Cultivo de Aspergillus niger C em estado sólido em biorreator de leito empacotado para a produção de ácido cítrico e biofertilização de solos
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Data de Publicação: | 2024 |
Tipo de documento: | Trabalho de conclusão de curso |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFSCAR |
Texto Completo: | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/19223 |
Resumo: | To minimize the environmental impact of agricultural activities, it is imperative to replace the use of agrochemicals produced from fossil sources with fertilizers from renewable sources. With regard to phosphate fertilizers, which are generally necessary as a supplement in the initial stages of cultivation, a sustainable alternative is the use of microorganisms capable of promoting the biological solubilization of the mineral from phosphate rocks, in which phosphorus is present in the form of stable complexes that need to be broken down in order to make the mineral available to plants. The main mechanism of phosphate solubilization by microorganisms is related to the production of organic acids. In this scenario, the fungus Aspergillus niger C stands out for its already known ability to produce citric acid and solubilize phosphate from commercial rocks. The production of acid and the solubilization of phosphate by this fungus can be carried out by solid-state fermentation (FES), a bioprocess that allows the use of agro-industrial solid wastes as substrates. In this context, this work aimed to contribute to the development of an industrial process for the production of biofertilizer capable of solubilizing the phosphate present in Brazilian commercial phosphate rock, using the filamentous fungus Aspergillus niger in a packed bed bioreactor (BLE), batch cultivations were carried out and in continuous mode in BLE, in order to compare the results of the scale-up with those obtained previously in bottle scale experiments. The parameters analyzed in the scale-up were: concentration of organic acids, quantified as citric acid using the titration method, concentration of soluble phosphate, quantified by the Murphy and Riley method, concentration of soluble proteins, quantified by the Bradford method, and temperature profiles. Finally, results were obtained that showed that there is a great challenge in controlling the temperature of the fermentative modules during the scale expansion, both in batch cultivation and in continuous cultivation, which resulted in a low metabolization of organic acids, with direct consequence in the solubilization of the commercial phosphate rock. |
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With regard to phosphate fertilizers, which are generally necessary as a supplement in the initial stages of cultivation, a sustainable alternative is the use of microorganisms capable of promoting the biological solubilization of the mineral from phosphate rocks, in which phosphorus is present in the form of stable complexes that need to be broken down in order to make the mineral available to plants. The main mechanism of phosphate solubilization by microorganisms is related to the production of organic acids. In this scenario, the fungus Aspergillus niger C stands out for its already known ability to produce citric acid and solubilize phosphate from commercial rocks. The production of acid and the solubilization of phosphate by this fungus can be carried out by solid-state fermentation (FES), a bioprocess that allows the use of agro-industrial solid wastes as substrates. In this context, this work aimed to contribute to the development of an industrial process for the production of biofertilizer capable of solubilizing the phosphate present in Brazilian commercial phosphate rock, using the filamentous fungus Aspergillus niger in a packed bed bioreactor (BLE), batch cultivations were carried out and in continuous mode in BLE, in order to compare the results of the scale-up with those obtained previously in bottle scale experiments. The parameters analyzed in the scale-up were: concentration of organic acids, quantified as citric acid using the titration method, concentration of soluble phosphate, quantified by the Murphy and Riley method, concentration of soluble proteins, quantified by the Bradford method, and temperature profiles. Finally, results were obtained that showed that there is a great challenge in controlling the temperature of the fermentative modules during the scale expansion, both in batch cultivation and in continuous cultivation, which resulted in a low metabolization of organic acids, with direct consequence in the solubilization of the commercial phosphate rock.Para minimizar impactos ambientais das atividades agrícolas, é mandatório substituir o uso de agroquímicos produzidos por fontes fósseis por fertilizantes de fontes renováveis. Com relação a fertilizantes fosfatados, geralmente necessários como suplementos nas fases iniciais de cultivo, uma alternativa sustentável é empregar microrganismos capazes de promover a solubilização biológica do mineral proveniente de rochas fosfáticas, nas quais o fósforo está presente na forma de complexos estáveis que precisam ser quebrados para que o mineral se torne disponível para as plantas. O principal mecanismo de solubilização de fosfato por microrganismos está associado à produção de ácidos orgânicos. Neste cenário, o fungo Aspergillus niger C se destaca por sua já conhecida capacidade de produzir ácido cítrico e solubilizar fosfato a partir de rochas comerciais. A produção de ácido e a solubilização de fosfato por esse fungo pode ser feita via fermentação em estado sólido (FES), bioprocesso que permite empregar resíduos sólidos agroindustriais como substratos. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo contribuir para o desenvolvimento de um processo industrial de produção de biofertilizante capaz de solubilizar o fosfato presente em rochas fosfáticas comerciais brasileiras utilizando fungo filamentoso Aspergillus niger em biorreator de leito empacotado (BLE), foram realizados cultivos em batelada e em modo contínuo em BLE, a fim de comparar os resultados provenientes da ampliação de escala com os resultados dos experimentos em escala de frascos obtidos previamente. Os parâmetros analisados no aumento de escala foram: a concentração de ácidos orgânicos, quantificados como ácido cítrico a partir do método de titulação, a concentração de fosfato solúvel, quantificado pelo método Murphy e Riley, a concentração de proteínas solúveis, quantificadas pela metodologia de Bradford, e os perfis de temperatura. Por fim, foram obtidos resultados que demonstraram haver grande desafio no controle de temperatura dos módulos fermentativos na ampliação de escala, tanto nos cultivos em batelada, quanto no cultivo contínuo, o que acarretou uma baixa metabolização de ácidos orgânicos, com consequência direta na solubilização da rocha fosfática comercial.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)2020/05219-4porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosEngenharia Química - EQUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessBiofertilizante fosfatadoSustentabilidadeCultivo em estado sólidoBiorreator de leito empacotadoENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICACultivo de Aspergillus niger C em estado sólido em biorreator de leito empacotado para a produção de ácido cítrico e biofertilização de solosSolid-state cultivation of Aspergillus niger C in a packed-bed bioreactor for citric acid production and soil biofertilizationinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALTrabalho de Graduação_Marília Batistella .pdfTrabalho de Graduação_Marília Batistella .pdfTrabalho de conclusao Marilia Batistella Costaapplication/pdf977309https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/19223/1/Trabalho%20de%20Gradua%c3%a7%c3%a3o_Mar%c3%adlia%20Batistella%20.pdf7aec44f8d36217487eaabf35d77754abMD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/19223/2/license_rdff337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD52TEXTTrabalho de Graduação_Marília Batistella .pdf.txtTrabalho de Graduação_Marília Batistella .pdf.txtExtracted texttext/plain121156https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/19223/3/Trabalho%20de%20Gradua%c3%a7%c3%a3o_Mar%c3%adlia%20Batistella%20.pdf.txta23c255b7b4e99ea77d16e23f55a8f31MD53ufscar/192232024-05-14 17:30:37.977oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/19223Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222024-05-14T17:30:37Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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