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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.97.2012.tde-24092013-101712
Document
Author
Full name
Juan Daniel Rivaldi Chavez
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Lorena, 2012
Supervisor
Committee
Mancilha, Ismael Maciel de (President)
Prata, Arnaldo Márcio Ramalho
Gurpilhares, Daniela de Borba
Moraes, Izabel Cristina Freitas
Trindade, Carmen Silvia Favaro
Title in Portuguese
Crescimento e caracterização enzimática de bactérias probióticas em meio contendo glicerol e seu encapsulamento em matriz polimérica natural
Keywords in Portuguese
Amido de banana verde
Biomassa
Glicerol de biodiesel
Glicerol quinase
Lactobacillus
Microencapsulamento
Probióticos
Abstract in Portuguese
O aproveitamento biotecnológico do glicerol representa uma alternativa para a redução dos problemas ambientais derivados do acúmulo de glicerol originado do processo de produção de biodiesel. O glicerol bruto (70,6% p/p) resultante do processo de transesterificação do óleo de soja e metanol foi submetido a tratamento com ácidos inorgânicos, com o objetivo de remover impurezas e reduzir a alcalinidade resultante do excesso de catalisador (KOH). A fração glicerínica resultante foi caracterizada quanto à concentração de glicerol, ésteres e íons metálicos; e empregada como fonte de carbono e energia para crescimento de bactérias probióticas. Os probióticos são organismos vivos que, quando administrados em quantidades adequadas, conferem benefício à saúde do hospedeiro. Quinze estirpes de Lactobacillus, com características probióticas, foram avaliadas quanto à capacidade de crescimento em meio contendo glicerol de biodiesel tratado (20 g/L) como principal fonte de carbono, sob condições de pHinicial=6,0 e 37 °C. Os resultados demonstraram a eficácia do ácido fosfórico para remoção de impurezas do glicerol bruto, o que permitiu a obtenção de uma fração contendo 900 a 964 g/L de glicerol. A avaliação de formulações de meios de cultivo contendo glicerol tratado revelou que treze estirpes de Lactobacillus mostraram capacidade de crescimento em glicerol de biodiesel, sendo os maiores rendimentos (YX/S) de 0,34, 0,28 e 0,26 g/g para as estirpes L. delbrueckii UFV-H2b20, L. acidophilus ATCC 4356 e L. plantarum ATCC 8014, respectivamente. A cinética de crescimento das estirpes selecionadas foi estudada em meio MRS modificado (ausência de glicose) contendo glicerol (10 g/L) suplementado ou não com citrato de amônio (2 g/L) e acetato de sódio (5,0 g/L), pH 6,0; 37 °C e 150 rpm. Os maiores rendimentos foram alcançados quando se utilizou meio MRS modificado contendo citrato de amônio e acetado de sódio; gerando valores de rendimentos correspondentes a 0,46, 0,38 e 0,46 g/g para L. delbrueckii UFV-H2b20, L. acidophilus ATCC 4356 e L. plantarum ATCC 8014, respectivamente. No tocante a atividade das enzimas envolvidas na assimilação de glicerol, glicerol quinase (EC. 2.7.1.30) e glicerol desidrogenase (EC.1.1.1.72), os resultados mostraram que, nos extratos livres de células de L. plantarum ATCC 8014, L. delbrueckii UFV-H2b20 e L. acidophilus ATCC 4356, os valores de atividade específica de glicerol quinase após 24 h de cultivo foram 91,1; 232,5 e 228,7 U/mg, respectivamente. Os valores da constante de Michaelis-Menten (Km) foram de 3,7; 1,2 e 2,5 mM para glicerol quinase e 19,2; 12,8; 33,3 e mM para glicerol desidrogenase de L. plantarum ATCC 8014, L. delbrueckii UFV-H2b20 e L. acidophilus ATCC 4356, respectivamente. Os valores de velocidades máximas (Vmáx) da reação foram de 46,4; 115,1 e 119,4 µM/min para glicerol quinase e 1,23; 1,03 e 2,7µM/min para glicerol desidrogenase de L. plantarum ATCC 8014, L. delbrueckii UFV-H2b20 e L. acidophilus ATCC 4356, respectivamente. A avaliação da técnica de encapsulamento de células de Lactobacillus probióticos em alginato-amido de banana verde (2%/2%) pela técnica de emulsificação em óleo vegetal e gelificação ionotrópica, permitiu a sobrevivência das células encapsuladas superior a 65%, na presença de fluído gástrico simulado, bem como sob condições de armazenagem a 4 °C. Os resultados do presente trabalho revelaram a potencialidade da utilização de glicerol de biodiesel como fonte de carbono e energia para o crescimento de bactérias lácticas que apresentam propriedades probióticas, visando a obtenção de um produto microencapsulado em matriz polimérica natural.
Title in English
Growth and enzymatic characterization of probiotic bacteria in medium containing glycerol and their encapsulation in natural polymer matrix
Keywords in English
Biodiesel-derived glycerol
Biomass
Glycerol kinase
Green banana starch
Lactobacillus
Microencapsulation
Probiotics
Abstract in English
Biotechnological utilization of biodiesel-derived glycerol represents an alternative for the reduction of the environment concerns associated with the accumulation of this byproduct. Crude glycerol (70.6% w/w), obtained from the transesterification process of soybean oil and methanol; was treated with inorganic acids in order to remove impurities and decrease the alkalinity derived from the excess of catalyst (KOH). The glycerine fraction obtained was characterized regarding the final glycerol concentration, esters and metallic ions; and it was utilized as source of carbon and energy for growth of probiotic bacteria. Probiotics are live microorganisms that, when administered in adequate amounts, confer a health benefit on the host. Fifteen probiotic bacterial strains were screened to evaluated their capabilities to assimilate treated-glycerol (20 g/L) as main carbon source, at pH=6.0 and 37 °C. The results showed the effectiveness of the phosphoric acid for the removal of impurities from crude glycerol; allowing to attain a glycerol fraction containing 964 g/L. The evaluation of media containing treated glycerol revealed that thirteen strains of Lactobacillus showed capability to grow in biodiesel-derived glycerol, with yieds (YX/S) of glycerol conversion of 0.34, 0.28 and 0.26 g/g for L. delbrueckii UFV-H2b20, L. acidophilus ATCC 4356 and L. plantarum ATCC 8014, respectively. Kinetics of growth of the selected strains was studied in modified MRS medium containing glycerol(10 g/L) supplemented with or in the absence of ammonium citrate (2 g/L) and sodium acetate (5 g/L), pH 6.0; 37 °C and 150 rpm. The highest yields were attained in modified MRS containing ammonium citrate and sodium acetate; with 0.46, 0.38 and 0.46 g/g for L. delbrueckii UFV-H2b20, L. acidophilus ATCC 4356 and L. plantarum ATCC 8014, respectively. The free-cell extract of L. plantarum ATCC 8014, L. delbrueckii UFV-H2b20 and L. acidophilus ATCC 4356 showed activity for glycerol kinase (EC.2.7.1.30) and glycerol dehydrogenase (EC1.1.1.72). The maximal glycerol kinase activity was attained at the late exponential phase of growth, with 91.1; 232.5 and 228.7 U/mg for L. plantarum ATCC 8014, L. delbrueckii UFV-H2b20 and L. acidophilus ATCC 4356, respectively. The Michaelis-Menten (Km) values were 3.7; 1.2 and 2.5 mM for glycerol kinase and 19.2; 12.4 and 33.2 mM for glycerol dehydrogenase of L. plantarum ATCC 8014; L. delbrueckii UFV-H2b20 and L. acidophilus ATCC 4356, respectively. The maximum reaction rates (Vmáx) were 46.5; 115.1 and 119.4 µM/min for glycerol kinase and 1.23; 1.03 and 270 µM/min for glycerol dehydrogenase of L. plantarum ATCC 8014; L. delbrueckii UFV-H2b20 and L. acidophilus ATCC 4356, respectively. Furthermore, the results of the evaluation of probiotic Lactobacillus cell encapsulation in alginate-unripe banana starch (2%/2%) obtained by emusification in soybean oil and ionotropic gelification with calcium chloride, showed a cell survival rate higher than 65%, regarding the initial cell concentration in simulated gastric fluid,and during 28 days stored at 4 °C. The results revealed that, glycerol from biodiesel production process represents a potential carbon and energy source for the growth of probiotic bacteria.
 
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Release Date
2017-10-02
Publishing Date
2013-10-02
 
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