Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://hdl.handle.net/11624/4161
Autor(es): Neves, Lívia Fraticelli
Título: Otimização do cultivo de bacillus SPP. para a produção sustentável de bioinsumos destinados a agropecuária.
Data do documento: 2025
Resumo: Diante da crescente demanda por insumos agrícolas de menor impacto ambiental, este estudo investigou o desenvolvimento e a otimização de processos para a produção de bioinsumos microbianos destinados à agricultura e pecuária, integrando os princípios da bioeconomia circular e por meio do aproveitamento de resíduos agroindustriais. A pesquisa focou na aplicação de espécies do Bacillus. subtilis, Bacillus licheniformis e Bacillus paralicheniformis com potencial biotecnológico comprovado. A metodologia foi estruturada em duas etapas principais. Na primeira, realizou-se um planejamento experimental do tipo delineamento composto central (DCC), com cinco formulações, variando as concentrações de glicerol (2,5 a 7,5 g L?¹) e extrato de levedura (2 a 4 g L?¹), para a otimização do cultivo submerso de B. subtilis, utilizando glicerol como fonte alternativa de carbono, associado ao extrato de levedura como fonte de nitrogênio. As variáveis monitoradas incluíram densidade óptica a 600 nm (OD600), contagem de células viáveis (UFC mL?¹), pH e espectroscopia no infravermelho por refletância total atenuada (ATR-FTIR). Os dados indicaram que a interação entre glicerol e extrato de levedura foi o principal fator determinante do crescimento, sendo a formulação contendo 7,5 g L?¹ de glicerol e 4 g L?¹ de extrato de levedura a mais eficiente. A modelagem multivariada por análise de componentes principais (PCA) e modelagem por mínimos quadrados parciais ortogonais (OPLS) demonstrou a aplicabilidade da espectroscopia como ferramenta não destrutiva e eficiente para o monitoramento do cultivo. Na segunda etapa, as três espécies de Bacillus foram avaliadas quanto ao crescimento sob diferentes condições de temperatura e nutrição, com posterior escalonamento em biorreatores de 8 L e testes de atividade antimicrobiana contra patógenos de relevância zootécnica. As contagens celulares finais obtidas nas melhores condições foram de 1.76 × 10? UFC mL?¹ para B. subtilis, 2.48 × 108 UFC mL?¹ para B. licheniformis e 5.72 × 107 UFC mL?¹ para B. paralicheniformis. B.subtilis e B.licheniformis apresentaram atividade inibitória significativa frente a Staphylococcus aureus, Escherichia coli e Enterococcus faecalis, com halos de inibição médios variando em média 11,3mm e 14,7mm, enquanto B. paralicheniformis não demonstrou efeito relevante nas condições avaliadas. O processo de escalonamento confirmou a reprodutibilidade e a viabilidade técnica do sistema em maior escala. Este trabalho contribui para o desenvolvimento de tecnologias ambientalmente sustentáveis, ao demonstrar a viabilidade do uso de resíduos agroindustriais para a produção de bioinsumos microbianos, aliados a estratégias de otimização estatística e ferramentas analíticas avançadas. Conclui-se o uso de glicerol residual como substrato, aliado a micro-organismos promissores e ao monitoramento espectroscópico, constitui estratégia eficaz para gerar bioinsumos sustentáveis, fortalecendo práticas agropecuárias mais resilientes, circulares e menos dependentes de insumos sintéticos no contexto brasileiro.
Resumo em outro idioma: Given the growing demand for agricultural inputs with lower environmental impact, this study investigated the development and optimization of processes for producing microbial bioproducts for agriculture and livestock, integrating circular bioeconomy principles and leveraging agro-industrial waste. The research focused on the application of Bacillus subtilis, Bacillus licheniformis and Bacillus paralicheniformis species with proven biotechnological potential. The methodology was structured in two main stages.In the first stage, a central composite design (CCD) was used, with five formulations varying the concentrations of glycerol (2.5 to 7.5 g L⁻¹) and yeast extract (2 to 4 g L⁻¹), to optimize the submerged cultivation of B. subtilis, using glycerol as an alternative carbon source and yeast extract as a nitrogen source. The monitored variables included optical density at 600 nm (OD600), viable cell count (CFU mL⁻¹), pH and attenuated total reflectance infrared spectroscopy (ATR-FTIR). The data indicated that the interaction between glycerol and yeast extract was the main determinant of growth, with the formulation containing 7.5 g L⁻¹ glycerol and 4 g L⁻¹ yeast extract being the most efficient. Multivariate modeling using principal component analysis (PCA) and orthogonal partial least squares (OPLS) demonstrated the applicability of spectroscopy as a nondestructive, efficient tool for monitoring the culture. In the second stage, the three Bacillus species were assessed for growth under different temperature and nutritional conditions, followed by scale-up in 8 L bioreactors and tests of antimicrobial activity against zootechnically relevant pathogens. Final cell counts under optimal conditions were 1.76 × 10⁹ CFU mL⁻¹ for B. subtilis, 2.48 × 10⁸ CFU mL⁻¹ for B. licheniformis and 5.72 × 10⁷ CFU mL⁻¹ for B. paralicheniformis. B. subtilis and B. licheniformis displayed significant inhibitory activity against Staphylococcus aureus, Escherichia coli and Enterococcus faecalis, with average inhibition zones of approximately 11.3 mm and 14.7 mm, while B. paralicheniformis showed no relevant effect under the evaluated conditions.The scale-up process confirmed the reproducibility and technical viability of the system at larger scale. This work contributes to the development of environmentally sustainable technologies by demonstrating the feasibility of using agro-industrial waste to produce microbial bioproducts, combined with statistical optimization strategies and advanced analytical tools. We conclude that using residual glycerol as a substrate, coupled with promising microorganisms and spectroscopic monitoring, constitutes an effective strategy for generating sustainable bioproducts, strengthening more resilient, circular agricultural practices with reduced dependence on synthetic inputs in the Brazilian context.
Nota: Inclui bibliografia.
Instituição: Universidade de Santa Cruz do Sul
Curso/Programa: Programa de Pós-Graduação em Tecnologia Ambiental
Tipo de obra: Dissertação de Mestrado
Assunto: Resíduos
Agroindústria
Orientador(es): Benitez, Lisianne Brittes
Coorientador(es): Schneider, Rosana de Cassia de Souza
Aparece nas coleções:Programa de Pós-Graduação em Tecnologia Ambiental – Mestrado e Doutorado

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