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

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

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.

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

Principais microrganismos investigados: Microalgas Bactérias Leveduras Bolores

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

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

Microrganismos Bactérias Média na composição lipídica: 20 a 40% Actinomicetos: até 70% de ácidos graxos. Rápido crescimento; Biorreatores convencionais. http://www.nrib.go.jp/English/annai/introduce/microorganism.htm

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

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%

Microrganismos Leveduras Xue et al. (2008) Rhodotorula glutinis Efluentes da produção de Glutamato Monossódico Lipídeos: 20% DQO: redução de 45% http://visualsunlimited.photoshelter.com/image/I0000joyzzMaDaO8

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

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

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.

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.

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.

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.

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

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

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

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

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

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

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

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

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.

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

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

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.

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

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.

Produção de Ácidos Graxos Aplicações

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

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