Prospecting new compounds with antimicrobial action to control of contaminants in fuel ethanol fermentation

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Data

2021-11-12

Autores

Ranke, Fabiane Fernanda de Barros

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Editor

Universidade Estadual Paulista (Unesp)

Resumo

As bactérias ácido láticas são contaminantes comuns na indústria do bioetanol. Alguns tratamentos têm sido utilizados para reduzir a contaminação bacteriana na fermentação, porém seus usos são limitados devido ao alto custo, resistência bacteriana, toxicidade para a levedura, regulamentações e aspectos ambientais. Essa pesquisa teve como objetivo estudar novos produtos (de síntese química e natural) com propriedade antimicrobiana, livres ou imobilizados em suportes naturais, a fim de substituir ou melhorar a eficiência das moléculas atualmente utilizadas na indústria para o controle de Limosilactobacillus fermentum. Os testes de atividade antimicrobiana in vitro determinaram a Concentração Inibitória Mínima (CIM) de 0,8 a 0,9 mg L-1 de Monensina Sódica (MS) e 150 mg L-1 a 230 mg L-1 de Dióxido de Cloro (DC), algumas das principais moléculas utilizadas atualmente. Os corantes Violeta Genciana (VG) e Azul de Metileno (AM) também foram estudados como alternativa e demonstraram ação antibacteriana em 20 mg L-1 e 60 mg L-1, respectivamente. Além disso, VG e MS podem atuar sinergicamente com CIM de 10 e 0,5 mg L-1. Testes com AM e DC mostraram sinergia com CIM de 40 mg L-1 para AM e 125 mg L-1 para DC. A imobilização de VG em grânulos de Alginato/Semente de Abacate (Al/Av) apresentou 100% de inibição a 100 mg L-1 de corante, após 48 h de incubação a 37 °C em meio MRS. Esta técnica não foi eficaz na adsorção do AM, que se desprendeu facilmente do gel durante o processo de incubação. Os grânulos de VG Al/Av mostraram eficácia em 42 reciclos, comprovando sua estabilidade e eficácia. Foram testados os sobrenadantes delevurados do cultivo das leveduras Sporobolomyces japonicus, Sporidiobolus pararoseus, Rhodotorula mucilaginosa and Saccharomyces cerevisiae M-26, que não mostraram inibição de L. fermentum nas condições testadas. Na triagem dos extratos vegetais, Eucalyptus urograndis inibiu L. fermentum e o extrato de Agave americana inibiu S. cerevisiae, ambos nas concentrações de 10.000 mg L-1. O extrato de eucalipto não foi tóxico para S. cerevisiae, no entanto houve inibição parcial de L. fermentum em cultura mista com S. cerevisiae em fermentação Fed-batch. O óleo essencial de alecrim mostrou ação antibacteriana com CIM de 103 mg L-1 em processo de Fed-batch em cultura mista após 5 reciclagens celulares, com alto rendimento etanólico e sem efeito contra S. cerevisiae, sugerindo que esse óleo deve ser mais estudado para aplicações industriais.
Lactic acid bacteria are common contaminants in the bioethanol industry. Some treatments have been used to reduce bacterial contamination in fermentation, but their uses are limited due to high cost, bacterial resistance, toxicity to yeast, regulations and environmental aspects. This research aimed to study new products (chemically synthesized and natural) with antimicrobial properties, free or immobilized on natural supports, in order to replace or improve the efficiency of the molecules currently used in the industry for the control of Limosilactobacillus fermentum. The in vitro antimicrobial activity tests determined the Minimal Inhibitory Concentration (MIC) of 0.8 to 0.9 mg L-1 of Sodium Monensin (SM) and 150 mg L-1 to 230 mg L-1 of Chlorine Dioxide (CD), some of the main molecules currently used. The dyes Gentian Violet (GV) and Methylene Blue (MB) were also studied as an alternative and showed antibacterial action at 20 mg L-1 and 60 mg L-1, respectively. Furthermore, GV and SM can act synergistically with MICs of 10 and 0.5 mg L-1. Tests with MB and CD showed synergy with MIC of 40 mg L-1 for MB and 125 mg L-1 for CD. Immobilization of GV in Alginate/Avocado seed beads (Al/Av) showed 100% inhibition at 100 mg L-1 of GV Al/Av beads after 48 h of incubation at 37 °C in MRS medium. This technique was not effective in adsorbing MB, which easily detached from the gel during the incubation process. The GV Al/Av beads showed efficacy in 42 recycle, proving their stability and efficacy. Some free-cells culture of the yeasts Sporobolomyces japonicus, Sporidiobolus pararoseus, Rhodotorula mucilaginosa and Saccharomyces cerevisiae were tested, which showed no inhibition of L. fermentum under the conditions testesd. In screening of the plant extracts, Eucalyptus urograndis inhibited L. fermentum and Agave americana extract inhibited S. cerevisiae, both at concentrations of 10,000 mg L-1. Eucalyptus extract was no toxic to S. cerevisiae, however there was a partial inhibition of L. fermentum in mixed culture with S. cerevisiae in Fed-batch fermentation. Rosemary essential oil showed antibacterial action with MIC of 103 g L-1 in Fed-batch process in mixed culture after 5 recycling, with high ethanolic yield, suggesting that this oil should be further studied for industrial applications.

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Palavras-chave

Lactobacillus, Inibição, Contaminação microbiana, Lactic acid, Microbiologia industrial, Antibacterianos, Fermentação, Lactobacillus fermentum, Inhibition, Bacterial contamination, Lactic acid bacteria, Alcoholic fermentation

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