Biosurfactants from renewable raw materials

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Brito, Daniela Araújo de
Data de Publicação: 2013
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/1822/35411
Resumo: Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biológica (área de especialização em Tecnologia Química e Alimentar)
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spelling Biosurfactants from renewable raw materialsBiosurfactantes a partir de matérias-primas renováveis661.185Engenharia e Tecnologia::Outras Engenharias e TecnologiasDissertação de mestrado integrado em Engenharia Biológica (área de especialização em Tecnologia Química e Alimentar)Biosurfactants (BS) can replace their chemical counterparts, given their functional properties that allow them to have a wide range of applications. However, the biosurfactant production can be in some cases more expensive than the chemical ones. The use of low cost raw materials and the discovery of strains with high production yields are key factors in overcoming these economic obstacles. In this context, the main objective of this work was to validate a preliminary screening test of biosurfactants producing microorganisms, so-called foaming test. In parallel, it was also evaluated the influence of the culture medium and cellular growth in the BS production. The combination of several screening methods, including emulsification index (E24), oil spreading test and Du-Nouy-Ring assay was the approach adopted to validate the foaming test. Several culture media were optimized for the BS production by the strains under study (several “carotenoids-producing” strains, Starmerella bombicola Rosa & Lachance, Rhodococcus erythropolis DCL14), including the production under nitrogen-limiting conditions or the addition of lipophilic precursors to the culture medium. The evaluation of the BS production was based on the cell growth and properties of the biosurfactants (ability to form foam and emulsion, disperse oil and reduce the surface tension). Four “carotenoids-producing” strains and S. bombicola Rosa & Lachance and R. erythropolis DCL14 were found to produce biosurfactants. Bio16EMS5Ng03, a “carotenoids-producing” strain, can be produce extracellularly, intracellularly or membrane-associated BS under nitrogen-limiting conditions, which can be responsible for forming 3.7 mL foam from an liquid volume of 0.8 mL culture sample; E24= 50%; a diameter in the oil spreading test of 35 mm; and a surface tension of 36.0 mN/m ± 0.05. However, cell membrane components could have been released to the culture medium in the cellular decline phase, which can have contributed to the effects observed in the screening tests. S. bombicola Lachance & Rose grown in a higher glucose concentration (100 g/L) was able to produce biosurfactants with better properties, namely 2.2 mL foam (in 0.8 mL culture sample); E24= 50 % (unstable); a diameter in the oil spreading test 30 mm and a surface tension of 35.5 mN/m ± 0.25. The addition of oleic acid combined with glucose, after the exponential growth of the S. bombicola strain in solely hydrophilic medium, also led to the biosurfactant production (brown oily precipitate) with E24= 30 % and a diameter in the oil spreading test of 40 mm. R. erythropolis DCL14 produced, eventually, membrane-associated biosurfactants, during the exponential and stationary phases, both in hydrophilic medium or medium combined with hydrophilic and hydrophobic substrates. The biosurfactants produced in hydrophilic medium were able to form 3.2 mL foam (in 0.8 mL culture sample); a light emulsion and oil dispersion. The biosurfactants produced in the second culture medium were able to emulsify the hydrophobic substrates. Finally, the validation of the foaming test as a preliminary screening assay for the selection of biosurfactants-producing organisms was successfully achieved, given the similarity of the results obtained in this test and in the other complementary screening methods as well as its characteristics such as precision, specificity, fasteness, simplicity and ability to analyze a great number of potential candidates in microplates.Os biosurfactantes (BS) podem substituir os seus homólogos químicos, dadas as suas propriedades funcionais que lhes permitem ter uma variedade de aplicações. No entanto, a produção de biosurfactantes pode ser, em alguns casos, mais cara que a dos químicos. O uso de matérias-primas de baixo custo e a descoberta de estirpes com elevados rendimentos de produção são fatores-chave para superar estes obstáculos económicos. Neste contexto, o principal objetivo deste trabalho foi validar um teste preliminar de rastreio de microorganismos produtores de biosurfactantes, designado “teste de espuma”. Em paralelo, foi também avaliada a influência do meio de cultura e do crescimento celular na produção de BS. A combinação dos vários métodos de rastreio, incluindo o índice de emulsificação (E24), o teste de espalhamento de óleo e o teste do anel (Du-Nouy-Ring) foi a abordagem adotada para validar o “teste de espuma”. Diversos meios de cultura foram otimizados para a produção de BS pelas estirpes em estudo (várias estirpes " produtores de carotenóides", Starmerella bombicola Rosa & Lachance, Rhodococcus erythropolis DCL14), incluindo a produção em condições limitantes de azoto ou a adição de precursores lipofílicos ao meio de cultura. A avaliação da produção de BS foi baseada no crescimento celular e nas propriedades dos biosurfactantes (capacidade para formar espuma e emulsão, dispersar o óleo e reduzir a tensão superficial). Quatro estirpes “produtoras de carotenóides”, S. bombicola Rosa & Lachance e R. erythropolis DCL14 foram encontradas estar a produzir biosurfactantes. Bio16EMS5Ng03, uma estirpe “produtoras de carotenóides”, pode estar a produzir BS extracelularmente ou intracelularmente/ associados à membrana em condições de azoto limitante, os quais podem ser responsáveis por formar 3.7 mL de espuma a partir de um volume de líquido de 0.8 mL de amostra de cultura; E24= 50 %; um diâmetro no teste de dispersão de óleo de 35 mm; e uma tensão superficial de 36.0 mN/m ± 0.05. Contudo, componentes da membrana celular podem ter sido libertados para o meio de cultura na fase de declínio celular, os quais podem ter contribuido para os efeitos observados nos testes de screening. S. bombicola Lachance & Rose crescida numa concentração de glucose mais elevada (100 g/L) foi capaz de produzir biosurfactantes com melhores propriedades, nomeadamente 2 mL de espuma (em 0.8 mL de amostra de cultura); E24= 50% (instável); um diâmetro no teste de dispersão de óleo de 30 mm; e uma tensão superficial de 35.5 mN/m ± 0.25. A adição de ácido oleico combinado com glucose, após a fase exponencial de crescimento da estirpe S. bombicola em meio somente hidrofílico, também levou à produção de biosurfactantes (precipitado óleoso castanho) com E24= 30 % e um diâmetro no teste de espallhamento de óleo de 40 mm. R. erythropolis DCL14 produziu, eventualmente, biosurfactantes associados à membrana, durante a fase exponencial e estacionária, tanto em meio hidrofílico como em meio combinado com substratos hidrofílicos e hidrofóbicos. Os biosurfactantes produzidos em meio hidrofílico foram capazes de formar 3.2 mL de espuma (em 0.8 mL de amostra de cultura), uma ligeira emulsão e dispersão de óleo. Os biosurfactantes produzidos no segundo meio de cultura foram capazes de emulsionar os substratos hidrofóbicos. Por fim, a validação do “teste de espuma” como um ensaio de rastreio preliminar para a seleção de organismos produtores de biosurfactantes foi alcançada com sucesso, dada a similaridade dos resultados obtidos neste teste e nos outros métodos de screening complementares, assim como as suas características tais como, precisão, especificidade, simplicidade, rapidez e capacidade de analisar um grande número de potenciais candidatos em microplacas.Rodrigues, L. R.Ferreira, Bruno SommerUniversidade do MinhoBrito, Daniela Araújo de20132013-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/1822/35411eng201185393info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-07-21T12:36:30Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/35411Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T19:32:36.621036Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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