Biosíntese de bioplástico polihidroxibutirato em fermentação baseada em resíduos agro-industriais

Contexto 4 1. Polihidroxialcanoato 5 1. Resíduos agro-industriais 7 2. Objetivos 8 2. Objetivo geral 8 2. Concentração de açúcares redutores totais e nitrogênio 13 3. Concentração de PHB 13 5. Cronograma 14 6. Referências 15 RESUMO O consumo e descarte de materiais polímeros, tem crescido exponencialmente nas últimas décadas, sendo a principal matéria prima destes de origem petroquímica e não biodegradável. A produção e eliminação em grande escala destes plásticos não degradáveis tem se tornado um problema e preocupação global. Plásticos sintéticos são baratos, leves, resistentes, duráveis, possuem propriedades de isolamento elétrico, resistência a corrosão e altas temperaturas (Thompson et al. A diversidade de polímeros e a sua versatilidade de propriedades e aplicações foi o que impulsionou a indústria para sua produção em massa (Thompson et al.

O início da produção em larga escala de plásticos data de meados de 1950 (Geyer et al. Desde então, sua produção obteve um acelerado crescimento anualmente. Em 1950 foram colocados no mercado cerca de 2 milhões de toneladas de plástico, 66 anos depois, em 2016 a quantidade anual de produção chegou ao valor de aproximadamente 396 milhões de toneladas (Geyer et al. Quando os parâmetros de crescimento retornem a normalidades os biopolímeros ficam então disponíveis como uma reserva de carbono e energia (Sudesh et al. Reddy et al. Os PHA constituem uma classe de homo ou hetero poliésteres biológicos, os quais contêm unidades variáveis de monômeros ácido (R)-hidroxialcanóico, os quais são determinantes para a sua estrutura e propriedades (Costa, 2011).

Mais de 150 diferentes unidades diferentes de monômeros já foram identificadas (Reddy et al. Estes polímeros são acumulados no citoplasma das células microbianas na forma de grânulos, formando corpos de inclusão esféricos, insolúveis e com diâmetro médio entre 0,2 e 0,5 µm (Costa, 2011). Portanto, um dos pontos chave para a diminuição do custo final de produção do biopolímero, está na escolha certa do substrato. Resíduos agro-industriais A escolha da fonte de carbono usada para a biossíntese de PHB está diretamente relacionada com as características apresentadas pelo polímero e assim como tem impacto direto sob o custo de produção do mesmo (Squio & Aragão, 2004). Cerca de 40% do custo total de produção do PHB provém da fonte de carbono escolhida, sendo assim interessante o uso de substratos de baixo custo (Squio & Aragão, 2004).

Um dos principais biocombustíveis líquidos produzidos no Brasil é o etanol, produzido principalmente da cana-de-açúcar (Boeira, 2018). Em 2018 foram produzidos 33. Objetivos 2. Objetivo geral O objetivo deste trabalho é estudar e caracterizar a produção de polihidroxibutirato pelo microorganismo Cupriavidus necator DSM 545, com a utilização de vinhaça como substrato. Objetivos específicos • Caracterizar a vinhaça, proveniente da produção de etanol; • Comparar o crescimentos do microrganismo Cupriavidus necator DSM 545 utilizando a fonte de carbono proveniente da vinhaça com a literatura; • Estudar e quantificar a produção de PHB pelo Cupriavidus necator DSM 545 com a fonte de carbono proposta. Metodologia 3. Fonte de carbono A composição da vinhaça é variável, dependendo diretamente de sua origem. Complementarmente na literatura, é uma das bactérias mais utilizadas para a síntese de PHB, devido a grande quantidade de informações em relação a sua genética e devido ao seu alto acúmulo do polímero (Boeira, 2018).

Para a realização do estudo foi selecionada a linhagem Cupriavidus necator DSM 545, mutante da DSM 529 H1, para o consumo de glicose (Sombrio et al. Cupriavidus necator consiste em um bactéria gram-negativa e aeróbia , naturalmente encontrada no solo e na água (Boeira, 2018). A produção do biopolímero ocorre normalmente em um processo composto por dois passos distintos. Na primeira, ocorre o crescimento celular em meio rico em nutrientes. O meio mineral escolhido, é o descrito em Aragão et al. sendo incubado e agitado a 150 rpm, 30ºC e por um período de 24h. Biorreator Na literatura, os cultivos em biorreatores em batelada alimentada são os mais recomendados para a produção de PHB (Boeira, 2018). Este tipo de cultivo é caracterizado por gerar uma maior produtividade do biopolímero em comparação com os cultivos em batelada (Peña et al.

Neste modo de operação um ou mais nutrientes do meio de cultivo são adicionados ao biorreator, sem que ocorra a retirada de qualquer volume do mesmo até que se atinja o final do processo (Peña et al. Pulsos de vinhaça irão ser realizados com uma concentração média de 20 g. L-1 sendo alimentado durante a fase de produção de PHB (Boeira, 2018). Quando a concentração de açúcares redutores totais do meio estiver com uma concentração baixa serão adicionados dois pulsos para evitar qualquer tipo de efeito de limitação de nutrientes no meio (Boeira, 2018). Extração do biopolímero Normalmente, o processo de extração do PHB envolve as seguintes etapas: Tratamento de desestabilização e/ou rompimento celular, separação do meio de cultivo da biomassa, recuperação do biopolímero e purificação (Quines et al.

Sendo que, existem diversas técnicas físicas, químicas e biológicas para se realizar a extração do biopolímero (Quines et al. Concentração de açúcares redutores totais e nitrogênio A concentração de açúcares redutores totais das amostras de vinhaça será determinada utilizando o método do ácido 3,5 dinitrisalicílico (DNS), método colorimétrico descrito por Miller (1959). O nitrogênio será determinado pelo kit Ureia ES (Gold Analisa), que determina uréia pelo método enzimático-colorimétrico. Concentração de PHB A concentração de PHB será determinada por cromatografia gasosa, conforme o método de metanólise baseado em Brandl et al. Cronograma Tabela 1. Cronograma de atividades dividido em semestres Atividades 1º Semestre 2º Semestre 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 Contextualização Pesquisa bibliográfica x x Preparação Aquisição da vinhaça e microorganismo x x Processo fermentativo Preparação da vinhaça x x Preparação do pré-inóculo e inóculo x Fermentação no biorreator x x Extração e purificação Extração do bioproduto x Purificação x Determinações analíticas Concentração Celular x x Concentração de açúcares redutores totais e nitrogênio x x Concentração de PHB x x Conclusão Tratamento dos dados x x x Elaboração de relatório e artigo científico x x x x 5.

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