Produção sequencial de dois biopolímeros-polihidroxialcanoato e levana por fermentação microbiana

Autores

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v12i3.40745

Palavras-chave:

Polihidroxialcanoatos; Levana; Fermentação; Cupriavidus necator; Bacillus subtilis natto.

Resumo

A produção sequencial de polihidroxialcanoatos (PHA) e levana foi investigada por fermentação microbiana usando resíduos agroindustriais. A produção de PHA foi realizada por Cupriavidus necator DSMZ 545 em duas etapas: a) crescimento bacteriano, usando melaço puro (MN) e hidrolisado (MH) e; b) acumulação de PHA, usando glicerol padrão (GP) e glicerol bruto (GB). O fermentado remanescente da etapa de crescimento de C. necator foi separado da biomassa contendo PHA e usado na produção subsequente de levana por Bacillus subtilis (natto) Takahashi. O meio contendo MH+GP gerou uma taxa de 15 mg de PHA, enquanto o meio à base de MH+GB a taxa de PHA foi quase duas vezes maior (28,4 mg). A análise espectroscópica por FTIR de PHA indicou vibrações de estiramentos característicos para uma molécula do tipo PHB. Por sua vez, levana produzida neste estudo foi precipitada com diferentes volumes de etanol, gerando levanas com diferentes pesos moleculares. Os resultados da caracterização desta frutana por cromatografia mostrou que a mesma era constituída predominantemente por unidades de frutose. Além disso, os valores de viscosidade dinâmica e cinemática para a levana foram semelhantes nas concentrações analisadas e, portanto, não forneceram indícios acerca do peso molecular desse biopolímero. Por fim, o processo de produção sequencial de PHA e levana, como um segundo bioproduto, representa uma alternativa elegante para reduzir os custos totais de produção do PHA.

Referências

Akaraonye, E., Keshavarz, T. & Roy, I. (2010) Production of polyhydroxyalkanoates: the future green materials of choice. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 85, 732-743.

Albuquerque, P. B. S., & Malafaia, C. B. (2018) Perspectives on the production, structural characteristics and potential applications of bioplastics derived from polyhydroxyalkanoates. International Journal of Biological Macromolecules,107, 615-625.

Albuquerque, P. B. S., Araujo, K. S., Silva, K. A. A., Houllou, L. M., Locatelli, G. O. & Malafaia, C. B. (2018) Potential production of bioplastics polyhydroxyalkanoates using residual glycerol. Journal of Environmental Analysis and Progress, 3, 1, 055-060.

Alves, A. A., Siqueira, E. C., Barros, M. P. S., Silva, P. E. C., & Houllou, L. M. (2022) Polyhydroxyalkanoates: a review of microbial production and technology application. International Journal of Environmental Science and Technology, 1-12.

Benigar, E., Tomsic, M., Sretenovic, S., Stopar, D., Jamnik, A. & Dogsa, I. (2015). Evaluating SAXS results on aqueous solutions of various bacterial levan utilizing the string-of-beads model. Acta Chimica Slovenica, 62, 509-517.

Dahech, I., Fakhfakh, J., Damak M, Belghith, H., Mejdoub., H. & Belghith, K. S. (2013). Structural determination and NMR characterization of a bacterial exopolysaccharide. International Journal of Biological Macromolecules, 59, 417-422.

Dalsasso, R. R., Pavan F. A., Bordignon, S. E., Aragao, G. M. F., & Poletto, P. (2019) Polyhydroxybutyrate (PHB) production by Cupriavidus necator from sugarcane vinasse and molasses as mixed substrate. Process Biochemistry, 85, 12-18.

Djuríc, A., Gojgíc-Cvijovíc, G., Jakovljevíc, D., Kekez, B., Kojíc, J. S., Mattinen, M. L., Harju, I. E., Vrvíc, M. M. & Beskoski, V. P. (2017). Brachybacterium sp. CH-KOV3 isolated from an oil-polluted environment – a new producer of levan. International Journal of Biological Macromolecules, 104, 311-321.

European Bioplastics (2021). Bioplastics facts and figures. https://www.european-bioplastics.org/news/publications/. Accessed 22 Set 2022.

Geyer, R., Jambick, J. R., & Law, K. L. (2017). Production, use, and fate of all plastics ever made. Science Advances, 3, 7, e1700782.

Lima, L. B., Silva, M. D., Viçoso, T. G. L., Martins, M. L. F., Silva, J. J., Silva, J. P. T., Lapena, S. A. B., Cruz, C. H. G., & Ernandes, F. M. P. G. (2020) Produção de levana por fermentação submersa utilizando Zymomonas mobilis cct 4494. Research, Society and Development, 9, 10, e3899108526.

Öner, E. T., Hernández, L. & Combie, J. (2016). Review of Levan polysaccharide: From a century of past experiences to future prospects. Biotechnology Advances, 34, 5, 827-844.

Ozcan, E. & Öner, E. T. (2015). Microbial production of extracellular polysaccharides from biomass sources. In: Ramawat, K. G., Mérillon, J. M. (Eds). Polysaccharides Springer, 2015, 161-84.

PlasticsEurope (2021). Plastics - the Facts. https://plasticseurope.org/resources/publications/. Accessed 22 Set 2022.

Samui, A. B. & Kanai, T. (2019). Polyhydroxyalkanoates based copolymers. International Journal of Biological Macromolecules, 140, 522-537.

Shih, I-L., Wang, T-C., Chou, S-Z., & Lee, G-D. (2011). Sequential production of two biopolymers-levan and poly-ε-lysine by microbial fermentation. Bioresource Technology, 102, 4, 3966-3969.

Shih, I-L., Chen, L-D., Wang, T-C., Wu, J-Y., & Liaw, K-S. (2010). Tandem production of levan and ethanol by microbial fermentation. Green Chemistry, 12, 7, 1242-1247.

Shih, I-L., Yu, Y-T., Shieh, C-J., & Chien-Yan Hsieh, C-Y. (2005). Selective production and characterization of levan by Bacillus subtilis (Natto) Takahashi. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 53, 21, 8211-8215.

Siqueira, E. C. & Öner, E. T. (2023). Co-production of levan with other high-value bioproducts: A review. International Journal of Biological Macromolecules, 235, 123800.

Siqueira, E. C. & Houllou, L. M (2022a). Co-production of polyhydroxyalkanoates and levan by Halomonas smyrnensis AAD6T. Research, Society and Development, 11, 16, e180111637925.

Siqueira, E. C. & Houllou, L. M. (2022b). Enriquecimento de melaço em glicose para a aplicação como substrato na produção de polihixidroxialcanoatos. In: Barbosa, F. C. Tópicos em Microbiologia. Piracanjuba-GO: Editora Conhecimento Livre, 2022. 5-20.

Siqueira, E. C., Rebouças, J. S., Pinheiro, I. O., & Formiga, F. R. (2020) Levan-based nanostructured systems: An overview. International Journal of Pharmaceutics, 580, 119242.

Siqueira, E. C. (2019). Desenvolvimento de sistemas nanoestruturados à base do biopolímero levana contendo paromomicina. 2019, 161 f. Tese (Doutorado em Biologia Celular e Molecular Aplicada) - Universidade de Pernambuco, Recife.

Siqueira, E.C., Vieira, A.M., Pinheiro, I.O. & Formiga, F.R. (2017). Development of nanoparticles from a biofabricated fructose polymer. Tissue Engineering: Part A, 23, S-154.

Stojkoviç, B., Sretenovic, S., Dogsa, I., Poberaj, I. & Stopar, D. (2015). Viscoelastic properties of levan-DNA mixtures important in microbial biofilm formation as determined by micro- and macrorheology. Biophysical Journal, 108, 758-765.

Vega‑Vidaurri, J., Hernandez‑Rosas, F., Rios‑Corripio, M. A., Loeza‑Corte, J. M., Rojas‑Lopez, M., & Hernandez‑Martinez, R. (2022). Coproduction of polyhydroxyalkanoates and exopolysaccharide by submerged fermentation using autochthonous bacterial strains. Chemical Papers, 76, 2419-2429.

Downloads

Publicado

16/03/2023

Como Citar

SIQUEIRA, E. C. de .; HOULLOU , L. M. . Produção sequencial de dois biopolímeros-polihidroxialcanoato e levana por fermentação microbiana. Research, Society and Development, [S. l.], v. 12, n. 3, p. e25212340745, 2023. DOI: 10.33448/rsd-v12i3.40745. Disponível em: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/40745. Acesso em: 17 jul. 2024.

Edição

Seção

Ciências Agrárias e Biológicas