Obtenção de vanilina por via microbiana

Doctoral thesis Portuguese OPEN
Vasconcelos, Marcio dos Santos (2014)
  • Subject: Biotecnologia

Orientadora : Profa. Dra. Adriane B. P. Medeiros Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia. Defesa: Curitiba,14/11/2014 Bibliografia: fls. 102-105 Resumo: Este trabalho teve como objetivo a determinação das melhores condições para o desenvolvimento de um processo viável de produção biotecnológica de vanilina a partir de fermentação por microrganismos. Foram testados protocolos para estabelecimento do cultivo de tecidos e células de Vanilla planifolia a serem utilizadas nos cocultivos com as cepas bacterianas. Um dos protocolos testados para o cultivo de tecidos foi apropriado para a germinação das plantas e estabelecimento da cultura vegetal, porém para o estabelecimento da cultura de células ainda não foi possível ajustar um protocolo viável. Para análise da tolerância das bactérias aos compostos, as cepas foram cultivadas em meio contendo diferentes concentrações dos mesmos e a biomassa foi determinada por densidade óptica. Para os estudos da produção de vanilina foi feito um DCCR e as amostras dos experimentos foram analisadas em HPLC e utilizadas para o desenvolvimento de um método colorimétrico para detecção de vanilina. Com relação à tolerância dos compostos testados Amycolatopsis orientalis foi capaz de crescer em concentrações de 1,0 a 5,0 g/L de isoeugenol e não foi capaz de crescer no meio com vanilina a 5,0 g/L. Bacillus subtilis MLPB cresceu apenas na presença de isoeugenol a 2,0 e 5,0 g/L e vanilina 0,5 g/L. Três cepas isoladas, M1, M2 e M3, cresceram com isoeugenol e apresentaram crescimento para a vanilina inclusive na concentração de 5 g/L e para o ácido ferúlico e eugenol. Considerando a capacidade de produção de vanilina para A. orientalis e B. subtilis a taxa de inóculo não foi um fator significativo na determinação das variáveis testadas e o melhor tempo para a adição dos precursores foi estabelecido em 12 horas após o inicio da fermentação. Amycolatopsis orientalis apresentou a melhor produção média utilizando eugenol como precursor com acumulo de 46,02 mg/L de vanilina em meio contendo 0,3 g/l de precursor adicionado após 36 horas do início do cultivo, 7% de inóculo e 15 g/L de glicose, inclusive com melhor taxa de bioconversão 15,34%. Bacillus subtilis MLPB utilizando o isoeugenol como precursor a 10 g/L alcançou uma produção média de 214,56 mg/L ± 6,84 de vanilina com uma taxa de bioconversão de 2,22 %. As cepas M1, M2 e M3 foram capazes de bioconverter todos os precursores estudados neste trabalho, porém os melhores valores foram para o isoeugenol nos três casos. O máximo de produção de vanilina foi de 125,66 mg/L para a cepa M1 e taxa de bioconversão de 1,22 %; 372,90 mg/L e bioconversão de 3,61 % para M2 e 262,61 mg/L e bioconversão de 2,57 % para M3. Os resultados obtidos nas fermentações feitas com 1 a 10 g/L de isoeugenol com a cepa M2 mostraram maior produção (596,88 mg/L) de vanilina com a maior concentração do precursor (10 g/L), melhor eficiência molar foi obtida com a concentração de 1g/L de isoeugenol (15,69%) e a melhor viabilidade econômica foi verificada com a utilização de 5,5 g/L de isoeugenol, a qual apresentou saldo líquido de R$ 0,66 por litro de fermentado. Abstract: This study aimed to identify the best conditions for the development of a viable process of biotechnological production of vanillin from fermentation by microorganisms. Protocols were tested for tissue culture is established and Vanilla planifolia cells to be used in cocultures with bacterial strains. One of the protocols tested for tissue culture was suitable for plant emergence and establishment of plant culture, but to the cell culture establishment has not yet been possible to set a viable protocol. For analysis of bacterial tolerance to the compounds of the strains were cultured in medium containing different concentrations of the same and the biomass was determined by optical density. For the production of vanillin was made a CCRD studies and experiments samples were analyzed on HPLC and used for the development of a colorimetric detection method for vanillin. With regard to tolerance of Amycolatopsis orientalis compounds tested was able to grow at concentrations of 1.0 to 5.0 g / L of isoeugenol and was not able to grow in medium with vanillin 5.0 g / L. Bacillus subtilis MLPB grew only in the presence of isoeugenol and 5.0 to 2.0 g / l vanillin and 0.5 g / L. Three strains, M1, M2 and M3, grew up with isoeugenol and grew to vanillin including the concentration of 5 g / L and ferulic acid and eugenol. Whereas vanillin production capacity for A. orientalis and B. subtilis inoculum rate was not a significant factor in determining the variables tested and the best time for addition of the precursors was set at 12 hours after initiation of fermentation. Amycolatopsis orientalis had the best average production using eugenol as a precursor with accumulation of 46.02 mg / L vanillin in medium containing 0.3 g / l precursor added after 36 hours of initial plating 7% inoculum and 15 g / L glucose, including better bioconversion 15.34%. using Bacillus subtilis MLPB as a precursor isoeugenol to 10 g / L reached an average production of 214.56 mg / L ± 6.84 with a bioconversion of vanillin 2.22%. The strains M1, M2 and M3 were able to bioconvert all precursors studied in this work, but the best values were isoeugenol for the three cases. The maximum vanillin production was 125.66 mg / L to M1 and bioconversion strain of 1.22%; 372.90 mg / L and 3.61% for bioconversion M2 and 262.61 mg / L and 2.57% for bioconversion M3. The results of the fermentations carried out with 1 to 10 g / L M2 with isoeugenol strain showed higher production (596.88 mg / L) of vanillin with the highest concentration of the precursor (10 g / L) molar better efficiency was obtained with the concentration of 1 g / L of isoeugenol (15.69%) and higher profitability was verified with the use of 5.5 g / L of isoeugenol, which had a net balance of R $ 0.66 per liter of fermented.
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