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Título: Otimização e avaliação multivariada na obtenção, purificação e caracterização de biossurfactante obtido por bioreação do Bacillus subtilis ATCC 9372 utilizando melaço de cana-de-açúcar
Título(s) alternativo(s): Optimization and multivariate evaluation in obtaining, purification and characterization of biosurfactants obtained by bioreaction of Bacillus subtilis ATCC 9372 using molasses cane sugar
Autor(es): Maroldi, Wédisley Volpato
Orientador(es): Valderrama, Patrícia
Palavras-chave: Hidrólise
Alimentos - Biotecnologia
Biomassa
Hydrolysis
Food - Biotechnology
Biomass
Data do documento: 5-Fev-2018
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Campo Mourao
Medianeira
Citação: MAROLDI, Wédisley Volpato. Otimização e avaliação multivariada na obtenção, purificação e caracterização de biossurfactante obtido por bioreação do Bacillus subtilis ATCC 9372 utilizando melaço de cana-de-açúcar. 2018. 74 f. Dissertação (Mestrado em Tecnologia de Alimentos) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Medianeira, 2018.
Resumo: Ao longo dos anos e de inúmeras pesquisas na área biotecnológica os biossurfactantes começaram a ser sintetizados por uma gama de microrganismos que, atuando sobre uma fonte de carbono, e auxiliado por uma fonte de nitrogênio e minerais, produzem compostos com características superiores quando comparados aos surfactantes. O uso destes tem sido ampliado, porém o custo produtivo dos biossurfactantes ainda é alto quando comparado aos surfactantes sintéticos. Nesse sentido, pesquisas que contribuam para a melhoria do bioprocesso de produção dos biosurfactantes se fazem necessárias. Neste trabalho, as ferramentas quimiométricas de planejamento experimental multivariado foram de fundamental importância para acelerar e otimizar as condições experimentais. O planejamento Doehlert auxiliou na otimização do tipo do ácido e suas melhores condições experimentais para a hidrólise do melaço de cana-de-açúcar. Os resultados apontaram que o ácido sulfúrico 10% com um tempo de reação de 60 minutos proporciona um aumento na concentração de açúcares redutores. A etapa de clarificação do melaço hidrolisado (MH) foi otimizada através de planejamento fatorial 22. Os clareamentos utilizando subacetato de chumbo e ultrafiltração foram considerados na etapa de produção do biosurfactante. Ao longo do bioprocesso observou-se a formação crescente do biosurfactante e uma redução na quantidade de açúcares redutores disponíveis. Uma avaliação estatística mostrou diferença significativa no início do bioprocesso realizado a partir do MH clarificado com subacetato de chumbo e a partir do MH clarificado por ultrafiltração. Entretanto, a diferença não é estatisticamente significativa, no nível de 99%, ao final da bioreação. A PCA, aplicada com a fusão dos dados de espectroscopia NIR e resultados laboratoriais para biomassa, produto, proteína e açúcar redutor, ao longo da bioreação, permitiu explorar de forma mais objetiva o bioprocesso. Foi possível inferir sobre a formação de biosurfactante até o tempo de 108 horas de bioreação quando ocorre uma estabilização no bioprocesso. Além disso, até o tempo de 60 horas de bioreação as variáveis que apresentam maior influência no bioprocesso são o açúcar redutor e as absorções na região do NIR correspondente ao segundo overtone das ligações CH, CH2, CH3 e ArOH entre 1200 – 1400 nm e, ao primeiro overtone da ligação ArCH em torno de 1600 nm. Após 72 horas de bioprocesso as variáveis que mais influenciam a bioreação são a biomassa e o produto. Tais variáveis estão correlacionadas com as regiões do NIR entre 900 -1100 nm (absorção do terceiro overtone das ligações CH, CH2, CH3, ArOH, ROH, H2O, RNH2 e ArCH) e 1400 -1500 nm (absorções do segundo overtone das ligações CH, CH2, CH3, CONHR, ArOH, ROH, H2O, RNH2 e CONH2). O borbulhamento realizado em 3 etapas aumentou a concentração de produto e apresentou diferença estatística significativa, no nível de 95%, no teste de Tukey.
Abstract: Over the years and numerous researches in the biotechnology area biosurfactants began to be synthesized by a range of microorganisms that, acting on a carbon source, and aided by a source of nitrogen and minerals, produce compounds with superior characteristics when compared to synthetic surfactants. Its uses have been expanded, but the production cost of biosurfactants is still high when compared to synthetic surfactants. In this sense, research that contributes to the improvement of bioprocess production of biosurfactants is necessary. In this work, the chemometric tools of multivariate experimental design were of fundamental importance to optimize the experimental conditions. The Doehlert experimental design contributed in the optimization of the acid type and its experimental conditions for the hydrolysis of sugarcane molasses. The results indicated that 10% sulfuric acid with a reaction time of 60 minutes provides an increase in the concentration of reducing sugars. The clarification step of hydrolyzed molasses (MH) was optimized through factorial design 22. Clarification using lead subacetate and ultrafiltration were considered in the biosurfactant production stage. Throughout the bioprocess the growing formation of the biosurfactant and a reduction in the amount of reducing sugars were observed. A statistical evaluation showed a significant difference at the beginning of the bioprocess made from MH clarified with lead subacetate and from MH clarified by ultrafiltration. However, the difference is not statistically significant, at the 99% level, at the end of the bioreaction. PCA, applied to data fusion of NIR spectroscopy and laboratory results for biomass, product, protein and reducing sugar, allowed to explore the bioprocess in a more objective way. It was possible to infer about the formation of biosurfactant until the time of 108 hours of bioreaction when a stabilization occurs in the bioprocess. Moreover, until 60 hours of bioreaction, the variables that have the significant influence on the bioprocess are the reducing sugar and absorptions in the NIR region corresponding to the second overtone of the CH, CH2, CH3, and ArOH between 1200-1400 nm, and to the first overtone of the ArCH around 1600 nm. After 72 hours of bioprocess, the variables that most influence bioreaction are biomass and the product. These variables are correlated with NIR regions between 900-1100 nm (absorption of the third overtone of CH, CH2, CH3, ArOH, ROH, H2O, RNH2 and ArCH) and 1400-1500 nm (absorptions of the second overtone of CH bonds CH2, CH3, CONHR, ArOH, ROH, H2O, RNH2 and CONH2). The bubbling performed in 3 steps increased the product concentration and presented a statistically significant difference, at the 95% level, in the Tukey test.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3241
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