Efeitos das condições de processo na produção de exopolissacarideos por Mesorhizobium sp. a partir de permeado de soro de queijo

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2021
Autor(a) principal: Cruz, Sherlen Karine da
Orientador(a): Burkert, Carlos Andre Veiga, Burkert, Janaína Fernandes de Medeiros
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Bactérias diazotróficas
Exopolissacarídeos
Permeado de soro de queijo
Planejamento experimental
Otimização de processos
Diazotrophic bacteria
Exopolysaccharides
Experimental design
Process optimization
Whey permeate
Link de acesso: https://repositorio.furg.br/handle/123456789/11931
Resumo: Dissertação (Mestrado)
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spelling Cruz, Sherlen Karine daBurkert, Carlos Andre VeigaBurkert, Janaína Fernandes de Medeiros2024-12-11T01:04:06Z2024-12-11T01:04:06Z2021CRUZ, Sherlen Karine da. Efeitos das condições de processo na produção de exopolissacarideos por Mesorhizobium sp. a partir de permeado de soro de queijo. 2021. 75 f. Dissertação (Mestrado) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Escola de Química e Alimentos, Universidade Federal do Rio Grande, Rio Grande, 2021.https://repositorio.furg.br/handle/123456789/11931Dissertação (Mestrado)Os exopolissacarídeos (EPS) são polissacarídeos extracelulares produzidos por micro- organismos em resposta a condições ambientais extremas ou a um estresse durante o crescimento microbiano, possuindo diferentes propriedades físico-químicas e estruturais interessantes ao setor industrial. Bactérias diazotróficas vêm sendo estudadas por produzirem quantidades expressivas de EPS, sendo que a maioria dos processos utilizam substratos de custo elevado como manitol, glicose e sacarose. Assim, o emprego de subprodutos ou resíduos agroindustriais tem sido investigado como alternativa. O rendimento e as características dos EPS variam com as condições de cultivo, incluindo a composição do meio, temperatura, pH, agitação e aeração. Dessa forma, o presente estudo buscou otimizar a produção de EPS avaliando como as condições de cultivo da bactéria Mesorhizobium sp. SEMIA 816 afetam o processo, utilizando permeado de soro de queijo (PS) como fonte de carbono. Um planejamento experimental Plackett-Burman (PB) de 20 ensaios, com 4 pontos centrais, foi realizado para avaliar a influência de 12 variáveis na concentração de EPS e biomassa maxima: K2HPO4, KH2PO4, MgSO4.7H2O, NaCl, extrato de levedura (EL), MnCl2.4H2O, CaCl2.2H2O, PS, pH inicial do meio de produção, relação volume inicial de meio:volume de reator (Vi:VR), agitação e temperatura. Analisando os resultados do planejamento experimental, observou-se que a produção de EPS variou de 0 até 9,28 g L-1 e que 10 das 12 variáveis estudadas demonstraram efeitos significativos na resposta, sendo a concentração de PS a mais influente. O aumento das concentrações do K2HPO4, MgSO4.7H2O, CaCl2.2H2O e PS foi positivo. Efeitos contrários foram observados para KH2PO4, EL, CaCl2.2H2O, pH inicial do meio de produção, relação Vi:VR, agitação e temperatura, enquanto as variáveis NaCl e MnCl2.4H2O não influenciaram. Para a concentração de biomassa, que variou de 0,6 a 7,15 g L-1, o incremento nas variáveis MgSO4.7H2O, PS e EL foram significativos e positivos, sendo este último o de maior influência e oposto ao encontrado para a concentração de EPS. O aumento da relação Vi:VR e temperatura influenciaram negativamente a produção de biomassa, e as demais variáveis independentes não influenciaram significativamente nesta resposta. Cultivos subsequentes foram realizados variando a concentração de EL (0,4, 2,2 e 4,0 g L-1) e utilizando as demais variáveis nas melhores condições indicadas no planejamento experimental para aumentar a concentração de EPS. As condições testadas comprovaram os resultados encontrados no planejamento PB, sendo que o aumento da concentração de EL levou a um maior crescimento microbiano (1,25, 2,43 e 3,14 g L-1, respectivamente) e menor produção de EPS (6,92, 3,15 e 0,75 g L-1, respectivamente), sendo essa produção de EPS 19,6% inferior ao alcançado no PB. Dessa forma, as condições de cultivo impactam diretamente a produção de EPS, sendo as concentrações de carboidratos e fonte de nitrogênio de grande influência no processo. Dentre todas condições avaliadas no presente estudo a mais eficaz foi aquela correspondente aos pontos centrais do planejamento PB, com o meio composto por 0,1 g L-1 de K2HPO4, 0,4 g L-1 de KH2PO4, 0,2 g L-1 de MgSO4.7H2O, 0,1 g L-1 de NaCl, 2,2 g L-1 de EL, 0,12 g L-1 de MnCl2.4H2O, 0,15 g L-1 de CaCl2.2H2O e 25 g L-1 de PS, utilizando-se pH inicial 7,0, agitação de 150 rpm, relação Vi:VR 0,2:1 e temperatura de 30 C, alcançando em média 8,61 g L-1 de EPS em 96 h e 3,04 g L-1 de biomassa máxima em 72 h.Exopolysaccharides (EPS) are extracellular polysaccharides produced by microorganisms in response to extreme environmental conditions or stress during microbial growth, having different physico-chemical and structural properties of interest to the industrial sector. Diazotrophic bacteria have been studied for producing significant amounts of EPS and most processes use high cost substrates such as mannitol, glucose and sucrose, so the use of by- products or agroindustrial waste has been investigated as an alternative. The yield and characteristics of EPS vary with cultivation conditions, including the composition of the medium and other parameters such as pH, temperature, aeration and agitation. Thus, the present study aimed at the optimization of the EPS production by evaluating how the culture conditions of the bacterium Mesorhizobium sp. SEMIA 816 affect the process, using whey permeate as a carbon source. A Plackett-Burman (PB) experimental design of 20 trials, with 4 central points, was performed to evaluate the influence of 12 variables on the EPS concentration and maximum biomass: K2HPO4, KH2PO4, MgSO4.7H2O, NaCl, yeast extract (YE), MnCl2.4H2O, CaCl2.2H2O, whey permeate (WP), initial pH of production medium, initial volume of medium: reactor volume ratio (Vi:VR), agitation and temperature. Analyzing the results, it was observed that the EPS production varied from 0 to 9.28 g L-1, with 10 of the 12 studied variables showing significant effects on the response, with the WP concentration being the most influent. The increase in the concentration of K2HPO4, MgSO4.7H2O, CaCl2.2H2O and WP was positive. Contrary effects were observed for KH2PO4, YE, CaCl2.2H2O, initial pH of the production medium, Vi:VR ratio, agitation and temperature, and the variables NaCl and MnCl2.4H2O did not influence. For the biomass concentration, which varied from 0.6 to 7.15 g L"1, the increase in the variables MgSO4.7H2O, WP and YE were significant and positive, the latter being the one with the greatest influence and opposite to that found for EPS concentration. The increase in the Vi:VR ratio and temperature negatively influenced biomass production and the other independent variables did not significantly influence this response. Subsequent cultures were performed by varying the YE concentration (0.4, 2.2 and 4.0 g L-1) and using the other variables in the best conditions indicated in the experimental design to increase the EPS concentration. The conditions tested proved the results found in the PB design, and the increase in the YE concentration led to an increase in microbial growth (1.25, 2.43 and 3.14 g L-1, respectively) and lower EPS production (6.92, 3.15 and 0.75 g L-1, respectively), this EPS production being 19.6% lower than that achieved in PB. Thus, the cultivation conditions directly impact the EPS production, since the concentrations of carbohydrates and nitrogen source have great influence in the process. Among all conditions evaluated in the present study, the most effective was that corresponding to the central points of PB design, with the medium composed of 0.1 g L-1 of K2HPO4, 0.4 g L-1 of KH2PO4, 0.2 g L-1 of MgSO4.7H2O, 0.1 g L-1 of NaCl, 2.2 g L-1 of YE, 0.12 g L-1 of MnCl2.4H2O, 0.15 g L"1 of CaCl2.2H2O and 25 g L"1 of WP, using initial pH 7, agitation at 150 rpm, Vi:VR ratio of 0.2:1 and temperature of 30 C, reaching a mean value of 8.61 g L"1 in 96 h for EPS and 3.04 g L-1 in 72 h for maximum biomass.porBactérias diazotróficasExopolissacarídeosPermeado de soro de queijoPlanejamento experimentalOtimização de processosDiazotrophic bacteriaExopolysaccharidesExperimental designProcess optimizationWhey permeateEfeitos das condições de processo na produção de exopolissacarideos por Mesorhizobium sp. a partir de permeado de soro de queijoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da FURG (RI FURG)instname:Universidade Federal do Rio Grande (FURG)instacron:FURGLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748https://repositorio.furg.br/bitstreams/02229471-317d-46d9-927f-25c71a2040de/download8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD52falseAnonymousREADORIGINALSherlen Karine da Cruz]].pdfSherlen Karine da Cruz]].pdfapplication/pdf1236692https://repositorio.furg.br/bitstreams/b0ac19b2-7ab7-474c-b9f1-19a9311c6376/download7f159c0b9098c79ccee8cc079294abf1MD51trueAnonymousREADTEXTSherlen Karine da Cruz]].pdf.txtSherlen Karine da Cruz]].pdf.txtExtracted texttext/plain102706https://repositorio.furg.br/bitstreams/696f1155-3869-4b18-9730-1aedc52ba777/downloadea226d460f6c958e5c5fbcd0cd03441fMD53falseAnonymousREADTHUMBNAILSherlen Karine da Cruz]].pdf.jpgSherlen Karine da Cruz]].pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg3505https://repositorio.furg.br/bitstreams/08357bd3-ff79-4168-bd2a-cd089fdcfb1b/downloadb9f9d5520f4ad63d7bda36626ab10e75MD54falseAnonymousREAD123456789/119312025-12-10 01:43:53.987open.accessoai:repositorio.furg.br:123456789/11931https://repositorio.furg.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.furg.br/oai/request || http://200.19.254.174/oai/requestrepositorio@furg.br||sib.bdtd@furg.bropendoar:2025-12-10T04:43:53Repositório Institucional da FURG (RI FURG) - Universidade Federal do Rio Grande (FURG)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