Otimização de parâmetros fermentativos industriais de Bradyrhizobium japonicum para produção de inoculante agrícola

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Candeo, Esteffany de Souza
• Orientador(a): Sydney, Eduardo Bittencourt
• Banca de defesa: Sydney, Eduardo Bittencourt , Pasqualini, Ana Paula de Azevedo , Anschau, Andreia , Karp, Susan Grace Karp
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso embargado
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná; Ponta Grossa
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Fertilizantes nitrogenados; Nitrogênio - Fixação; Rizóbio; Soja; Nitrogen fertilizers; Nitrogen - Fixation; Rhizobium; Soybean
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS
• Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/25654

O aumento da população mundial demanda por uma maior produção agrícola, por isso a expansão das práticas que auxiliam no incremento de produtividade vegetal é necessária. Nesse sentido, a aplicação de inoculantes agrícolas em commodities garante efeitos promotores de crescimento, como é o caso da fixação biológica de nitrogênio na soja (Glycine max L.) por microrganismos da espécie Bradyrhizobium japonicum. O presente estudo objetiva a otimização de parâmetros fermentativos industriais para a produção comercial de B. japonicum na indústria Fertibio do Brasil Ltda (Ponta Grossa, PR). Inicialmente, procedeu-se uma análise da rotina de trabalho empregada no processo produtivo industrial a fim de conhecer o processo e identificar possíveis pontos críticos. A partir do diagnóstico realizado, melhorias de trabalho e processo foram sugeridas e implementadas na indústria de modo a padronizar a produção comercial. Então realizou-se a otimização da concentração celular start de B. japonicum SEMIA 5079 e SEMIA 5080 em escala de laboratório (0,25 L). Foram testadas as concentrações celulares de 2,65 107, 8,15 107, 2,00 108 e 3,96 108 células mL-1 em meio de cultura Fertibio [marca registrada]. O cultivo das estirpes ocorreu em incubadora tipo shaker durante 5 dias. Os resultados de velocidade específica máxima de crescimento (µMÁX) e tempo de geração (G) obtidos foram submetidos a análise de variância (ANOVA) e teste de Tukey. A concentração celular start de 2,65 107 células mL-1 maximizou os parâmetros fermentativos avaliados. Tal condição otimizada foi validada em escala de laboratório (9 L), escala piloto (300 L) e escala industrial (1200 L) em meio de cultura Fertibio [marca registrada]. Durante o processo produtivo, obteve-se valor médio de µMÁX de 0,0450 h-1 e G 16,5132 h, acarretando crescimento celular médio de 3,3378109 células mL-1 após 74 horas de fermentação. De modo a identificar possíveis melhorias de processo relacionadas ao escalonamento dos cultivos, foram avaliados os projetos de dois biorreatores da escala piloto e industrial. O estudo da geometria dos biorreatores identificou equivalência de 75% com relação a velocidade terminal no impelidor (Vtip), 87% com relação ao coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (KLa) e 95% com relação ao tempo de mistura (Tm) dos biorreatores. Modificações no projeto dos biorreatores e nas condições de operação foram identificadas e apontadas como possibilidades de estudos futuros. Os resultados obtidos permitiram otimizar as condições de processo, a concentração celular start de B. japonicum SEMIA 5079 e SEMIA 5080 do scale-up e o estudo do projeto de biorreatores, propiciando a maximização dos parâmetros fermentativos estudados, bem como o controle do desenvolvimento da fermentação. Além disso, o estudo resultou em ganhos qualitativos significativos que promovendo economia e produtividade na indústria Fertibio do Brasil.