Universidade Comunitária Da Região De Chapecó
Área De Ciências Exatas e Ambientais
Engenharia Química – Engenharia de Alimentos
Disciplina: Engenharia Bioquímica
Professor: Murilo Cesar Costelli
CULTIVO DE Bacillus polymyxa PARA A PRODUÇÃO DE
ACETOÍNA
BOTTON, ANDRESSA D1. e COSTELLI, MURILO C².
1
Acadêmico da Universidade Comunitária da Região de Chapecó - Unochapecó
Professor da Universidade Comunitária da Região de Chapecó - Unochapecó
E-mail para contato: [email protected]
2
RESUMO – Foi estudada a produção de 2,3-butanodiol pela bactéria Bacillus
polymyxa onde foi utilizado glicose como fonte de carbono em condições
aeróbias. Desenvolveu-se o processo nas condições de concentração inicial de
glicose em 30 e 50 g/L e pH de 5.5 e 30 e 50 g/L com um pH de 6.5, com isso
avaliou-se a influência da concentração inicial de substrato e do pH sobre a
produção de 2,3-butanodiol nos ensaios em biorreator. Os efeitos principais do pH
e concentração inicial de substrato mostraram-se significativos no modelo que foi
proposto para uma concentração máxima de 2,3-butanodiol. Os resultados
observdos indicaram que a produção de 2,3-butanodiol esteve associada ao
crescimento celuolar nos ensaios em biorreator.
1. INTRODUÇÃO
Por trás do gosto característico de uma bebida ou comida, há um sofisticado setor da
indústria química para atrair o consumir, no qual oferece uma variedade de cheiros e sabores
diferenciados (COSTELLI, 2005). Por esse motivo, as indústrias acrescentam aos alimentos
aditivos, no qual são chamados de aromas, para intensificar ou mesmo mascarar o cheiro e o
sabor dos seus produtos, aumentando assim o interesse dos consumidores (MARIOTTO,
2007).
Os aromas podem ser produzidos por vias biotecnológicas ou por vias sintéticas, sendo
que o processo biotecnológicos é o mais estudado nos dias de hoje, devido as vantagens que
este processo apresenta (MARIOTTO, 2007). Diversas razões justificam a escolha dele para a
produção de aromas, tais como, a complexidade estrutural que alguns compostos responsáveis
por aromas de interesse comercial apresentam, inviabilizando sua produção por via sintética e
assim tornando-se economicamente inviável; ou também o
fato
de
que
os aromas
produzidos por vias biotecnológicas são considerados naturais, mesmo como aditivos, se
forem produzidos por microrganismos GRAS (generally recognized as safe).
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Diversos grupos de pesquisa vêm estudando a produção de vários compostos naturais,
que apresentam interesse comercial, por processos biotecnológicos. A acetoína e o 2,3butanodiol são exemplos destes compostos. Estes dois aromas são potencializadores de alguns
produtos lácticos, no qual o queijo e a manteiga se destacam entre eles, além de serem
produtos comuns das fermentações alcoólicas, que são componentes importantes nos vinhos
(MARIOTTO, 2007).
O crescimento desse setor da indústria deve-se ao fato de que os aromas sintéticos
derivados da petroquímica ou de outra natureza sendo química vêm sendo substituídos
gradativamente pelos de origem fermentativa ou enzimática, pelo fato, das novas exigências
que o consumidor vem fazendo e também pelo fato de que os aromatizantes sintéticos são
artificiais. No Japão, por exemplo, o consumo de aromas sintetizados quimicamente diminuiu
em função de alguns regulamentos que vão favorecer os produtos que são fabricados com
fontes naturais (COSTELLI, 2005).
Tendo em vista a necessidade de novos produtos naturais na indústria alimentícia e o
alto custo de extração e purificação destes, levando em conta essa época que se fala em
qualidade de vida, diversos grupos de pesquisa vêm dedicando-se ao estudo de biprocessos
que são capazes produzir compostos naturais de interesse comercial (COSTELLI, 2005).
Na Universidade Federal de Santa Catarina, particularmente do Departamento de
Engenharia Química e de Alimentos, o Laboratório de Engenharia Bioquímica possui uma
linha de pesquisa relacionada com a produção de aromas onde seu início se deu com os
estudos feitos por MORITZ (1998), onde a produção de acetoína foi investigada utilizando
três leveduras, Hanseniaspora guilliermondii, Kloeckera apiculata e Hansenula anômala; e
também por CARVALHO (1999), que estudou a produção de acetoína pela bactéria
Lactobacillus lactis subsp. lactis biovar. diacetylactis. Logo após, foram desenvolvidos novos
estudos por TEIXEIRA (1999), MELLO (2001) e TEIXEIRA et al. (2002) ainda referentes à
produção por Hanseniaspora guilliermondii (MARIOTTO, 2007).
O objetivo deste trabalho, foi estudar a produção de 2,3-butanodiol, que atua como
potencializador de aromas de compostos como vinagre, café e principalmente a manteiga.
Neste trabalho foi investigada a produção de 2,3-butanodiol pela bactéria Bacillus polymyxa,
a partir disso foi avaliado a influência do pH inicial, o tempo de cultivo do inóculo na cinética
Tem dados para avalair este
objetivo? Não forneci esta
informação?
Por que
indicar
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informaçõe
s referentes
a outro
aroma?
Qual a
relação?
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de crescimento da bactéria e na produção de 2,3-butanodiol e a concentração inicial de
substrato que é a glicose (COSTELLI, 2005).
2. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Com o objetivo de verificar características da bactéria Bacillus polymyxa levando em
conta seu crescimento e produção de 2,3-butanodiol foram realizados alguns ensaios, no qual
avaliou-se a influência do pH inicial e da concentração inicial de glicose.
Na Tabela 2.1 são apresentados os resultados obtidos nos ensaios.
Tabela 2.1 – Resultados obtidos nos ensaios.
Ensaio Glicose (g/L)
A
B
C
D
30
50
30
50
pH
inicial
5,5
5,5
6,5
6,5
μ(h-1)
Xmáx(g/L)
C 2,3- Butanodiol (g/L)
0,23
0,27
0,33
0,41
1,17
1,34
3,49
3,49
2,33
3,07
1,25
2,37
Observando-se a Tabela 2.1 percebe-se que a concentração máxima em 2,3-butanodiol
foi produzida no ensaio B (concentração inicial de glicose em 50 g/L e pH 5,5), já as
concentrações celulares máximas foram obtidas nos ensaios C e D (concentração inicial de
glicose em 30 g/L e 50 g/L e pH de 6,5 consecutivamente). No entanto, as maiores
velocidades específicas de crescimento foram obtidas nos ensaios com o pH de 6,5, conforme
mostrado da Tabela 2.1. As Figuras 2.1 a 2.4 apresentam as curvas de consumo de substrato,
crescimento celular e produção de 2,3-butanodiol para os ensaios.
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Figura 2.1- Produção de 2,3-butanodiol e células e consumo de glicose para o ensaio A
([glicose]=30 g/L; pH=5,5)
Figura 2.2- Produção de 2,3-butanodiol e células e consumo de glicose para o ensaio B
([glicose]=50 g/L; pH=5,5)
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Figura 2.3 - Produção de 2,3-butanodiol e células e consumo de glicose para o ensaio C
([glicose]=30 g/L; pH=6,5)
Figura 2.4 - Produção de 2,3-butanodiol e células e consumo de glicose para o ensaio D
([glicose]=50 g/L; pH=6,5)
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Conforme observado nas Figuras 2.1 a 2.4, verifica-se que a produção de 2,3butanodiol teve seu início na fase estacionária, exceto no ensaio B, no qual teores do produto
começaram a ser detectados ainda na fase exponencial de crescimento.
O crescimento celular foi bem lento nos ensaios com o pH 5.5 (Figuras 2.1 e 2.4),
podendo-se concluir que as bactérias crescem mais lentamente quando o pH for baixo.
Nos ensaios com o pH 5.5 (Figuras 2.1 e 2.2) foram finalizados após 43 horas sem que
o substrato tenha sido totalmente consumido, pois acima deste valor a redução do volume do
meio de cultivo passa a ser considerável, já nos ensaios com o pH de 6.5 (Figura 2.3 e 2.4)
houve um consumo total de substrato.
Na Tabela 2.2 são apresentados o fator de conversão substrato em células (Y X/S) e o
fator de conversão substrato em produto (YP/S) para os ensaios. Em alguns experimentos não
foi possível determiná-los porque houve uma grande dispersão dos pontos.
Tabela 2.2 - Fator de conversão substrato em células (Y X/S), fator de conversão
substrato em produto (YP/S) para os ensaios.
De acordo com a Tabela 2.2, no ensaio A com pH 5,5 o fator de conversão de
substrato em produto (YP/S) foi maior que o aobtido nos ensaios C e D com pH 6,5.
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Figura 2.5 - Gráfico de ln x vs tempo para o Ensaio A
Figura 2.6 - Gráfico de ln x vs tempo para o Ensaio B
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Figura 2.7 - Gráfico de ln x vs tempo para o Ensaio C
Figura 2.8 - Gráfico de ln x vs tempo para o Ensaio D
Não é neste tipo de
gráfico que se
derermina Ks.
Nas Figuras 2.5 a 2.8 acima pode-se observar que a partir do gráfico de ln x vs tempo
obtem-se os valores de Ks com a equação da reta, onde percebe-se que o valor de Ks é maior
com pH de 6.5, ou seja, um pH mais elevado.
Levando em conta as concentrações iniciais, observa-se que o maior valor de Ks deuse em concentrações altas que foi na de 50 g/L de glicose.
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3. CONCLUSÃO
A partir dos dados obtidos, conclui-se que:
A variação de pH inicial teve uma forte influência quando falamos na eficiência do
processo.
O pH de 6.5 se apresentou mais eficiente quando comparado com o pH de 5.5.
A variação da concentração inicial não apresentou influencia tão significativa no
processo quanto o pH.
O substrato foi consumido por completo nos ensaios C e D, estes realizados em pH
6,5.
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4. REFERÊNCIAS
COSTELLI, M. C. Cultivo de Bacillus polymyxa para a produção de acetoína: influência do
pH e do tempo de cultivo do inóculo. 2005. 77 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia
Química) - Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC, Florianópolis.
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4. ANEXOS
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