UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS

Apresentação em tema: "UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS"— Transcrição da apresentação:

1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS
CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS DTAiSER - Departamento de Tecnologia Agroindustrial e Sócio-Economia Rural Produção de biomassa lipídica - Single Cell Oil - a partir de resíduos agroindustriais Bárbara Niza; Kaidu Hanashiro; Leornardo Lopes; Leonardo Belchior; Valter Alessio

2 Microrganismos Oleaginosos Triacilgliceróis - TAG
Introdução Microrganismos Oleaginosos Single Cell Oil - SCO Capacidade de acumular grandes quantidades de lipídeos (> 20%) sob determinadas condições de cultivo Triacilgliceróis - TAG

3 Introdução Produção de biocombustíveis
Ainda não explorado industrialmente Vantagens: Produção a partir de fontes de carbono baratas; Ciclo de vida curto; Independe de condições climáticas e estações; Possibilidade de aumento de escala; Não compete com a produção de alimentos.

4 Single Cell Oil Porque utilizar? Single Cell Oil Utilização do resíduo
Meio ambiente Resíduos Matéria-prima Baratos Óleos oriundos de plantas Single Cell Oil Ainda mais utilizados Produção Combustíveis derivados do petróleo Matéria-prima mais utilizada Biocombustíveis Ácidos graxos de interesse Biosurfactantes Poluentes

5 Principais microrganismos investigados:
Microalgas Bactérias Leveduras Bolores

6 Microrganismos Microalgas
Média na composição lipídica: 1 a 70% - 90% Condições heterotróficas: grande produção de biomassa Botryococcus braunii Capaz de acumular altos níveis na parede celular Botryococcus braunii

7 Microrganismos Microalgas Desvantagens:
Matéria-prima para produção de biocombustíveis Desvantagens: Processos autotróficos: fornecimento de luz, CO2 e água, biorreatores ocupando grandes áreas Extração e purificação

8 Microrganismos Bactérias
Média na composição lipídica: 20 a 40% Actinomicetos: até 70% de ácidos graxos. Rápido crescimento; Biorreatores convencionais.

9 Microrganismos Bactérias Desvantagens: Maioria possui baixo acúmulo
Acúmulo em membranas internas Engenharia genética Modular produção desejada

10 Cryptococcus curvatus
Leveduras Microrganismos Rhodosporidium, Rhodotorula e Lipomyces. Composição lipídica: até 70%; Ácidos graxos polinsaturados; Fração de saturados. Ratledge, Kristiansen (2006) Cryptococcus curvatus Acúmulo de ácidos graxos: 90% Similares a óleos vegetais: 44%

11 Microrganismos Leveduras
Xue et al. (2008) Rhodotorula glutinis Efluentes da produção de Glutamato Monossódico Lipídeos: 20% DQO: redução de 45%

12 Microrganismos Bolores
Aspergillus oryzae, Humicola lanuginosa Mortierella Método de cultura fácil; Biorretores convencionais; Lipídeos especiais: ácido γ-linolenico, ácido araquidônico.

13 Essencial para todas as células vivas
Metabolismo Essencial para todas as células vivas Exceção PARASITAS Ácidos graxos de importância biológica; Não ocorre durante o crescimento; CAUSA: deleção de um nutriente do meio 0  N, suficiente C

14 Metabolismo Single Cell Oil
O processo de acumulação em microrganismos oleaginosos em cultura em batelada. O organismos (bac., fungu ou alga) esta crescendo em um meio onde a concentração de NH3 está limitando; quando este esta esgotado as células continuam a consumir o carbono excedente (glicose) existente no meio. Nos organismos oleaginosos este carbono é então convertido em pacotes de triacilglicerol.

15 Metabolismo Single Cell Oil
Representação esquemática da bioquímica da oleogenicidade em microrganismos. Enzima 1, piruvato desidrogenase; 2 citrato sintetase; 3, aconitase; 4, NADH isocitrato desidrogenase – requere AMP para atividade. AMP é desaminado pela enzima 5 imediatamente N se torna limitante; 5, AMP desaminase; 6, ATP: citrato liase; 7, acetil-CoA carboxilase; 8, ácido graxo sintetase; 9, malato desidrogenase; 10, enzima malica.

16 Metabolismo Bactérias: não produzem triacilglicerol;
Saccharomyces cerevisae; Citrato + CoA + ATP → acetil−CoA + oxaloacetato + ADP + Pi Precursor de maior importância: Acetil-Coa; Acetil CoA depende ATP.

17 Metabolismo AMP inosine 5′ − monophosphate +NH3
Ativação da AMP desaminase; Glicose para acetil-CoA Capaz de dar conta do fluxo de substrato; Sob condições limitadas de nitrogênio.

18 Resíduos Agro-Indústriais
Substratos Resíduos Agro-Indústriais Lodo de Esgoto

19 Substratos Resíduos Agro-Industriais Xilose Hidrolisado de celulose
Arabinose Manose Glicerol Amido hidrolisado Hidrolisado de celulose Soro de queijo Fermentação do glutamato Vinhaça Melaço

20 Substratos Diferentes estudos; 50% mais que biomassa (Gordonia sp e Rhodococcus opacus) Valor máximo: 93% e 96% de lipídios em melaço de cana TAGs 88,9 e 57,8 mg/L (alfarroba e laranja) Rhodococcus opacus Alfarrobeira

21 Substratos Efeito de diferentes resíduos agro-industriais em acúmulo de lipídio e TAGS por Rhodococcus opacus GOUDA, OUMAR, AOUAD (2008)

22 Substratos Efeito de diferentes resíduos agro-industriais em acúmulo de lipídio e TAGS por Gordonia sp GOUDA, OUMAR, AOUAD (2008)

23 Saccharomyces cerevisiae Corynebacterium glutamicum
Substratos Vinhaça e melaço Lipídios totais acima de 26%: meio de 50% melaço e 50% vinhaça Saccharomyces cerevisiae Corynebacterium glutamicum

24 Substratos Água residual de azeite
Atividade antimicrobiana por componentes fenólicos; Lipomyces starkeyi; Rendimento de lipídios crescente conforme pré-tratamentos(diluição).

25 Substratos YOUSUF et al. (2010)
Concentração de lipídio em L. starkeyi após 10 dias de cultura em resíduo de azeite YOUSUF et al. (2010)

26 Substratos Lodo de Esgoto Lipomyces starkeyi;
Adição de glicose para C/N em 100 e 60; Acúmulo de lipídio 35,6% e 32,2%; Pré-tratamentos torna processos mais eficientes: hidrólise alcalina, hidrólise ácida, térmico e ultra-som.

27 Tratamento de Resíduos
Biodiesel Biosurfactantes Aplicações Ácidos Graxos de interesse Acúmulo de lipídios; Posteriormente transformados de acordo com o produto desejado.

28 Tratamento de Resíduos
Aplicações Tratamento de resíduos através da utilização de microrganismos; Grande utilização de fungos (leveduras); Redução de DBO e DQO;

29 Aplicações Tratamento de Resíduos
Tratamento de águas residuárias de indústrias de beneficiamento de azeite; Água residuária com DQO 100gL-1 a 200gL-1; Redução de DQO e DBO através da utilização de diferentes espécies de leveduras lipolíticas.

30 Aplicações Tratamento de Resíduos Produção de biomassa;
Fungos, leveduras e bactérias; Degradação de poluentes e potencial utilização como aditivo na alimentação animal;

31 Aplicações Produção de Ácidos Graxos
Produção de ácidos graxos de interesse: Ácido Araquidônico (ARA); Ácido decahexanóico (DHA); Suplemento alimentar infantil (produção de tecido cerebral) Apenas para óleos de difícil obtenção.

32 Produção de Ácidos Graxos
Aplicações

33 Considerações Finais Tecnologia emergente;
Tratamento de resíduos lipídicos Produção de lipídios de interesse Biodiesel Novas pesquisas para otimização dos processos de produção e purificação.

34 Referências AMARETTI, A. et al. Single cell oils of the cold-adapted oleaginous yeast Rhodotorula glacialis DBVPG Microbial Cell Factories, v. 9, n. 73, 2010. ANGERBAUER, C. et al. Conversion of sewage sludge into lipids by Lipomyces starkeyi for biodiesel production. Bioresource Technology, v. 99, p , 2008. AZÓCAR, L. et al. Biotechnological processes for biodiesel production using alternative oils. Applied Microbiology and Biotechnology, v. 88, p , 2010. CAZETTA, M. L.; CELLIGOI, M. A. P. C. Estudo de diferentes combinações de melaço/ vinhaça como substrato para produção de proteínas e lipídios por microrganismos. Ciências Exatas e Tecnológicas, v. 77, n.1, p. 3-10, 2006. GONÇALVES, C. et al. Biological treatment of olive mill wastewater by non-conventional yeasts. Bioresource Technology, v. 100, p , 2009. GOUDA, M.; OMAR, S. H.; AOUAD, L. M. Single cell oil production by Gordonia sp. DG using agro- industrial wastes. World Journal of Microbiology and Biotechnology, v. 24, p , 2008. LACONI, S. et al. Bioremediation of olive oil mill wastewater and production of microbial biomass. Biodegradation, v. 18, p , 2007.

35 Referências Li, Q.; DU, W.; LIU, D. Perspectives of microbial oils for biodiesel production. Applied Microbiology and Biotechnology, v. 80, p , 2008. MENG, X. et al. Biodiesel production from oleaginous microorganisms. Renewable Energy, v. 34, p. 1-5, 2009. PAPANIKOLAOU, S. KOMAITIS, M. AGGELIS, G. Single cell oil (SCO) production by Mortierella isabellina grown on high-sugar content media. Bioresource Technology, v. 95, p , 2004 RATLEDGE, C. Fatty acid biosynthesis in microorganisms being used for Single Cell Oil production. Biochimie, v. 86, p , 2004. RATLEDGE, C.; KRISTIANSEN, B. Basic Biotechnology. 3 ed. Cambridge University Press, RETLEDGE, C.; DAWSON, P. S. S. Biotechnology for the oils and fats industry. The American Oil Chemists Society, 1984. WARD, O. P.; SINGH, A.. Microbial Production of Polyunsaturated Fatty Acids. In: VARMA, A.; PODILA, G. K.. Biotechnological Applications of Microbes. I. K. International Pvt, p

36 Referências WU, S. et al. Microbial lipid production by Rhodosporidium toruloides under sulfate-limited conditions. Bioresource Technology. (no prelo), 2010. XUE, F. et al. Studies on lipid production by Rhodotorula glutinis fermentation using monosodium glutamate wastewater as culture medium. Bioresource Technology, v. 99, p.5923–5927, 2008. YOUSUF, A. et al. Microbial Conversion of Olive Oil Mill Wastewaters into Lipids Suitable for Biodiesel Production. Journal of Agriculture and Food Chemistry, v. 58, p , 2010. Imagens: