Produção de biossurfactante por Bacillus invictae UCP1617 para formulação de um detergente eco-friendly como aditivo na remediação de petroderivados.
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Universidade Católica de Pernambuco
Surfactants are amphipathic molecules that reduce surface and interfacial tension between fluid
phases, providing detergency, emulsification and phase dispersion. Most surfactants in
industrial use are derived from petroleum; however, interest in microbiological surfactants has
increased due to the biodegradability and reduced toxicity of these biomolecules. Therefore, this
work aimed to evaluate the production and commercial formulation of a new biosurfactant using
the bacterium Bacillus invictae UCP1617. Initially, the production of the biosurfactant was
carried out using different combinations of alternative substrates (sugar cane molasses and
millet). Then, a complete factorial design was used as a tool to optimize the variables of
agitation, temperature, and inoculum size in a mineral medium containing 1.5% corn steep
liquor. The best planning condition obtained (agitation of 175 rpm at 28°C and 4% inoculum)
was used to scale up biosurfactant production in a 50 L bioreactor. Biosurfactant production in
the bioreactor reached a productivity corresponding to 16.70 mg/L/h. The surface tension of the
medium was reduced from 69.50 to 30.20 mN/m after 72 hours of fermentation. The
biosurfactant was isolated and structurally characterized as a glycolipid and its CMC was
determined as 900 mg/L for a surface tension of 29.10 mN/m. The biosurfactant was subjected
to stability evaluation under different environmental conditions, being able to form stable
emulsions of greater efficiency with engine oil (90.80%) and petroleum (99.00%). The
formulation of the biosurfactant to obtain an eco-friendly detergent was carried out with the
addition of 0.2% of the stabilizer hydroxyethylcellulose (HEC), 5% fatty acid, and 0.2%
potassium sorbate, and the commercial product was stored at 28ºC for 90 days. The formulated
biosurfactant maintained the stability of its surface tension at various pHs, temperatures, and
NaCl concentrations and presented an absence of toxicity proven by the growth of the seeds of
the vegetable cabbage Coração-de-Boi (Brassica oleracea) and cherry tomato (Solanum
lycopersicum), as well as the survival of the microcrustacean Artemia salina. The formulated
biosurfactant was able to fully disperse the oil in seawater. When placed in clayey soil
contaminated with engine oil, the biosurfactant was able to remove, in 24 hours, 99.21% of the
oil contained in the soil when used in its CMC. The formulated biosurfactant removed 98.42% of
the oil adhered to the glass surface and removed 75.00% of the hydrophobic compound
adsorbed to the porous surface in its CMC. Therefore, the commercial biosurfactant produced
by Bacillus invictae UCP1617 demonstrates the feasibility of application as an eco-friendly
biotechnological additive for remediation processes that consider the preservation and reduction
of environmental impacts on ecosystems.
Os surfactantes são moléculas anfipáticas que reduzem a tensão superficial e interfacial entre
fases fluidas, conferindo detergência, emulsificação e dispersão de fases. A maioria dos
surfactantes em uso industrial é derivada do petróleo; entretanto, o interesse por surfactantes
microbiológicos tem aumentado devido à biodegradabilidade e toxicidade reduzida dessas
biomoléculas. Portanto, este trabalho teve como objetivo avaliar a produção e a formulação
comercial de um novo biossurfactante pela bactéria Bacillus invictae UCP1617. Inicialmente, a
produção do biossurfactante foi realizada utilizando diferentes combinações de substratos
alternativos (melaço de cana-de-açúcar e milhocina). Em seguida, um planejamento fatorial
completo foi utilizado como ferramenta para otimização das variáveis agitação, temperatura e
tamanho do inóculo em meio mineral contendo 1,5% milhocina. A melhor condição do
planejamento obtida (agitação de 175 rpm a 28°C e 4% de inóculo) foi utilizada para o scale-up
de produção do biossurfactante em biorreator de 50 L. A produção do biossurfactante no
biorreator alcançou uma produtividade correspondente a 16,70 mg/L/h. A tensão superficial do
meio foi reduzida de 69,50 para 30,20 mN/m após 72 horas de fermentação. O biossurfactante
foi isolado e caracterizado estruturalmente como um glicolipídeo e sua CMC foi determinada
como 900 mg/L para uma tensão superficial de 29,10 mN/m. O biossurfactante foi submetido a
avaliação da estabilidade em diferentes condições ambientais, sendo capaz de formar
emulsões estáveis de maior eficiência com óleo de motor (90,80%) e petróleo (99,00%). A
formulação do biossurfactante para obtenção de um detergente eco-friendly foi conduzida com
a adição de 0,2% do estabilizante hidroxietilcelulose (HEC), 5% de ácido graxo e 0,2% de
sorbato de potássio e o produto comercial foi armazenado à 28ºC durante 90 dias. O
biossurfactante formulado manteve a estabilidade de sua tensão superficial em vários pHs,
temperaturas e concentrações de NaCl e apresentou ausência de toxicidade comprovada pelo
crescimento das sementes dos vegetais repolho Coração-de-Boi (Brassica oleracea) e tomate
cereja (Solanum lycopersicum), bem como pela sobrevivência do microcrustáceo Artemia
salina. O biossurfactante formulado foi capaz de dispersar totalmente o óleo em água do mar.
Ao ser colocado em solo argiloso contaminado com óleo de motor, o biossurfactante foi capaz
de remover, em 24 horas, 99,21% do óleo contido no solo quando usado na sua CMC. O
biossurfactante formulado removeu 98,42% do óleo aderido à superfície de vidro e foi capaz de
remover 75,00% do composto hidrofóbico adsorvido à superfície porosa na sua CMC. Portanto,
o biossurfactante comercial produzido por Bacillus invictae UCP1617 demonstra viabilidade de
aplicação como aditivo biotecnológico ecofriendly para os processos de remedição que
considerem a preservação e a redução dos impactos ambientais sobre os ecossistemas.
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Citação
BARATA, Maria Inez Campello. Produção de biossurfactante por Bacillus invictae UCP1617 para formulação de um detergente eco-friendly como aditivo na remediação de petroderivados. 2024 112 f. Mestrado (Dissertação) - Universidade Católica de Pernambuco Programa de Pós-graduação em Desenvolvimento de Processos Ambientais. Mestrado em Desenvolvimento de Processos Ambientais, Recife, 2024.