Produção de ácido gama-poliglutâmico em cultivo submerso em biorreator airlift a partir de bactérias do gênero Bacillus

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Kaspary, Rosane Maria
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Biopolímeros; y-PGA; Biorreatores; Fermentação; Microorganismos; Biopolymers; Bioreactors; Fermentation; Microorganisms
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/11449/217966

A biotecnologia está numa posição privilegiada para substituir materiais poluentes e processos químicos por alternativas mais sustentáveis, como por exemplo, o ácido gama-poliglutâmico (y-PGA), um biopolímero de aplicações multifuncionais, que pode ser obtido a partir de materiais considerados subprodutos da indústria, como o farelo de soja, cascas de arroz, glicerol, entre outros compostos ricos em carbono e nitrogênio. Dessa forma, a produção de y-PGA pode ser uma importante aliada das questões ambientais, principalmente para o tratamento de água potável, considerando que não apresenta toxicidade ao ser humano e ao ambiente. Esse biopolímero é um composto natural, solúvel em água e comestível, podendo ser utilizado em diversos tratamentos medicinais incluindo o tratamento de câncer e regeneração de tecidos. É produzido a partir de processos fermentativos por microrganismos do gênero Bacillus, seja por cultivo submerso, semissólido ou em estado sólido. No entanto, para que esse produto seja utilizado em formulações comerciais, é fundamental o melhoramento dos processos de produção bem como de purificação. Apesar da possibilidade de utilizar subprodutos da indústria, o elevado custo da produção de y-PGA ainda restringe sua utilização, principalmente no tratamento de água potável, considerando os métodos tradicionais de tratamento de água utilizados atualmente. Assim, este projeto voltou-se para estudar a aplicação de um biorreator não convencional do tipo airlift e do modo de operação contínua para produção de PGA, avaliando as grandezas de transformação (velocidade específica de crescimento, conversão de substrato em biomassa e produtividade) para duas espécies de Bacillus, B. licheniformis e B. subtilis, com diferentes condições nutricionais. A cinética de crescimento dos bacilos foi estudada em fermentação em batelada com o objetivo de verificar o tempo de conversão dos substratos em biomassa, além de verificar o comportamento geral dos microrganismos. Nos experimentos realizados pode-se observar um tempo de duplicação menor para B. licheniformis. Das fontes de nitrogênio inorgânico utilizadas nesse estudo para obtenção de y-PGA, o composto com melhor aproveitamento no processo foi o sulfato de amônio, que é mais barato tanto em relação a outras fontes inorgânicas como também fontes orgânicas de nitrogênio. Nos experimentos conduzidos para analisar as diferentes fontes de carbono para a produção de γ PGA observou-se em especial a importância em disponibilizar os nutrientes essenciais para produção do biopolímero, os meios suplementados com glicerol apresentaram melhores resultados (P= 1,033 g.L-1.h-1 e YP/S= 0,266 gP.g.subs-1), porém quando em concentrações inferiores à 40 g L-1. A glicose como fonte de carbono também foi importante na produção de γ-PGA, no entanto, observou-se produção de γ-PGA em meio sem glicose, enquanto houve baixa produção quando uma concentração de glicose superior a 15 g L -1 foi adicionada ao meio de cultivo. A adição de 0,3% de n-heptano no início das fermentações como vetor para aumentar a solubilidade de oxigênio no meio de cultivo, foi favorável para o crescimento da biomassa, principalmente para o B. licheniformis, houve aumento também na produção de γ-PGA em comparação aos experimentos sem a adição do solvente orgânico. Os resultados permitiram definir uma composição apropriada para o meio de cultivo, bem como das condições de processo, de modo a obter um rendimento e produtividade maior, com menor custo de operação, considerando ainda a menor geração de resíduos. O rendimento na produção de y-PGA foi ainda melhor no biorreator airlift com alimentação contínua dos nutrientes, utilizando baixas concentrações de carbono e nitrogênio. Dessa forma, a produtividade nessas condições foi de 2,31 g L -1 h -1 com um rendimento de 0,678 (g de biopolímero/g de substrato de carbono), além de baixa produção de resíduos, atendendo com isso os conceitos de sustentabilidade, onde é possível com base em processos biotecnológicos, a obtenção de um produto com alto valor agregado a partir de subprodutos, em processo com custo reduzido e baixo impacto ambiental.