Screening of bacteria with potential to produce added-value bioproducts from agro-industrial waste

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Main Author: Pinto, Joaquim Filipe Pereira
Publication Date: 2024
Format: Master thesis
Language: eng
Source: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
Download full: https://hdl.handle.net/10316/117908
Summary: Dissertação de Mestrado em Bioquímica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
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spelling Screening of bacteria with potential to produce added-value bioproducts from agro-industrial wasteSeleção de bactérias com potencial para produzir bioprodutos de valor acrescentado a partir de resíduos agroindustriais.Olive mill wastewater (OMWW)Circular economySerratia strainsBiopigmentsBioemulsifiersÁgua-ruça (OMWW)Economia circularEstirpes SerratiaBiopigmentosBiossurfactantesDissertação de Mestrado em Bioquímica apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaOlive oil production is a strategic component of the agro-industrial sector in the Mediterranean basin, but it is responsible for generating one of the most problematic wastes: olive mill wastewater (OMWW). Every year, over 30 million m3 of OMWW are produced, causing significant environmental impacts. OMWW is characterized by low biodegradability, elevated chemical oxygen demand (COD) and biochemical oxygen demand (BOD), high concentrations of reduced sugars and phenols.However, OMWW contains more than 50 phenolic compounds with significant economic value and interesting biological activities. An innovative solution to this problem is integrating and using OMWW as feedstock in various industries, such as energy, biofuels, and other biochemical industries. Exploring the biochemical potential, mainly using microorganisms to produce added-value products such as enzymes, pigments and biosurfactants, remains one of the most promising biotechnological alternatives to valorize OMWW. In this study, the most promising Serratia strains from the University of Coimbra Bacteria Culture Collection (UCCCB) were screened and selected for their ability to produce biosurfactants and pigments. The selected strains were capable of producing biosurfactants with an emulsification index (E24, %) of 56.66 ± 0.01% (similar to synthetic surfactant), prodigiosin at a yield of 0.291 ± 0.004 g/L, and pyrrolnitrin and violacein at yield of 0.026 g/L. All these biopigments exhibit strong antioxidant activity. Afterwards, the growth, pigment, and biosurfactant production were evaluated in synthetic OMWW to simulate the real effluent, achieving a small production of prodigiosin (1.9 mg/L), pyrrolnitrin, and biosurfactants. Using real OMWW, most of the selected strains showed difficulty to grow and produce the target compounds. Regardless these constraints, it remarkable that Serratia sp. Arv.22.2.5c and Serratia sp. A88Copa13 demonstrate the ability to grow and produce biosurfactants under these conditions.This work contributes to the circular and green economy by providing insights for the olive oil industry, demonstrating the importance on valorizing this effluent, reducing water contamination, and utilizing available carbon to produce bio-products.A produção de azeite é uma componente estratégica do setor agroindustrial na bacia do Mediterrâneo, mas é responsável por gerar um dos resíduos mais problemáticos: águas ruças (OMWW). Todos os anos, são produzidos mais de 30 milhões de m³ de OMWW, causando impactos ambientais significativos. As OMWW são caracterizadas por baixa biodegradabilidade, elevada carência química de oxigénio (CQO) e carência bioquímica de oxigénio (CBO), além de altas concentrações de açúcares reduzidos e fenóis.No entanto, as OMWW contêm mais de 50 compostos fenólicos com valor económico significativo e atividades biológicas interessantes. Uma solução inovadora para este problema é integrar e utilizar as OMWW como matéria-prima em várias indústrias, tais como energia, biocombustíveis e outras indústrias bioquímicas. Explorar o potencial bioquímico, principalmente utilizando microrganismos para produzir produtos de valor acrescentado, como enzimas, pigmentos e biossurfactantes, continua a ser uma das alternativas biotecnológicas mais promissoras para valorizar as OMWW.Neste estudo, as estirpes de Serratia mais promissoras da Coleção de Culturas de Bactérias da Universidade de Coimbra (UCCCB) foram selecionadas pela sua capacidade de produzir biossurfactantes e pigmentos. As estirpes selecionadas foram capazes de produzir biossurfactantes com um índice de emulsificação (E24, %) de 56,66 ± 0,01% (semelhante ao surfactante sintético), prodigiosina com um rendimento de 0,291 ± 0,004 g/L, pirrolnitrina e violaceína com rendimento de 0,026 g/L. Todos estes biopigmentos exibiram forte atividade antioxidante.Posteriormente, o crescimento, a produção de pigmentos e biossurfactantes foram avaliados em meio sintético para simular as características do efluente real, alcançando uma pequena produção de prodigiosina (1,9 mg/L), pirrolnitrina e biossurfactantes. Utilizando OMWW reais, a maioria das estirpes selecionadas demonstrou dificuldade em crescer e produzir os compostos de interesse. Independentemente dessas limitações, é notável que Serratia sp. Arv.22.2.5c e Serratia sp. A88Copa13 demonstraram capacidade de crescer e produzir biossurfactantes nessas condições.Este trabalho contribui para a economia circular e verde, fornecendo informações para a indústria do azeite, demonstrando a importância de valorizar este efluente, reduzir a contaminação da água e utilizar o carbono disponível para produzir bioprodutos.FCTFCTFCTFCT2024-09-202026-09-20T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://hdl.handle.net/10316/117908https://hdl.handle.net/10316/117908TID:203828216engPinto, Joaquim Filipe Pereirainfo:eu-repo/semantics/embargoedAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2025-04-02T17:35:38Zoai:estudogeral.uc.pt:10316/117908Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-29T06:11:47.888911Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse
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