Celulose bacteriana: explorando influências na produção por bactérias do ácido acético

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dc.contributor.advisorSpinosa, Wilma Aparecida
dc.contributor.authorCatarino, Rebeca Priscila Flora
dc.contributor.bancaCosta, Giselle Aparecida Nobre
dc.contributor.bancaGuergoletto, Karla Bigetti
dc.contributor.bancaCalliari, Caroline Maria
dc.contributor.bancaCardines, Pedro Henrique Freitas
dc.coverage.extent97 p.
dc.coverage.spatialLondrina
dc.date.accessioned2025-05-29T14:06:21Z
dc.date.available2025-05-29T14:06:21Z
dc.date.issued2023-09-29
dc.description.abstractBioprocessos permitem a obtenção de novos produtos de importância econômica nos diversos setores industriais. Na categoria dos biopolímeros a celulose bacteriana (CB) se destaca como um exopolissacarídeo obtido por fermentação acética com estrutura semelhante a celulose vegetal e características que permitem sua aplicação na indústria alimentícia como espessante, estabilizante, filmes e matriz para imobilização de compostos bioativos. Entretanto, a viabilidade econômica deste produto está fortemente atrelada ao rendimento e ao elevado custo de produção. Dentre os fatores que limitam a produção de CB em larga escala destacam-se o cultivo e manutenção de células viáveis, a formulação de meio de cultivo de baixo custo, e o controle do método de cultivo empregado. O objetivo deste trabalho foi investigar a influência da cepa, meio de cultivo e método no bioprocesso para a produção de celulose bacteriana por bactérias do ácido acético e otimizar a produção de CB partir de um meio de baixo custo formulado a base de sacarose e soro de leite. A otimização da produção de CB pela cepa Komagaeibacter intermedius V-05 a partir do meio alternativo foi conduzida utilizando Metodologia de Superfície de Resposta (MSR) por meio de delineamento central composto (CCD), considerando as variáveis concentração de soro de leite, concentração de sacarose e pH. A fermentação foi conduzida em cultivo agitado (150 RPM) à 30 ºC por 7 dias. O material obtido foi caracterizado por espectroscopia de infravermelho (FTIR), difração de raios-X (DRX), termogravimetria (TG/DTG) e capacidade de retenção de água (CRA). Neste estudo, utilização de fontes de C e N alternativas influenciou na forma da CB obtida, sendo observada a formação de suspenção fibrosa e massa irregular dispersa no meio de cultivo. O rendimento (1,05 g L-¹) a partir do meio otimizado (22.52 g L-¹ sacarose, 43.80 g L-¹, soro de leite e pH 5.39) foi equivalente ao meio padrão Hestrin-Schramm (0.96 g L-1), demonstrando que o meio formulado pode substituir o meio convencional nas condições de cultivo utilizadas para a cepa K.intermedius V-05. A caracterização da CB comprovou sua elevada cristalinidade (82.40% 89.12%), estabilidade térmica (235 ºC - 310 ºC), capacidade de retenção de água (223.41 - 227.11g) e pureza. Apesar da versatilidade do biopolímero, o rendimento e o custo da produção são fatores limitante para a consolidação da CB em algumas áreas de aplicação. Entretanto, a utilização de cepas eficientes, matéria-prima de baixo custo, adequação e controle do método de fermentação, bem como o conhecimento sobre a interação destes fatores são estratégias que contribuem para a viabilidade econômica do processo em escala industrial.
dc.description.abstractother1Bioprocesses can develop new products for industrial applications. In this context, cacterial cellulose (BC) is a biopolymer resulting from acetic fermentation, and its structure is similar to plant cellulose. The exopolysaccharide characteristics allow its application in the food industry as a thickener, stabilizer, edible film, and matrix for bioactive compound immobilization. However, the economic viability of this product depends on the yield and production cost. Scale-up BC production is affected by cell cultivation and viability, the cost of the culture medium, and the process control. This study investigated the influence of strain, culture media, and cultivation methods on bacterial cellulose production by acetic acid bacteria and aimed to optimize biopolymer production using a low-cost medium formulated with sucrose and whey. Response Surface Methodology (RSM) and central composite design (CCD) were applied for BC production the optimization using Komagaeibacter intermedius V-05 strain and considering the variables pH and sucrose and milk whey concentration. The production was carried out under agitated culture (150 RPM) at 30°C for seven days. The material was characterized by infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), thermogravimetry (TG/DTG), and water-holding capacity (WHC). The use of alternative C and N sources influenced the shape of the BC obtained, resulting in a fibrous suspension and an irregular mass dispersed in the culture medium. The optimized medium (22.52 g L-1 sucrose, 43.80 g L-1 whey, and pH 5.39) provides a yield (1.05 g L-1) similar to the standard Hestrin-Schramm medium (0.96 g L-1), indicating that the formulated medium can replace the conventional under the cultivation conditions used in this work for the K.intermedius V-05 strain. BC characterization confirmed its high crystallinity (82.40% - 89.12%), thermal stability (235 ºC - 310 ºC), water holding capacity (223.41 - 227.11 g), and purity. Despite its versatility, the biopolymer yield and the cost of production are limiting factors for the application in some areas. However, using efficient strains and low-cost raw materials in addition to the control of the fermentation system and understanding the interaction of these factors can improve the economic viability of the process on an industrial scale.
dc.identifier.urihttps://repositorio.uel.br/handle/123456789/18847
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.subjectKomagataeibacter
dc.subjectOtimização
dc.subjectResíduos agroindustriais
dc.subjectBiopolímeros
dc.subject.capesCiências Agrárias - Ciência e Tecnologia de Alimentos
dc.subject.cnpqCiências Agrárias - Ciência e Tecnologia de Alimentos
dc.subject.keywordsAcetic acid fermentation
dc.subject.keywordsKomagataeibacter
dc.subject.keywordsProduction optimization
dc.subject.keywordsAgroindustrial waste
dc.subject.keywordsBiopolymers
dc.titleCelulose bacteriana: explorando influências na produção por bactérias do ácido acético
dc.title.alternativeBacterial cellulose: exploring influences on production by acetic acid bacteria
dc.typeTese
dcterms.educationLevelDoutorado
dcterms.provenanceCentro de Ciências Agrárias

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