Produção de biocelulose por bactérias acéticas utilizando técnicas de otimização nutricional e de cultivo

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dc.contributor.advisorSpinosa, Wilma Aparecida
dc.contributor.authorGomes, Rodrigo José
dc.contributor.bancaAlves, Edson Marcelino
dc.contributor.bancaConstantino, Leonel Vinicius
dc.contributor.bancaRosa, Morsyleide de Freitas
dc.contributor.bancaOliva Neto, Pedro de
dc.contributor.coadvisorIda, Elza Iouko
dc.coverage.extent190 p.
dc.coverage.spatialLondrina
dc.date.accessioned2025-05-07T17:12:14Z
dc.date.available2025-05-07T17:12:14Z
dc.date.issued2021-11-25
dc.description.abstractAs bactérias do ácido acético (BAA) compreendem uma variedade de microrganismos que são utilizados para obtenção de diversos produtos, entre eles a biocelulose. O estudo dos efeitos da suplementação de nutrientes no meio de cultura bem como o aprimoramento das técnicas de cultivo são importantes etapas que antecedem a produção e aplicação destes compostos, pois podem melhorar o rendimento, a produtividade e as características do biomaterial obtido. Desta forma, este trabalho objetivou avaliar os requerimentos nutricionais de BAA, em nível qualitativo e quantitativo, e seu impacto na produção e propriedades da biocelulose produzida. Para isto, foram avaliados os efeitos da suplementação do meio de cultura com diversos minerais (boro, ferro, manganês, molibdênio e zinco), vitaminas (tiamina - B1, riboflavina - B2, ácido nicotínico - B3, ácido pantotênico - B5, piridoxina - B6, biotina - B7, ácido fólico - B9, cianocobalamina - B12, ácido p-aminobenzóico e myo-inositol), e aminoácidos (ácido aspártico, ácido glutâmico, alanina, arginina, asparagina, cisteína, fenilalanina, glicina, glutamina, histidina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, prolina, serina, treonina, triptofano e valina) através de planejamento fatorial de Plackett & Burman. Os fatores com efeito positivo mais significativo foram selecionados para otimização através de planejamento composto central. Além disso, foi avaliado o efeito do tempo de pré-cultivo de BAA (35 dias ou 56 dias) na produtividade e nas características da biocelulose obtida após fermentação de 10 dias. As membranas produzidas nas condições ótimas foram caracterizadas através de análises de espectroscopia de infravermelho, difração de raios-X, termogravimetria, calorimetria exploratória diferencial, e capacidades de retenção e reidratação de água para determinar suas características e propriedades. Entre os minerais, o ferro, o manganês e o zinco foram requeridos por duas linhagens (Komagataeibacter hansenii ATCC 23769 e Komagataeibacter intermedius V-05) enquanto que as vitaminas ácido pantotênico e ácido nicotínico foram as que tiveram o efeito positivo mais significativo para as duas espécies. Riboflavina e tiamina tiveram efeito negativo significativo e foram consideradas fatores de diminuição da produção de biocelulose. A produção alcançada nas condições ótimas para os fatores selecionados foi de 1,35 g L-1 pela espécie K. hansenii ATCC 23769 e 2,23 g L-1 pela espécie K. intermedius V-05. Entre os aminoácidos, ácido aspártico, fenilalanina e serina foram requeridos pela espécie K. intermedius V-05. Os aminoácidos apolares (alanina, leucina e triptofano), sulfurados (cisteína e metionina) e carregados positivamente (arginina e histidina) tiveram efeito negativo significativo e foram considerados fatores de diminuição da produção de biocelulose. A produção alcançada nas condições ótimas para os fatores selecionados foi de 3,05 g L-1. As membranas obtidas nas condições otimizadas pela espécie K. hansenii ATCC 23769 apresentaram melhora no rendimento, cristalinidade e propriedades térmicas, enquanto que as membranas produzidas pela espécie K. intermedius V-05 apresentaram melhora nas propriedades térmicas e hidrofílicas. O tempo de pré-cultivo de 56 dias antes da fermentação também impactou na produtividade pela espécie K. hansenii ATCC 23769, alcançando 1,72 g L-1 ou 187% de aumento em relação a cepa não pré-cultivada, sendo também observado uma melhora na cristalinidade e nas propriedades térmicas das amostras. Com este trabalho, alcançou-se um melhor entendimento sobre os fatores que afetam a produção de biocelulose por bactérias acéticas, os quais também impactam nas características e propriedades das membranas produzidas.
dc.description.abstractother1Acetic acid bacteria (AAB) comprise a variety of microorganisms that are used to obtain several biotechnological products, such as bacterial cellulose (BC). Studying the effects of supplementation with nutrients in culture medium, as well as the improvement of cultivation techniques are important steps that precede the production and application of biotechnological compounds. Through this, it can be improved yield, productivity and characteristics of the biomaterials. Thus, this work aimed to evaluate the nutritional requirements of AAB, at qualitative and quantitative level, and its impact on the production and properties of produced BC. For this, it was evaluated the effects of supplementing the culture medium with several minerals (boron, iron, manganese, molybdenum and zinc), vitamins (thiamine - B1, riboflavin - B2, nicotinic acid - B3, pantothenic acid - B5, pyridoxine - B6, biotin - B7, folic acid - B9, cyanocobalamin - B12, p-aminobenzoic acid and myo-inositol), and amino acids (alanine, arginine, asparagine, aspartic acid, cysteine, glutamic acid, glutamine, glycine, histidine, isoleucine, leucine, lysine, methionine, phenylalanine, proline, serine, threonine, tryptophan and valine) using Plackett & Burman factorial design. Factors with most significant positive effect were selected for optimization through central composite design. Furthermore, the effect of pre-cultivation time (35 days or 56 days) on the productivity and characteristics of the BC obtained after the 10-day fermentation process was evaluated. Membranes produced at optimal conditions were characterized by infrared spectroscopy, X-ray diffraction, thermogravimetry, differential scanning calorimetry, water holding capacity and rehydration capacity to be determined their characteristics and properties. Among minerals, iron, manganese and zinc were required by two strains (Komagataeibacter hansenii ATCC 23769 and Komagataeibacter intermedius V-05) while vitamins pantothenic acid and nicotinic acid had the most significant positive effect for the same strains. Riboflavin and thiamine had a significant negative effect and were considered to decrease BC biosynthesis. The production at optimal conditions for selected micronutrients reached 1.35 g L-1 by the strain K. hansenii ATCC 23769 and 2.23 g L-1 by the strain K. intermedius V-05. Among amino acids, aspartic acid, phenylalanine and serine were required by the strain K. intermedius V-05. Nonpolar (alanine, leucine and tryptophan), containing sulfur (cysteine and methionine) and positively charged (arginine and histidine) amino acids had a significant negative effect and were considered to decrease BC biosynthesis. The production at optimal conditions for selected amino acids reached 3.05 g L-1. Membranes produced under optimal conditions by the strain K. hansenii ATCC 23769 had an improvement in yield, crystallinity and thermal properties, while the membranes produced by the strain K. intermedius V-05 had an improvement in thermal and hydrophilic properties. The 56-day pre-cultivation time before fermentation also impacted the productivity of the strain K. hansenii ATCC 23769, reaching 1.72 g L-1 or 187% increase in relation to the non-pre-cultivated strain also improving crystallinity and thermal properties of the samples. By this work, it was achieved a better understanding of the factors that affect the production of BC by AAB strains, which also influence the characteristics and properties of the produced samples.
dc.identifier.urihttps://repositorio.uel.br/handle/123456789/18736
dc.language.isopor
dc.relation.departamentCCA - Departamento de Ciência e Tecnologia de Alimentos
dc.relation.institutionnameUniversidade Estadual de Londrina - UEL
dc.relation.ppgnamePrograma de Pós-Graduação em Ciência de Alimentos
dc.subjectFermentação acética
dc.subjectNutrição microbiana
dc.subjectNutrientes minerais
dc.subjectVitaminas
dc.subjectAminoácidos
dc.subjectBiopolímero
dc.subject.capesCiências Agrárias - Ciência e Tecnologia de Alimentos
dc.subject.cnpqCiências Agrárias - Ciência e Tecnologia de Alimentos
dc.subject.keywordsAcetic fermentation
dc.subject.keywordsMicrobial nutrition
dc.subject.keywordsMineral nutrients
dc.subject.keywordsVitamins
dc.subject.keywordsAmino acids
dc.subject.keywordsBiopolymer
dc.titleProdução de biocelulose por bactérias acéticas utilizando técnicas de otimização nutricional e de cultivo
dc.title.alternativeBacterial cellulose production by acetic acid bacteria using methods of nutritional optimization and cultivation
dc.typeTese
dcterms.educationLevelDoutorado
dcterms.provenanceCentro de Ciências Agrárias

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