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Publicação
Production of medium-chain length polyhydroxyalkanoates (PHA) from sugar-rich extracts and hydrolysates from white wine grape pomace
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Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
The aim of this thesis was the production of polyhydroxyalkanoates (PHA), using grape pomace
as substrate. Five bacterial strains, Pseudomonas citronellolis NRRL B-2504, Pseudomonas
chlororaphis DMS 19603, Pseudomonas resinovorans NRRL B-2649, Pseudomonas stutzeri NRRL
B-775 and Burkholderia sacchari DSM 17165, were studied.
In a first part, shake flask tests were carried out using as substrate grape pomace subjected to
three types of treatment: aqueous extract (1); and hydrolysates obtained by acid treatment (2)
or by compressed hot water (HCW) (3). The aqueous extract was used for the cultivation of Ps.
chlororaphis, Ps. citronellolis, Ps. resinovorans and Ps. stutzeri, while acid and HCW hydrolysates
were tested for Ps. chlororaphis, Ps. citronellolis, Ps. resinovorans and B. sacchari. These assays
demonstrated that the aqueous extract provided, not only a good cell growth, but also a good
accumulation of PHA by most strains tested. Cultures with the hydrolysates under the tested
conditions resulted in reduced cell growth and/or absence of polymer accumulation.
In a second phase, bioreactor assays were performed with Ps. chlororaphis, Ps. citronellolis and
Ps. resinovorans that were identified as having higher PHA production potential. The strains
reached 16.7%, 14.3% and 17.4% polymer content in the biomass, respectively, with volumetric
productivity values of 0.04-0.08 g/(L.h). All polymers were medium-chain length PHA (mcl-PHA),
composed mainly of 3-hydroxydecanoate, 3-hydroxydodecanoate and/or 3-hydroxyoctanoate,
and had molecular weight values between 1×105 Da and 3.1× 105 Da. Despite the similar
temperature degradation, the polymers had different degrees of crystallinity: the mcl-PHA
produced by Ps. chlororaphis the highest value (38.8%) and that of Ps. resinovorans had the
lowest (10.2%). Thus, the grape pomace extract proved to be a suitable substrate for the
production of biopolymers with different physicochemical properties and versatile
characteristics that can be used in different applications.
O objetivo desta tese foi a produção de polihidroxialcanoatos (PHA), utilizando como substrato bagaço da uva. Cinco estirpes bacterianas, Pseudomonas citronellolis NRRL B-2504, Pseudomonas chlororaphis DMS 19603, Pseudomonas resinovorans NRRL B-2649, Pseudomonas stutzeri NRRL B-775 e Burkholderia sacchari DSM 17165, foram estudadas. Numa primeira parte, foram realizados ensaios em shake flask utilizando como substrato bagaço de uva sujeito a três tipos de tratamento: extrato aquoso (1); e hidrolisados obtidos por tratamento ácido (2) ou por água quente comprimida (HCW) (3). O extrato aquoso foi utilizado para o cultivo de Ps. chlororaphis, Ps. citronellolis, Ps. resinovorans e Ps. stutzeri, enquanto os hidrolisados ácido e de HCW foram testados para o cultivo de Ps. chlororaphis, Ps. citronellolis, Ps. resinovorans e B. sacchari. Estes ensaios demonstraram que o extrato aquoso proporcionava não só um bom crescimento celular, como também acumulação de PHA, pela maioria das estirpes testadas. Os cultivos com os hidrolisados, nas condições testadas, resultaram em reduzido crescimento celular e/ou ausência de acumulação de polímero. Numa segunda fase, foram realizados ensaios em bio-reator com as estirpes Ps. chlororaphis, Ps. citronellolis e Ps. resinovorans que foram identificadas como tendo maior potencial de produção de PHA. As estirpes atingiram teores de polímero na biomassa de 16.7%, 14.3% e 17.4%, respetivamente, com produtividade volumétrica de 0.04-0.08 g/(L.h). Todos os polímeros eram medium-chain length PHA (mcl-PHA), compostos principalmente por 3-hydroxydecanoato, 3-hydroxydodecanoato e/ou 3-hidroxioctanoato, e tinham peso molecular entre 1×105 Da e 3.1×105Da. Apesar da temperatura de degradação ser semelhante, os polímeros apresentaram graus de cristalinidade diferentes, tendo o mcl-PHA produzido por Ps. chlororaphis o valor mais elevado (38.8%) e o da Ps. resinovorans o mais baixo (10.2%). Assim, o extrato do resíduo do vinho branco mostrou ser um substrato adequado para a produção de biopolímeros com propriedades físico-químicas diferentes e caraterísticas versáteis que podem ser utilizados em diferentes aplicações.
O objetivo desta tese foi a produção de polihidroxialcanoatos (PHA), utilizando como substrato bagaço da uva. Cinco estirpes bacterianas, Pseudomonas citronellolis NRRL B-2504, Pseudomonas chlororaphis DMS 19603, Pseudomonas resinovorans NRRL B-2649, Pseudomonas stutzeri NRRL B-775 e Burkholderia sacchari DSM 17165, foram estudadas. Numa primeira parte, foram realizados ensaios em shake flask utilizando como substrato bagaço de uva sujeito a três tipos de tratamento: extrato aquoso (1); e hidrolisados obtidos por tratamento ácido (2) ou por água quente comprimida (HCW) (3). O extrato aquoso foi utilizado para o cultivo de Ps. chlororaphis, Ps. citronellolis, Ps. resinovorans e Ps. stutzeri, enquanto os hidrolisados ácido e de HCW foram testados para o cultivo de Ps. chlororaphis, Ps. citronellolis, Ps. resinovorans e B. sacchari. Estes ensaios demonstraram que o extrato aquoso proporcionava não só um bom crescimento celular, como também acumulação de PHA, pela maioria das estirpes testadas. Os cultivos com os hidrolisados, nas condições testadas, resultaram em reduzido crescimento celular e/ou ausência de acumulação de polímero. Numa segunda fase, foram realizados ensaios em bio-reator com as estirpes Ps. chlororaphis, Ps. citronellolis e Ps. resinovorans que foram identificadas como tendo maior potencial de produção de PHA. As estirpes atingiram teores de polímero na biomassa de 16.7%, 14.3% e 17.4%, respetivamente, com produtividade volumétrica de 0.04-0.08 g/(L.h). Todos os polímeros eram medium-chain length PHA (mcl-PHA), compostos principalmente por 3-hydroxydecanoato, 3-hydroxydodecanoato e/ou 3-hidroxioctanoato, e tinham peso molecular entre 1×105 Da e 3.1×105Da. Apesar da temperatura de degradação ser semelhante, os polímeros apresentaram graus de cristalinidade diferentes, tendo o mcl-PHA produzido por Ps. chlororaphis o valor mais elevado (38.8%) e o da Ps. resinovorans o mais baixo (10.2%). Assim, o extrato do resíduo do vinho branco mostrou ser um substrato adequado para a produção de biopolímeros com propriedades físico-químicas diferentes e caraterísticas versáteis que podem ser utilizados em diferentes aplicações.
Descrição
Palavras-chave
polyhydroxyalkanoates medium chain polyhydroxyalkanoates lignocellulosic residues grape pomace acid hydrolysis hot compressed water