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Tipo do documento: Dissertação
Título: Pré-tratamento enzimático de efluentes com elevado teor de gordura empregando células íntegras lipolíticas
Título(s) alternativo(s): Enzymatic pretreatment of lipid-rich wastewater using lipolytic whole cells
Autor: ALVES, Alex Marquiti 
Primeiro orientador: ANDRADE, Grazielle Santos Silva
Primeiro coorientador: MOURA, Rafael Brito de
Primeiro membro da banca: OKADA, Dagoberto Yukio
Segundo membro da banca: SANCINETTI, Giselle Patrícia
Resumo: Efluentes da indústria de laticínios apresentam elevados teores de lipídeos, sendo muitas vezes lançados em cursos d’água sem tratamento prévio. Devido à baixa solubilidade em água e solidificação em temperatura ambiente, os lipídeos podem causar muitos problemas a biodigestão anaeróbia, reduzindo o potencial de biodegradabilidade do efluente. Como alternativa, a tecnologia enzimática tem sido utilizada para o desenvolvimento de produtos e processos menos agressivos ambientalmente. Porém, fatores associados ao alto custo de obtenção das enzimas, relacionados as onerosas etapas de extração e purificação, inviabilizam a sua aplicação em escala industrial. Neste contexto, células íntegras do fungo filamentoso Penicillium citrinum URM 4216 foram produzidas e utilizadas na hidrólise enzimática de efluente contendo elevadas concentrações de lipídeos, facilitando a posterior aplicação do tratamento anaeróbio do efluente. As células íntegras foram cultivadas em meio de cultura contendo por litro: fonte de carbono (30 g), fonte de nitrogênio (70 g), NaNO3 (1 g), KH2PO4 (1 g) e MgSO4.7H2O (0,5 g) em erlenmeyers sob agitação orbital, por um período de incubação de 96h. A atividade da lipase foi medida tanto na biomassa seca (lipase ligada ao micélio) como no filtrado (lipase extracelular). A produção de lipase ligada ao micélio foi maximizada quanto aos parâmetros físico-químicos, óleos de carbono (azeite, soja, canola e girassol) e nitrogênio (peptona de soja, peptona bacteriológica e extrato de levedura), pH inicial do meio (5,0; 5,5; 6,0; 6,5; 7,0; 7,5 e 8,0), temperatura de fermentação (30 e 40 ° C) e quantidade de inóculo (105; 106; 107; 108 esporos), a fim de determinar as melhores condições do cultivo celular. O óleo de oliva e a peptona de soja foram as melhores fontes de carbono e nitrogênio, respectivamente, e o ajuste do meio de cultura a pH 7,0 e 30 ° C de temperatura de incubação com quantidade de inóculo de 107 esporos melhoraram a atividade da lipase ligada ao micélio. Sob as condições otimizadas, as células íntegras foram preparadas e apresentaram uma atividade lipolítica de 240 ± 18 U/g contra apenas 15,2 ± 1,4 U/g do filtrado, indicando a retenção de lipase no micélio. O desempenho de células íntegras foi avaliado em hidrólise de águas residuais, apresentando resultados promissores. A taxa de produção de ácidos graxos apresentou um incremento de 12 vezes aos valores obtidos para o mesmo efluente sem tratamento enzimático, em 6h de reação. Também foram realizados testes de hidrólise enzimática dos despejos industriais, utilizando enzimas livres e imobilizadas, os quais o emprego de células livres em meio reacional pH 8,0 se sobressaíram frente as demais condições, apresentando um percentual de hidrólise enzimática em torno de 92,50,4 %, para um tempo máximo de 48h de reação. Para a realização do teste de atividade metanogênica específica, foi verificado o emprego simultâneo de células íntegras lipolíticas, inóculo e efluente (condição 1), efluente pré-hidrolisado e inóculo (condição 2), e a biodigestão anaeróbia do efluente industrial e inóculo (condição 3/controle), por um período máximo de 72h. Os ensaios foram avaliados pelo modelo de Gompertz modificado, indicando um menor tempo de fase lag mediante o emprego de células íntegras lipolíticas (condição 2). Não foram alcançadas remoções significativas de DQO do efluente quando comparadas aos resultados obtidos para o processo de biodigestão anaeróbia do efluente bruto mais inóculo. A taxa máxima de produção de metano foi alcançada em menor tempo para os ensaios que envolvem o tratamento híbrido de efluentes com alto teor de gorduras. Os resultados demonstraram o potencial de aplicação, ainda pouco explorado, do pré-tratamento enzimático como parte integrante do tratamento biológico de efluentes que contem elevados teores de lipídeos.
Abstract: Dairy industry wastewater contain high levels of lipids, being often dumped into watercourses without previous treatment. Due to the low solubility in water and solidification at room temperature, the lipids cause many problems to the anaerobic digestion, reducing the effluent biodegradability. As an alternative the enzymatic technology has been used to the development of products and processes less aggressive in environmental terms. However, factors associated with the high cost of obtaining the enzymes, related to the extraction and purification steps, make it impossible to apply them on an industrial scale. In this context, whole cells from the filamentous fungus Penicillium citrinum URM 4216 was prepared and used to perform the enzymatic hydrolysis of lipid-rich wastewater, facilitating the subsequent application of the anaerobic effluent treatment. The whole cells were cultivated in a basal medium containing per litre: carbon source (30 g), nitrogen source (70 g), NaNO3 (1 g), KH2PO4 (1 g) and MgSO4.7H2O (0.5 g) in flasks under orbital agitation for 96 h. Lipase activity was measured both dry biomass (mycelium-bound lipase) and filtrate (extracellular lipase). The mycelium-bound lipase production was maximized and physicochemical parameters, such as carbon (olive, soybean, colza and sunflower oils) and nitrogen (soy peptone, bacterial peptone and yeast extract) sources, initial pH of the medium (5.0; 5.5; 6.0; 6.5; 7.0; 7.5 and 8.0), temperature of fermentation (30 and 40°C) and inoculum size (105; 106; 107; 108 spores) were studied to determine the best conditions for mycelium-bound lipase production. Olive oil and soy peptone were found to be the best carbon and nitrogen sources, respectively, and the adjustment of the culture broth to pH 7.0 and 30°C of incubation temperature with inoculum size of 107 spores improved the mycelium-bound lipase activity. Under the optimized conditions, the whole cells were prepared and showed the lipase activity of 240 ± 18 U g-1 against only 15.2 ± 1.4 U g-1 to the filtrated, indicating the retention of lipase into the mycelium. The performance of whole cells was evaluated in the hydrolysis of crude milk wastewater, showing promising results. The rate of fatty acid production increased by 12 times the values presented for the same type of effluent without enzymatic treatment, to 6 hours of reaction. Tests were also carried out on the enzymatic hydrolysis of industrial wastewater, using free and immobilized enzymes. The use of free cells in reactive medium pH 8.0 showed a high percentage of enzymatic hydrolysis around 92.50.4 % to 48 hours of reaction. In order to perform the specific methanogenic activity test (SMA), was checked the simultaneous use of lipolytic whole cells, inoculum and crude wastewater (condition 1), prehydrolysed wastewater and inoculum (condition 2), and anaerobic biodigestion of the crude wastewater and inoculum (condition 3 / control), for a maximum period of 72h. The assays were evaluated by the Gompertz model, indicating a lower lag phase for the process involving the enzymatic treatment (condition 2). No significant COD removals were obtained from the industrial wastewater when compared to the results obtained for the anaerobic biodigestion process of crude wastewater plus the inoculum. The maximum rate of methane production was achieved in less time for trials involving the hybrid treatment of lipid-rich wastewater. The results demonstrated the potential for the application of enzymatic pretreatment as an integral part of the biological treatment of lipid-rich wastewater.
Palavras-chave: Células íntegras.
Hidrólise.
Tratamento de efluente.
Lipídios.
Biodigestão anaeróbica.
Área(s) do CNPq: PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS BIOQUIMICOS
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal de Alfenas
Sigla da instituição: UNIFAL-MG
Departamento: Instituto de Ciência e Tecnologia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Citação: ALVES, Alex Marquiti. Pré-tratamento enzimático de efluentes com elevado teor de gordura empregando células íntegras lipolíticas. 2018. 82 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Alfenas, Poços de Caldas, 2018.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Endereço da licença: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
URI: https://bdtd.unifal-mg.edu.br:8443/handle/tede/1199
Data de defesa: 23-Fev-2018
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