Registro fonte: Determinação de parâmetros fermentativos utilizando diferentes impelidores na produção de goma xantana pela bactéria Xanthomonas campestris para aplicações cosméticas

Determinação de parâmetros fermentativos utilizando diferentes impelidores na produção de goma xantana pela bactéria Xanthomonas campestris para aplicações cosméticas

Xanthan gum is an exopolysaccharide of microbial origin obtained by the bacterium Xanthomonas campestris from fermentation process. This gum has several applicability in the food, petroleum and cosmetic areas, being used as a thickener, stabilizer and/or emulsifier, standing out compared to raw mate...

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Autor principal:	Furtado, Ingrid Fernanda Silvano Pacheco Corrêa
Formato:	Dissertação
Idioma:	Português
Publicado em:	Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2023
Assuntos:	Biopolímeros Cosméticos Reatores químicos Fermentação Gomas e resinas Biopolymers Cosmetics Chemical reactors Fermentation Gums and resins CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS Biotecnologia
Acesso em linha:	http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/30614
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id	riut-1-30614
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spelling	riut-1-306142023-02-24T06:07:11Z Determinação de parâmetros fermentativos utilizando diferentes impelidores na produção de goma xantana pela bactéria Xanthomonas campestris para aplicações cosméticas Determination of fermenatative parameters using different impellers in the production of xanthan gum by Xanthomonas campestris bacteria for cosmetic applications Furtado, Ingrid Fernanda Silvano Pacheco Corrêa Sydney, Alessandra Cristine Novak https://orcid.org/0000-0001-5383-6651 http://lattes.cnpq.br/9198896851080646 Sydney, Eduardo Bittencourt https://orcid.org/0000-0001-7194-8315 http://lattes.cnpq.br/4257966538914643 Sydney, Alessandra Cristine Novak https://orcid.org/0000-0001-5383-6651 http://lattes.cnpq.br/9198896851080646 Guérios, Maura Harumi Sugai https://orcid.org/0000-0002-3576-2879 http://lattes.cnpq.br/6850585122363619 Rodrigues, Sabrina Ávila https://orcid.org/0000-0003-2616-169X http://lattes.cnpq.br/1165441010027633 Biopolímeros Cosméticos Reatores químicos Fermentação Gomas e resinas Biopolymers Cosmetics Chemical reactors Fermentation Gums and resins CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS Biotecnologia Xanthan gum is an exopolysaccharide of microbial origin obtained by the bacterium Xanthomonas campestris from fermentation process. This gum has several applicability in the food, petroleum and cosmetic areas, being used as a thickener, stabilizer and/or emulsifier, standing out compared to raw materials with similar functions because it is of biotechnological origin, does not require high amounts to be active, in addition to the its production to be independent of seasonal conditions. Although the xanthan gum production process has already been much discussed in the literature, parameters such as the volumetric mass transfer coefficient (kLa) and mixing time (tm) have not yet been addressed for the production of this biopolymer by Xanthomonas campestris. In this sense, the objective of this work was to determine the kLa and tm parameters using different sets of impellers (Rushton-Rushton, Rushton-Inclinada and Rushton-Elefante) in a STR reactor, against colloidal dispersions of xanthan gum with concentrations ranging from 0.10% to 0.85% (m.v-1), in order to simulate the fermentation process and thus determine which of the sets would work best under conditions of high viscosity. For this, the kLa was determined by the dynamic method and the mixing time by means of the pH probe response. Both tests were conducted at stirring speeds of 200 and 600 rpm. Better results were obtained for Rushton-Elefante type impellers, with relevant mass transfer and mixing profiles at high concentrations. This model was then used for fermentation, which was carried out at a temperature of 28°C, with stirring at 300 rpm and aeration at 1 vvm in the first 24 hours; in the remaining 48 hours, 750 rpm and 1.2 vvm were used. After fermentation, a productivity of 0.26 g.L-1.h-1 was obtained, twice the value reported in the literature under conditions of supplementation and similar fermentation parameters, which suggests that the parameters used may favor this process. A profile observed for xanthan gum during the process was buffering action in an acid medium and although this result has not yet been reported in the literature, if validated it may present a new path for research in cosmetic lines, especially because this active is presented as a substitute interesting for formulations containing acrylate. Therefore, it is recommended that future studies be conducted to validate this hypothesis. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) A goma xantana é um exopolissacarídeo de origem microbiana obtida pela bactéria Xanthomonas campestris por meio de um processo fermentativo. Essa goma possui diversas aplicabilidades na área alimentícia, petrolífera e cosmética, sendo utilizada como espessante, estabilizante e/ou emulsificante, tendo destaque frente a matérias- primas com funções similares por ser de origem biotecnológica, não requerer elevadas quantidades para ter atividade, além da sua produção ser independente de condições sazonais. Embora o processo de produção da goma xantana já tenha sido muito discutido na literatura, parâmetros como o coeficiente volumétrico de transferência de massa (kLa) e tempo de mistura (tm) ainda não foram abordados para produção deste biopolímero pela Xanthomonas campestris. Neste sentido, o objetivo deste trabalho foi determinar os parâmetros kLa e tm utilizando diferentes conjunto de impelidores (Rushton-Rushton, Rushton- Inclinada e Rushton- Elefante) em reator STR, frente a dispersões coloidais de goma xantana com concentrações variando entre 0,10% à 0,85% (m.v-1), a fim de simular o processo fermentativo e assim determinar qual dos conjuntos funcionaria melhor sob condições de elevadas viscosidade. Para isso determinou-se o kLa pelo método dinâmico e o tempo de mistura por meio da resposta da sonda de pH. Ambos os testes foram conduzidos para velocidades de agitação de 200 e 600 rpm. Obteve-se melhores resultados para as impelidores do tipo Rushton-Elefante, com relevantes perfis de transferência de massa e mistura em concentrações elevadas. Este modelo foi então utilizado para fermentação a qual foi conduzida a temperatura de 28°C, com agitação de 300 rpm e aeração em 1 vvm nas primeiras 24 horas; nas 48 horas restantes utilizou-se 750 rpm e 1,2 vvm. Após a fermentação obteve-se produtividade de 0,26 g.L-1.h-1, valor duas vezes superior ao reportado na literatura sob condições de suplementação e parâmetros fermentativos similares, o que sugere que os parâmetros utilizados possam favorecer esse processo. Um perfil observado para goma xantana durante o processo foi ação tamponante em meio ácido e embora esse resultado ainda não tenha sido reportado na literatura, se validado pode apresentar um novo caminho para pesquisas nas linhas cosméticas, especialmente por este ativo apresentar-se como um substituto interessante para formulações contendo acrilato. Recomenda-se, portanto, que trabalhos futuros sejam conduzidos para validar essa hipótese. 2023-02-23T13:47:46Z 2023-02-23T13:47:46Z 2022-12-20 masterThesis FURTADO, Ingrid Fernanda Silvano Pacheco Corrêa. Determinação de parâmetros fermentativos utilizando diferentes impelidores na produção de goma xantana pela bactéria Xanthomonas campestris para aplicações cosméticas. 2022. Dissertação (Mestrado em Biotecnologia) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2022. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/30614 por openAccess http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Ponta Grossa Brasil Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia UTFPR
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description	Xanthan gum is an exopolysaccharide of microbial origin obtained by the bacterium Xanthomonas campestris from fermentation process. This gum has several applicability in the food, petroleum and cosmetic areas, being used as a thickener, stabilizer and/or emulsifier, standing out compared to raw materials with similar functions because it is of biotechnological origin, does not require high amounts to be active, in addition to the its production to be independent of seasonal conditions. Although the xanthan gum production process has already been much discussed in the literature, parameters such as the volumetric mass transfer coefficient (kLa) and mixing time (tm) have not yet been addressed for the production of this biopolymer by Xanthomonas campestris. In this sense, the objective of this work was to determine the kLa and tm parameters using different sets of impellers (Rushton-Rushton, Rushton-Inclinada and Rushton-Elefante) in a STR reactor, against colloidal dispersions of xanthan gum with concentrations ranging from 0.10% to 0.85% (m.v-1), in order to simulate the fermentation process and thus determine which of the sets would work best under conditions of high viscosity. For this, the kLa was determined by the dynamic method and the mixing time by means of the pH probe response. Both tests were conducted at stirring speeds of 200 and 600 rpm. Better results were obtained for Rushton-Elefante type impellers, with relevant mass transfer and mixing profiles at high concentrations. This model was then used for fermentation, which was carried out at a temperature of 28°C, with stirring at 300 rpm and aeration at 1 vvm in the first 24 hours; in the remaining 48 hours, 750 rpm and 1.2 vvm were used. After fermentation, a productivity of 0.26 g.L-1.h-1 was obtained, twice the value reported in the literature under conditions of supplementation and similar fermentation parameters, which suggests that the parameters used may favor this process. A profile observed for xanthan gum during the process was buffering action in an acid medium and although this result has not yet been reported in the literature, if validated it may present a new path for research in cosmetic lines, especially because this active is presented as a substitute interesting for formulations containing acrylate. Therefore, it is recommended that future studies be conducted to validate this hypothesis.
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