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Título: Avaliação da produção de biofloculante por microrganismo isolado da kombucha
Título(s) alternativo(s): Assessment of bioflocculant production by a microorganism isolated from kombucha fermentation
Autor(es): Almeida, Ana Clara Ozelhieri de
Orientador(es): Arruda, Priscila Vaz de
Palavras-chave: Águas residuais - Purificação - Floculação
Leveduras
Bactérias
Sewage - Purification - Flocculation
Yeast
Bacteria
Data do documento: 15-Abr-2025
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Toledo
Citação: ALMEIDA, Ana Clara Ozelhieri de. Avaliação da produção de biofloculante por microrganismo isolado da kombucha. 2025. Dissertação (Mestrado em Tecnologias em Biociências) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Toledo, 2025.
Resumo: A floculação é um processo de desestabilização de partículas suspensas em soluções, amplamente utilizado na indústria para clarificação. Esse processo emprega floculantes, que podem ser inorgânicos, sintéticos orgânicos ou naturais. Os inorgânicos e sintéticos são eficazes e acessíveis, mas geram resíduos, exigem altas dosagens e podem ser prejudiciais à saúde e ao meio ambiente. Dessa forma, pesquisas buscam alternativas naturais, como floculantes produzidos por microrganismos. Uma fonte promissora de prospecção de microrganismos é a Kombucha que contém uma variedade de bactérias e leveduras. Neste estudo, isolou-se microrganismos da Kombucha e avaliou-se sua capacidade de produção de biofloculantes utilizando suspensão de kaolin para o teste de atividade floculante. Após a seleção dos melhores produtores realizou-se a identificação por sequenciamento genético dos isolados e teste de volume de inóculo seguido de um planejamento de experimentos avaliando o pH, a temperatura de cultivo, a agitação e o tempo de produção para otimizar as condições de cultivo. Além disso, investigou-se fontes de carbono e nitrogênio ideais para o bioprocesso. O biofloculante obtido na melhor condição de cultivo foi purificado e caracterizado quanto ao teor de açúcares e proteínas totais. Testes das condições da atividade floculante foram conduzidos para otimizar a concentração do biofloculante, tipo de cátion e pH da solução de kaolin. Os experimentos foram realizados em triplicata, com análise dos dados no software RStudio. Os resultados iniciais permitiram selecionar cinco bactérias e três leveduras, das quais uma bactéria e uma levedura apresentaram melhor atividade floculante. O volume de inóculo ideal foi de 3% (v/v) para a bactéria e 2% (v/v) para a levedura. Como a bactéria foi identificada como patogênica, possivelmente devido a contaminação da Kombucha cultivada em laboratório, apenas os resultados da levedura foram considerados no planejamento experimental. A melhor condição para obtenção do bioproduto foi pH 8,0, temperatura de 40°C, agitação de 60 rpm por 96 horas, com sacarose e ureia como melhores fontes de carbono e nitrogênio. A purificação e caracterização mostraram baixa eficiência, pois a proteína total (1,9%) foi inferior à literatura, e a atividade biofloculante reduziu de 77,4% para 54,3% após a purificação. Devido a isso, nos testes de otimização das condições para atividade biofloculante utilizou-se o biofloculante purificado e sem tratamento (sobrenadante do meio de cultivo) para avaliar suas diferenças. A melhor dosagem do biofloculante purificado para realização do teste de atividade biofloculante foi com 0,4 mg/mL, quanto ao tipo de cátion não houve diferença significativa entre cloreto de bário, cálcio e alumínio sendo a melhor atividade em pH 12,0 (75,6%). De maneira similar, para o biofloculante sem tratamento obteve-se a melhor condição com tipo de cátion cloreto de cálcio e pH 12,0 (86,9%). Os resultados demonstram que a levedura Cutaneotrichosporon debeurmannianum apresentou potencial para produção de biofloculantes, obtendo atividade significativa em pH alcalino. No entanto, a purificação e caracterização do biofloculante devem ser aprimoradas para garantir maior eficiência. Sugere-se em estudos futuros comparar esse biofloculante a outros floculantes naturais e testar sua aplicação em diferentes soluções além do kaolin, visando viabilidade comercial.
Abstract: Flocculation is a process that destabilizes suspended particles in solutions and is widely employed in industry for clarification purposes. This process uses flocculants, which may be inorganic, synthetic organic, or natural. Inorganic and synthetic flocculants are effective and low-cost; however, they generate waste, require high dosages, and may pose risks to human health and the environment. As a result, research has increasingly focused on natural alternatives, such as flocculants produced by microorganisms. A promising source for the bioprospecting of such microorganisms is Kombucha, which contains a diverse array of bacteria and yeasts. In this study, microorganisms were isolated from Kombucha and assessed for their ability to produce bioflocculants using a kaolin suspension for flocculating activity tests. Following the selection of the most promising producers, the isolates were genetically identified through sequencing. Inoculum volume testing was then conducted, followed by an experimental design to optimize cultivation conditions by evaluating pH, temperature, agitation, and production time. Additionally, ideal carbon and nitrogen sources for the bioprocess were investigated. The bioflocculant obtained under optimal cultivation conditions was purified and characterized in terms of total sugar and protein content. Flocculating activity tests were conducted to optimize bioflocculant concentration, cation type, and the pH of the kaolin solution. All experiments were performed in triplicate, and data analysis was conducted using RStudio. Initial results led to the selection of five bacterial and three yeast isolates, among which one bacterium and one yeast exhibited superior flocculating activity. The optimal inoculum volume was 3% (v/v) for the bacterium and 2% (v/v) for the yeast. Since the bacterium was identified as pathogenic, likely due to contamination of the laboratory-cultivated Kombucha, only the results of the yeast isolate were considered in the experimental design. The optimal conditions for bioproduct yield were pH 8.0, temperature of 40°C, agitation at 60 rpm for 96 hours, using sucrose and urea as the best carbon and nitrogen sources, respectively. Purification and characterization results indicated low efficiency, as the total protein content (1.9%) was lower than reported in the literature, and flocculating activity decreased from 77.4% to 54.3% following purification. Due to this, both the purified bioflocculant and the untreated form (supernatant of the culture medium) were used in optimization tests to assess differences in flocculating activity. The best dosage of purified bioflocculant was 0.4 mg/mL. Regarding cation type, no significant difference was observed among barium, calcium, and aluminum chlorides, with the highest activity at pH 12.0 (75.6%). Similarly, for the untreated bioflocculant, the best condition was achieved with calcium chloride and pH 12.0 (86.9%). The results demonstrate that the yeast Cutaneotrichosporon debeurmannianum shows potential for bioflocculant production, achieving significant activity under alkaline conditions. However, the purification and characterization processes must be improved to ensure greater efficiency. Future studies are recommended to compare this bioflocculant with other natural flocculants and to evaluate its application in solutions beyond kaolin, aiming toward commercial viability.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/37057
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