Soforolipídios: produção sustentável e aplicação no desenvolvimento de nanopartículas e filmes biodegradáveis antimicrobianos

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dc.contributor.advisorCelligoi, Maria Antonia Pedrine Colabone
dc.contributor.authorSilveira, Victória Akemi Itakura
dc.contributor.bancaOliveira, Suzana Mali de
dc.contributor.bancaRocha, Cristiani Baldo da
dc.contributor.bancaKobayashi, Renata Katsuko Takayama
dc.contributor.bancaPedrão, Mayka Reghiany
dc.coverage.extent137 p.
dc.coverage.spatialLondrina
dc.date.accessioned2024-07-19T17:58:28Z
dc.date.available2024-07-19T17:58:28Z
dc.date.issued2023-02-16
dc.description.abstractSoforolipídios têm se destacado como a classe de biossurfactantes com maior potencial para aplicação comercial, devido seus altos rendimentos de produção e por apresentar múltiplas propriedades, destacando a sua potente ação antimicrobiana. Apesar disso, os altos custos relacionados ao seu processo de produção ainda são um obstáculo para sua competitividade econômica. Assim, a utilização de resíduos agroindustriais pode levar a uma queda considerável do valor, além de contribuir para uma economia circular e sustentável. Dessa forma, este trabalho teve como objetivo produzir soforolipídios a partir de substratos de primeira e segunda geração, desenvolver nanopartículas de prata utilizando soforolipídios (AgNP-SL) e filmes biodegradáveis antimicrobianos de ácido polilático e amido, para aplicações em embalagens de alimentos. A melhor condição da hidrólise enzimática dos resíduos alimentares foi obtida com concentração de 1% (m/v) de amilase, protease e lipase por 2h a 30 ºC, atingindo uma liberação máxima de glicose de 40 g/L. Esse hidrolisado foi utilizado para produção de soforolipídios, obtendo-se uma produção de 134,8 g/L, rendimento de 0,34 g/g e produtividade de 0,85 g/L/h ao final de 160 h, valores estes comparáveis com a fermentação de primeira geração que obteve 144,1 g/L de soforolipídios, rendimento de 0,23 g/g e produtividade de 0,79 g/L/h. Posteriormente, filmes de ácido polilático com soforolipídios foram desenvolvidos, demonstrando que o biossurfactante atuou como agente plastificante, melhorando a elasticidade e flexibilidade dos filmes, assim como conferiu propriedades antimicrobianas contra Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus e Salmonella spp. A síntese de AgNP-SL gerou nanopartículas com boa estabilidade coloidal, distribuição homogênea e com atividade antibacteriana contra Escherichia coli e S. aureus. A incorporação de AgNP-SL em filmes nanocompósitos de amido resultou em filmes com atividade antimicrobiana contra E. coli, S. aureus e Salmonella spp., a qual foi potencializada pela adição combinatória com ácido tartárico. Os resultados encontrados comprovam a viabilidade e o enorme potencial dos resíduos de alimentos como substrato alternativo para a produção de soforolipídios, não apenas pelo custo-benefício, mas também para contribuir com um bioprocesso mais sustentável. Os soforolipídios também demonstraram seu carácter multifuncional, podendo atuar na síntese biológica de nanopartículas, como também como agente bioativo em filmes, sendo utilizado para melhorar as propriedades estruturais e antimicrobianas no controle eficaz de patógenos de origem alimentar.
dc.description.abstractother1Sophorolipids have aroused attention as the class of biosurfactants with the greatest potential for commercial application, due to their high production yields and for their multiple functions and properties, highlighting their potent antimicrobial action. Despite this, the high costs associated with production are still an obstacle to their economic competitiveness. The use of alternative substrates would lead to a considerable decrease in the value, in addition to contributing to a more circular and sustainable economy. Thus, this work aimed to produce sophorolipids from first and second generation substrates and to investigate the incorporation of sophorolipids and silver nanoparticles produced with this biosurfactant in polylactic acid and starch matrices, respectively, in order to develop films with improved structural and antimicrobial properties to be explored in food packaging applications. The best condition of enzymatic hydrolysis of food waste was obtained with a concentration of 1% (m/v) of amylase, protease and lipase for 2 h at 30 ºC, reaching a maximum glucose release of 40 g/L. This hydrolysate was used for the production of sophorolipids, obtaining a production of 134.8 g/L, a yield of 0.34 g/g and a productivity of 0.85 g/L/h at the end of 160 h, values comparable to the fermentation with first generation substrates that obtained 144.1 g/L of sophorolipids, yield of 0.23 g/g and productivity of 0.79 g/L/h. Subsequently, polylactic acid films with sophorolipids were developed, demonstrating that the biosurfactant acted as a plasticizing agent, improving the elasticity and flexibility of the films, as well as conferring antimicrobial properties against the poultry pathogens Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus and Salmonella spp. The green synthesis of silver nanoparticles with sophorolipids (AgNP-SL) generated highly stable nanoparticles, with homogeneous distribution and with antibacterial activity against E. coli and S. aureus. Thus, its incorporation into starch nanocomposite films exhibited antimicrobial activity against E. coli, S. aureus and Salmonella. The addition of tartaric acid further improved the antibacterial action, demonstrating the great potential of using these films as active packaging for the control of foodborne pathogens. The results here found demonstrate the feasibility and enormous potential of food waste as an alternative substrate for the production of sophorolipids, not only from a cost-effectiveness point of view but also to contribute to a more sustainable bioprocess. Sophorolipids have also demonstrated their multifunctional character, being able to act in the biological synthesis of nanoparticles, as well as bioactive agent in films, being used to improve structural and antimicrobial properties for the effective control of foodborne pathogens.
dc.identifier.urihttps://repositorio.uel.br/handle/123456789/17056
dc.language.isopor
dc.relation.departamentCCE - Departamento de Bioquímica e Biotecnologia
dc.relation.institutionnameUniversidade Estadual de Londrina - UEL
dc.relation.ppgnamePrograma de Pós-Graduação em Biotecnologia
dc.subjectBiossurfactante
dc.subjectStarmerella bombicola
dc.subjectFilmes biodegradáveis
dc.subjectResíduos alimentares
dc.subjectBiotecnologia agroindustrial
dc.subjectSoforolipídios
dc.subjectBiossurfactantes
dc.subjectResíduos agroindustriais
dc.subjectBiotecnologia
dc.subject.capesCiências Biológicas - Bioquímica
dc.subject.keywordsBiosurfactant
dc.subject.keywordsStarmerella bombicola
dc.subject.keywordsBiodegradable films
dc.subject.keywordsFood waste
dc.subject.keywordsAgroindustrial biotechnology
dc.subject.keywordsSophorolipids
dc.subject.keywordsBiosurfactants
dc.subject.keywordsAgro-industrial waste
dc.titleSoforolipídios: produção sustentável e aplicação no desenvolvimento de nanopartículas e filmes biodegradáveis antimicrobianos
dc.title.alternativeSophorolipids: sustainable production and application in the development of nanoparticles and antimicrobial biodegradable films
dc.typeTese
dcterms.educationLevelDoutorado
dcterms.provenanceCentro de Ciências Exatas

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