Estudo da produção de iturina por bacillus subtilis, em fermentação semi-sólida utilizando como substrato farelos de soja, arroz, trigo e casca de arroz

Autor(es)

César Augusto Piedrahíta Aguirre

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia de Alimentos
• Data de defesa: 2013-11-19

Membros da banca

Ranulfo Monte Alegre; Alexandre Nunes Ponezi; Vanildo Luiz Del Bianchi; Reinaldo Gaspar Bastos; Crispin Humberto Garcia Cruz

• Orientador: Ranulfo Monte Alegre

Resumo

Este trabalho se propôs a estudar a produção da iturina A por Bacillus subtilis em fermentação semi-sólida em biorreatores de leito empacotado. O trabalho foi desenvolvido em quatro partes. Em uma primeira parte foi feito um screening com cepas silvestres e seus mutantes obtidos a partir da exposição de luz UV e acridina laranja. A cepa Bacillus subtilis subsp. subtilis NRRL NRS-1270 foi a que apresentou maior atividade antagônica contra os fungos Aspergillus fumigatus Fresenius NRRL 164, Aspergillus fumigatus Fresenius NRRL 166 e Aspergillus flavus var. oryzae NRRL 484. O extrato metanólico obtido da fermentação semi-sólida do Bacillus subtilis subsp. subtilis NRRL NRS-1270 foi analisado através da espectrometria de massas encontrando-se lipopeptídeos com massa molecular entre m/z 1021,43 e m/z 1087,48, mas sem a presença da iturina A. Em uma segunda etapa a cepa Bacillus Iso 1 foi isolada a partir das raízes de soja, e ante a dificuldade de identificar a iturina A através da cromatografia liquida de alta eficiência (HPLC), foi desenvolvida a metodologia de purificação da iturina A utilizando a cromatografia em coluna de vidro preenchida com sílica gel 60. A iturina A foi eluída com três sistemas de solventes compostos por 20 mL de clorofórmio-metanol-água (65:25:4,v/v/v), fração 1, seguido de 20 mL de clorofórmio-metanol-água (30:50:10, v/v/v), fração 2, e a fração final composta por 10 mL de clorofórmio-metanol-água (20:60:15, v/v/v). As frações obtidas foram analisadas através da HPLC e da espectrometria de massa, identificando 5 isômeros da iturina A (C13-C16). Na terceira etapa, foi feito um delineamento composto central rotacional (DCCR) para avaliar o efeito da casca de arroz como suporte inerte e da vazão volumétrica de ar na produção de iturina A; como substratos foram utilizados o farelo de soja desengordurado e o farelo de trigo. Nenhuma variável do DCCR foi estatisticamente significativa, mas operacionalmente foram importantes, devido à redução da oxigenação do Bacillus Iso 1 pela baixa vazão de ar e menor concentração de casca de arroz, favorecendo a produção de iturina; nestas condições obteve-se 6,88 g/kg de substrato seco de iturina A.Esta é a maior quantidade de iturina A produzida em biorreatores de leito empacotado (coluna) com aeração forçada até hoje. Na quarta etapa, a partir dos resultados obtidos no DCCR foram estudados os parâmetros do processo: queda de pressão, consumo de oxigênio e perfis de temperatura, visando entender o comportamento da fermentação a 0,4 L/min e 0,8 L/min. A máxima produção de iturina obtida foi 5,58 g/kg de substrato seco com a vazão de 0,4 L/min. O incremento na queda de pressão é ocasionado não unicamente pelo incremento da vazão volumétrica, mas também pela produção do biopolímero ?-PGA o qual ocupa os espaços livres entre as partículas, dificultando o fluxo normal de ar através do leito, reduzindo o consumo de oxigênio. A baixa oxigenação favoreceu a alta produção da iturina A e gerou baixo calor metabólico (5,75 W/kg-dry substrato·min). Os resultados obtidos podem ser úteis na elaboração de estratégias para ampliação de escala do processo em fermentadores aerados de leito empacotado (AU)

• Processo FAPESP: 08/50736-5 - Estudo da producao de iturina por bacillus subtilis, em fermentacao semi-solida utilizando como substrato farelos de soja, arroz e trigo, e casca de arroz.
• Beneficiário: Cesar Augusto Piedrahita Aguirre
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado