Produ

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Produção de biomassa lipídica - Single Cell Oil
- a partir de resíduos agroindustriais
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS CENTRO DE
CIÊNCIAS AGRÁRIAS DTAiSER - Departamento de
Tecnologia Agroindustrial e Sócio-Economia Rural

• Bárbara Niza Kaidu Hanashiro Leornardo Lopes
• Leonardo Belchior Valter Alessio

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Introdução
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.

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

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

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Microrganismos
Bactérias

• Média na composição lipídica 20 a 40
• Actinomicetos até 70 de ácidos graxos.
• Rápido crescimento
• Biorreatores convencionais.

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Microrganismos
Bactérias

• Desvantagens
• Maioria possui baixo acúmulo
• Acúmulo em membranas internas
• Engenharia genética
• Modular produção desejada

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Microrganismos
Leveduras

• 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
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Microrganismos
Leveduras

• Xue et al. (2008)
• Rhodotorula glutinis
• Efluentes da produção de Glutamato Monossódico
• Lipídeos 20
• DQO redução de 45

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Microrganismos
Bolores

• Aspergillus oryzae, Humicola lanuginosa
  Mortierella
• Método de cultura fácil
• Biorretores convencionais
• Lipídeos especiais ácido ?-linolenico, ácido
  araquidônico.

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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

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Single Cell Oil
Metabolismo
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.
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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.
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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.

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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.

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Substratos

• Resíduos Agro-Indústriais
• Lodo de Esgoto

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Substratos
Resíduos Agro-Industriais
Xilose Arabinose Manose Glicerol Amido
hidrolisado
Hidrolisado de celulose Soro de
queijo Fermentação do glutamato Vinhaça Melaço
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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
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Substratos
Efeito de diferentes resíduos agro-industriais em
acúmulo de lipídio e TAGS por Rhodococcus opacus
GOUDA, OUMAR, AOUAD (2008)
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Substratos
Efeito de diferentes resíduos agro-industriais em
acúmulo de lipídio e TAGS por Gordonia sp
GOUDA, OUMAR, AOUAD (2008)
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Substratos

• Vinhaça e melaço
• Lipídios totais acima de 26 meio de 50 melaço
  e 50 vinhaça

Saccharomyces cerevisiae Corynebacterium
glutamicum
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Substratos

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

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

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Aplicações
Tratamento de Resíduos
Biodiesel
Biosurfactantes
Ácidos Graxos de interesse

• Acúmulo de lipídios
• Posteriormente transformados de acordo com o
  produto desejado.

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Aplicações
Tratamento de Resíduos

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

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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.

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Aplicações
Tratamento de Resíduos

• Produção de biomassa
• Fungos, leveduras e bactérias
• Degradação de poluentes e potencial utilização
  como aditivo na alimentação animal

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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.

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Aplicações
Produção de Ácidos Graxos
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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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Referências

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  cold-adapted oleaginous yeast Rhodotorula
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• CAZETTA, M. L. CELLIGOI, M. A. P. C. Estudo de
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  PODILA, G. K.. Biotechnological Applications of
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  Oil Mill Wastewaters into Lipids Suitable for
  Biodiesel Production. Journal of Agriculture and
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• http//www.espirogiras.blogspot.com
• http//www.design-ergonomia.blogspot.com
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• http//visualsunlimited.photoshelter.com/image/I00
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  e-cozinha-diario/