Influência da transferência de oxigênio na produção de biossurfactante por bacillus subtilis ATCC 21332

Abstract

Os biossurfactantes são compostos anfifílicos produzidos por microrganismos e que são capazes de diminuir as tensões superficiais e interfaciais. A surfactina, produzida por Bacillus subtilis, apresenta-se como um dos biossurfactantes mais poderosos em termos de atividade superficial. Contudo, o alto custo e o baixo rendimento associados à sua produção acaba limitando sua aplicação extensiva na indústria. Assim, faz-se necessário o desenvolvimento de estratégias que visem aumentar o rendimento e diminuir os custos envolvidos na produção desse biossurfactante. O fornecimento de oxigênio dissolvido suficiente, através da agitação mecânica e da aeração, é essencial para garantir a eficiência do processo de produção da surfactina. Entretanto, quando se conduz um processo em biorreator em aerobiose, é necessário avaliar a capacidade de transferência de oxigênio do sistema através do coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (kLa). Diante do que foi exposto, este estudo propõe a caracterização da agitação e aeração do biorreator a ser empregado, através da determinação do coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (kLa) em condições de baixas vazões de aeração, além da execução de ensaios para a produção de surfactina por Bacillus subitlis ATCC 21332 em determinados valores de kLa. Os ensaios foram conduzidos em biorreator descontínuo, em meio salino composto por 10 g.L-1 de glicose e suplementado com extrato de levedura. Os resultados mostraram que as maiores produtividades em surfactina foram obtidas quando houve uma transferência de oxigênio mais eficiente, ou seja, quando se utilizaram os maiores valores de kLa, Para os ensaios realizados com aeração em profundidade, a concentração de surfactina foi muito maior no líquido efluente do que dentro do biorreator, e, assim, a maior parte do biossurfactante produzido foi recuperada através da espuma. Além disso, na maioria dos ensaios houve uma redução da concentração celular na espuma, bem como da concentração de substrato, em relação ao que foi encontrado no reator, o que pode ser de grande importância, dependendo de como se pretende operar o biorreator.<br>

Abstract: Biosurfactants are amphiphilic compounds that are able to lower the surface and interfacial tension. Surfactin appears as one of the most powerful biosurfactants due its high superficial activity. However, the high cost and low yield associated with surfactin production end up limiting its widespread implementation in industry. Thus, it is necessary to develop strategies that allow higher yields and lower costs in the production of this biosurfactant. The supply of sufficient dissolved oxygen through mechanical agitation and aeration appears to play important roles in the efficiency of surfactin production. Nevertheless, when we operates a reactor under aerobic conditions, it is necessary to evaluate the oxygen transfer capacity of the system through the volumetric oxygen transfer coefficient (kLa). Based on the above considerations, the aim of this study is to characterize the aeration and agitation of the bioreactor, which will be used, by determining the volumetric oxygen transfer coefficient under low rates of aeration and agitation, as well as carrying on experiments for surfactin production by Bacillus subtilis ATCC 21332 according to the certain kLa values. The fermentations were carried on in a stirred tank batch bioreactor in a mineral salts medium composed by 10 g.L-1 of glucose and supplemented with yeast extract. The results showed that the highest surfactin productivities were achieved when there was an efficient oxygen transfer, in other words, when larger kLa values were employed. For the experiments conducted under a series of combination of aeration and agitation rates, surfactin concentration was higher in the effluent liquid than into the bioreactor, and thus, most of the biosurfactant was recovered in the foam. In addition, in most of the fermentations there was a biomass concentration decrease in the foam, as well as a substrate concentration decrease, which may be valuable information for process design.