Andrade, Cristiano José de, 1984, Santos, Eder da Costa dos, Forte, Marcus Bruno Soares, Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia de Alimentos, Programa de Pós-Graduação em Ciência de Alimentos, UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Rok vydání: 2021
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Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instacron:UNICAMP
Popis: Orientadores: Glaucia Maria Pastore, Cristiano José de Andrade Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos Resumo: A crescente preocupação com problemas ambientais relacionada ao uso de surfactantes derivados do petróleo, não-biodegradáveis, ecotóxicos, dependentes da indústria petroquímica (fonte finita), instiga o estudo de surfactantes de origem microbiana (biossurfactantes), como a surfactina. Em relação aos custos globais para obtenção de biossurfactantes, a produção e recuperação de biossurfactante ainda são os maiores empecilhos que inviabilizam a aplicação desses compostos em larga escala. O processo de recuperação dos biossurfactantes representa aproximadamente 60% dos custos de produção, enquanto que o meio de cultura entre 30-50%. Deste modo, buscam-se alternativas para reduzir os custos de produção (meio de cultura e técnicas de purificação), a fim de tornar viável economicamente a produção de biossurfactantes em escala industrial. Neste contexto, uma das estratégias mais promissoras é o uso de resíduos agroindustriais como meio de cultura associado a sistemas filtrantes (purificação); por exemplo a manipueira (resíduo da produção de farinha de mandioca) que pode ser utilizada para a produção de surfactina e associada ao processo de ultrafiltração. Portanto, essa estratégia (manipueira + ultrafiltração) representa uma alternativa para a produção e purificação da surfactina de forma potencialmente viável e econômica. Porém, o uso da manipueira como meio de cultura dificulta o processo de ultrafiltração (incrustação e/ou polarização na membrana), principalmente devido as proteínas da própria manipueira bem como as sintetizadas inerentemente pelo micro-organismo produtor de biossurfactante. Portanto, este trabalho objetiva avaliar o efeito de diferentes tratamentos de remoção das proteínas da manipueira, bem como o efeito desses tratamentos na produção e purificação (ultrafiltração) da surfactina. Os tratamentos usados para remoção das proteínas foram: HCl pH2 e HCl pH3, (NH4)2SO4 e C2HCl3O2 (TCA). A manipueira tratada com (NH4)2SO4 e C2HCl3O2 (TCA) não possibilitou o crescimento do Bacillus subtilis LB5a e consequente produção de surfactina. Os tratamentos com HCl pH2 e pH3 apresentaram produção de 755,18 mg/L e 625,82 mg/L com 72 horas de fermentação, valores de produtividade maiores que o controle (manipueira sem tratamento) ¿ 598,56 mg/L. Considerando os resultados dos experimentos anteriores apenas o tratamento HCl pH2 foi submetido a purificação por ultrafiltração. A etapa de ultrafiltração consistiu em duas etapas com membranas de 100 e 50 kDa, respectivamente. As duas etapas de ultrafiltração proporcionaram uma recuperação superior a 72% e pureza de 51,49%. Portanto, foi possível observar que o tratamento da manipueira com HCl pH2 aumentou a produção de surfactina e foi possível recuperar e purificar utilizando a ultrafiltração diretamente o meio de cultura obtendo bons rendimentos de recuperação e pureza Abstract: The growing concern with environmental problems related to the use of non-biodegradable petroleum-based surfactants, which are ecotoxic and dependent on the petrochemical industry (finite source), instigates the study of surfactants of microbial origin (biosurfactants), as to surfactin. In relation to the global costs to obtain biosurfactants, the production and recovery of biosurfactant are still the major obstacles that prevent the application of these compounds on a large scale. The recovery process of the biosurfactants represents approximately 60% of the costs of production, while the medium of culture between 30-50%. In this way, alternatives to reduce production costs (culture medium and purification techniques) in order to make the production of biosurfactants economically feasible on industrial scale are pursued by researches and industry. In this context, one of the most promising strategies is the use of agro-industrial residues as a culture medium associated with filtering systems (purification); for example, cassava wastewater (CWW) a residue from cassava flour production, that can be used for the production of surfactin and associated with the ultrafiltration process. Therefore, this strategy (CWW + ultrafiltration) represents an alternative for the production and purification of surfactina in a potentially viable and economical way. However, the use of cassava wastewater as a culture medium hampers the process of ultrafiltration (fouling and/or polarization in the membrane), mainly due to the proteins of the cassava wastewater itself as well as those inherently synthesized by the microorganism producing biosurfactant. Therefore, this work aims to evaluate the effect of different treatments in cassava wastewater for proteins removal, as well as the effect of these treatments on the production and purification (ultrafiltration) of surfactin. The treatments used to remove the proteins were: HCl pH2 and HCl pH3, (NH4) 2SO4 and C2HCl3O2 (TCA). The CWW treated with (NH4)2SO4 and C2HCl3O2 (TCA) did not allow the growth of Bacillus subtilis LB5a and consequent production of surfactin. On the other hand, treatments with HCl pH2 and pH3 presented a 755.18 mg/L and 625.82 mg/L production with 72 hours of fermentation, higher productivity values than the control (cassava wastewater without treatment) - 598.56 mg/L. Considering the results of the previously experiments only the HCl pH2 treatment was subjected to ultrafiltration purification. The ultrafiltration step consisted of two steps with membranes of 100 and 50 kDa, respectively. The two-ultrafiltration steps provided a recovery of greater than 72% and purity of 51.49%. Therefore, it was possible to observe that the handling of the manipueira with HCl pH2 increased the surfactin production and enabled the ultrafiltration of the surfactin directly from the culture medium presenting with good yields of recovery and purity Mestrado Ciência de Alimentos Mestra em Ciência de Alimentos CAPES 001
Databáze: OpenAIRE
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