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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.75.2014.tde-21112014-160048
Documento
Autor
Nome completo
Willian Fernando Domingues Vilela
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2014
Orientador
Banca examinadora
Nitschke, Marcia (Presidente)
Porto, Andre Luiz Meleiro
Contiero, Jonas
Gomez, José Gregorio Cabrera
Leitão, Andrei
Título em português
Seleção, caracterização e aplicação de novos biossurfatantes produzidos por bactérias marinhas a partir de substratos de baixo custo
Palavras-chave em português
bactéria marinha
bioemulsificantes
biossurfatantes
biotensoativo
substratos de baixo custo
Resumo em português
Os surfatantes, moléculas anfipáticas compostas por uma porção polar e outra apolar, constituem um grupo heterogêneo de compostos de superfície ativa. Sua porção polar pode ser formada por peptídeos, ânions ou cátions, por mono, di ou polissacarídeos, enquanto sua porção apolar pode ser formada por estruturas saturadas, insaturadas ou ácidos graxos hidroxilados, ou ainda peptídeos hidrofóbicos. Essas substâncias podem ser sintéticas, obtidas a partir de síntese química, ou produzidas por micro-organismos, principalmente, bactérias e leveduras, passando a ser denominadas biossurfatantes (BS). O BS representa uma alternativa aos tensoativos sintéticos utilizados em diversos seguimentos da indústria devido a sua baixa toxicidade e alta biodegradabilidade, além de aplicabilidade na descontaminação ambiental. Bactérias isoladas em diversos biomas têm sido muito exploradas para produção de BS, enquanto ecossistemas marinhos ainda são pouco explorados, apesar do grande potencial existente. Os micro-organismos marinhos quando expostos a condições extremas de pressão, salinidade e temperatura produzem compostos estáveis e, portanto, úteis em aplicações industriais. O presente trabalho objetivou investigar novos BS produzidos por bactérias de origem marinha capazes de produzir tal substância a partir de fontes de carbono de baixo custo (glicerol, óleo de soja, vaselina e sacarose). Foram analisados 59 isolados bacterianos marinhos, as bactérias selecionadas foram identificadas e a produção do BS foi estudada em escala laboratorial. Após a extração do BS, suas propriedades físico-química como tensão superficial (TS), tensão interfacial (IT) e concentração micelar crítica (CMC) foram determinadas; além disso, foi realizada a caracterização estrutural preliminar e o seu potencial de aplicação para biorremediação de petróleo e como agente emulsificador. Os resultados identificaram a produção de BS por três bactérias marinhas: Arthrobacter defluvii, Brevibacterium luteolum e Gordonia sp. A partir das análises químicas foi possível identificar dois BS lipopepítidicos (A. Defluvii e B. luteolum) e um BS com grupos glicosídicos (Gordonia sp.). O BS produzido por A. defluvii apresentou tensão superficial TS = 34,5 mN m-1; TI = 15 mN m-1; e CMC = 129 mg L-1 crescendo em óleo de soja, B. luteolum TS = 27 mN m-1; TI = 0,84 mN m-1; e CMC = 40 mg L-1 crescendo em vaselina e Gordonia sp. TS = 33 mN m-1; TI = 1,4 mN m-1; e CMC = 85 mg L-1 crescendo em óleo de soja. Os BS estudados apresentaram capacidade de remoção de petróleo de areia contaminada, assim como atividade emulsificante frente a diferentes substâncias ( óleo de soja, vaselina, decano, querosene, hexadecano e gordura vegetal). Os testes de estabilidade realizados para BS produzido por B. luteolum indicaram que: o BS é estável quando submetido a temperaturas até 60oC por 24 h e até 121oC por 20 min; a maior atividade tensoativa para o BS é encontrada em solução com pH entre 6 e 8; e a força iônica não afeta a atividade tensoativa até concentrações salinas abaixo de 16%. Portanto, os três micro-organismos marinhos selecionados foram capazes de produzir compostos com relevante atividade tensoativa utilizando substratos de baixo custo.
Título em inglês
Selection, characterization and application of biosurfactantes produced by marine bacterial using low-cost substrates
Palavras-chave em inglês
bioemulsifier
biosurfactant
low cost substrates
marine bacteria
surface-active agent
Resumo em inglês
The surfactants, amphipathic molecules containing both polar and nonpolar portions, are a heterogeneous group of surface-active compounds. Its polar portion may be composed by peptides, anions or cations, mono, di, or polysaccharides, while its polar portion may contain saturated, unsaturated or hydroxylated fatty acids or hydrophobic peptides. These molecules may be synthetic, derived from chemical synthesis, or produced by microorganisms, mainly bacteria and yeast, and also known as biosurfactants (BS). The BS represent an alternative to synthetic surfactants used in various segments of industry due to their low toxicity and high biodegradability. The major classes of BS include glycolipids, lipopeptides, lipoproteins, phospholipids, fatty acids and polymeric surfactants. Bacteria isolated from different biomes have been heavily exploited for BS production, while marine ecosystems are still poorly explored, despite its great potential. The marine microorganisms when exposed to extremes of pressure, temperature and salinity, produce stable compounds and, therefore, useful in industrial applications. The aim of this study was to investigate new BS produced by marine bacteria capable of producing such molecules growing in low-cost carbon sources (mineral oil, sucrose, soybean oil and glycerol). The selected bacterial isolates were identified and the biosurfactant production was studied in laboratory scale. After extraction of BS their physicochemical properties as surface tension (ST), interfacial tension (IT) and critical micelle concentration (CMC) were determined; preliminary structural characterization evaluated by FTIR and TLC and their potential application in bioremediation of crude oil and as emulsifier was also investigated. The results identified the BS production by three marine bacteria Arthrobacter defluvii, Brevibacterium luteolum and Gordonia sp. Based on the chemical analysis it was possible to identify two lipopeptides BS (A. defluvii and B. luteolum) and a BS with glycosides groups (Gordonia sp.). The BS produced by A. defluvii growing in soybean oil showed ST = 34,5 mNm-1; IT = 15 mNm-1 and CMC = 129 mgL-1; B. luteolum growing in mineral oil showed a ST = 27 mNm-1, IT = 0,84 mNm-1 and CMC = 40 mgL-1 and Gordonia sp. growing in soybean oil showed ST = 33 mNm-1, IT = 1,4 mNm-1 and CMC = 85 mgL-1. The BS obtained exhibited capacity to remove crude oil from contaminated sand as well as emulsifying activity against different hydrophobic substances (soybean oil, mineral oil, decane, kerosene, animal fat and hexadecane). Stability tests carried out to BS produced by B. luteolum indicated that: the BS is stable when submitted to temperatures down to 60° C for 24 h to 121° C for 20 min; the higher activity to the BS is found in solution with pH between 6 and 8; and the ionic strength does not affect the surfactant activity until salt concentrations under 16%. Therefore, the three selected marine micro-organisms were able to produce compounds with significant surfactant activity using low cost substrates.
 
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Data de Publicação
2014-12-09
 
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