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https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/36766| Tipo: | Tese |
| Título: | Produção de poli-hidroxibutirato por bactéria Cupriavidus necator utilizando melaço de cana-de-açúcar |
| Autor(es): | Melo, Débora Jamila Nóbrega de |
| Primeiro Orientador: | Silva, Lucineide Balbino da |
| Resumo: | O crescimento populacional, associado ao consumo desenfreado, acarreta o aumento do uso de plásticos de origem petrolífera e o seu descarte inadequado têm causado impactos negativos significativos nos ecossistemas terrestres e aquáticos, além de repercussões preocupantes para a saúde humana. O plástico representa uma grave ameaça à vida selvagem, animais frequentemente confundem fragmentos de plástico com alimento, ingerindo materiais que causam obstruções no trato digestivo, desnutrição e morte. Além disso, redes de pesca descartadas e outros resíduos plásticos podem aprisionar e ferir animais marinhos. Como forma de minimizar os problemas ambientais oriundos da sua fragmentação e longevidade, cada vez mais se busca produzir polímeros de fácil biodegradação e de baixos custos de produção. O objetivo dessa pesquisa foi obter um polímero de origem microbiana, a partir de uma fonte renovável. O polihidroxibutirato bacteriano (PHB-B) foi produzido por Cupriavidus necator, utilizando melaço de cana comercial (MCC) como fonte de carbono no substrato. Foi avaliada a influência da temperatura de cultivo (30, 34 e 38 ºC) e da concentração inicial de CCM, como fonte de carbono (5, 10, 15 g.L-1 de açúcares redutores AR) na produção de PHB-B em 72 h de cultivo. Para isto, foi realizado um planejamento fatorial completo 22 com três repetições no ponto central. Os cultivos foram realizados em frascos Erlenmeyers com capacidade de 300 mL, contendo 200 mL de meio de cultura composto por KH2PO4 (3 g.L−1), K2HPO4 (7 g.L−1), (NH4)2SO4 (1 g.L−1), MgSO4.7H2O (0,2 g.L−1) e MCC nas concentrações indicadas pelo planejamento fatorial juntamente com o microrganismo. O melaço de cana se mostrou eficaz como fonte de carbono, com rendimento máximo de 35,70% de PHB-B ocorrendo a 30 °C com 15 g.L-1 de açúcares redutores, sob agitação de 180 rpm. O PHB-B apresentou os mesmos grupos funcionais do polihidroxibutirato comercial (PHB-C), como também a mesma estrutura cristalina para ambos. O grau de cristalinidade do PHB-B e PHB-C foi de 51,71 e 62,01 %, respectivamente. O PHB-B apresentou pico duplo de fusão a 160,79 e 170,05 oC, enquanto o PHB-C apresentou temperatura de cristalização no segundo aquecimento de 39,93 oC e apenas um pico de fusão a 166,09 oC. As temperaturas iniciais e máximas de degradação térmica foram de 233 e 262 oC e de 258 e 279 oC para o PHB-B e PHB-C, respectivamente, e o processo de degradação térmica se deu em uma única etapa. A energia de ativação revelou que o PHB-B é mais resistente a degradação térmica do que o PHB-C. Os parâmetros termodinâmicos indicam que o perfil de degradação térmica é do tipo endotérmico e que os processos de degradação térmica ocorrem espontaneamente para ambos biopolímeros estudados. Nesse estudo se comprova que o melaço de cana-de-açúcar comercial pode produzir PHB bacteriano biodegradável e resistente a degradação térmica, propriedade de interesse para o processamento e a estocagem desse biopolímero valorizando as suas aplicações. |
| Abstract: | Population growth, combined with unbridled consumption, has led to an increase in the use of petroleum-based plastics, and their improper disposal has caused significant negative impacts on terrestrial and aquatic ecosystems, in addition to worrying repercussions for human health. Plastic poses a serious threat to wildlife; animals often mistake plastic fragments for food, ingesting materials that cause obstructions in the digestive tract, malnutrition, and death. In addition, discarded fishing nets and other plastic waste can trap and harm marine animals. In order to minimize the environmental problems arising from their fragmentation and longevity, there is an increasing search for polymers that are easily biodegradable and have low production costs. The objective of this research was to obtain a polymer of microbial origin from a renewable source. Bacterial polyhydroxybutyrate (PHB-B) was produced by Cupriavidus necator, using commercial sugarcane molasses (MCC) as a carbon source in the substrate. The influence of cultivation temperature (30, 34, and 38 ºC) and initial concentration of CCM as a carbon source (5, 10, 15 g.L-1 of reducing sugars AR) on the production of PHB-B in 72 h of cultivation was evaluated. For this purpose, a complete factorial design 22 with three replicates at the central point was performed. The cultivations were carried out in Erlenmeyer flasks with a capacity of 300 mL, containing 200 mL of culture medium composed of KH2PO4 (3 g.L−1), K2HPO4 (7 g.L−1), (NH4)2SO4 (1 g.L−1), MgSO4.7H2O (0.2 g.L−1) and MCC at the concentrations indicated by the factorial design together with the microorganism. Sugarcane molasses proved to be effective as a carbon source, with a maximum yield of 35.70% of PHB-B occurring at 30 °C with 15 g.L-1 of reducing sugars, obtained at 180 rpm. PHB-B presented the same functional groups as commercial polyhydroxybutyrate (PHB-C), as well as the same crystalline structure for both. The degree of crystallinity of PHB-B and PHB-C was 51.71 and 62.01%, respectively. PHB-B presented a double melting peak at 160.79 and 170.05 °C, while PHB-C presented a crystallization temperature in the second heating of 39.93 °C and only one melting peak at 166.09 °C. The initial and maximum temperatures of thermal manipulation were 233 and 262 °C and 258 and 279 °C for PHB-B and PHB-C, respectively, and the thermal purification process occurred in a single step. The activation energy revealed that PHB-B is more resistant to thermal manipulation than PHB-C. The thermodynamic configurations indicate that the thermal manipulation profile is endothermic and that the thermal manipulation processes occur spontaneously for both trained biopolymers. This study proves that commercial sugarcane molasses can produce biodegradable bacterial PHB that is resistant to thermal manipulation, a property of interest for the processing and storage of this biopolymer, enhancing its applications. |
| Palavras-chave: | PHB Bactéria Produção de biopolímero Biodegradação Cinética de degradação térmica Sustentabilidade Biopolymer production Biodegradation Thermal degradation kinetics Sustainability |
| CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editor: | Universidade Federal da Paraíba |
| Sigla da Instituição: | UFPB |
| Departamento: | Engenharia de Materiais |
| Programa: | Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais |
| Tipo de Acesso: | Acesso aberto Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil |
| URI: | http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/ |
| URI: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/36766 |
| Data do documento: | 26-Mar-2025 |
| Aparece nas coleções: | Centro de Tecnologia (CT) - Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais |
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| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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