Continuous production of surfactin using cassava wastewater as substrate and study of its applications in blends with essential oils

Orientadores: Glaucia Maria Pastore, Marta Cristina Teixeira DuarteTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de AlimentosResumo: Nos últimos anos, produtos naturais como os biossurfactantes e óleos essenciais têm sido objeto de intensa investigação científica. As suas atividades antimicrobianas e antiadesivas fazem com que eles apresentem potencial para serem utilizados para o controle de fungos fitopatógenos na agricultura e combate à micro-organismos multirresistentes e biofilmes na área médica e em indústrias de alimentos. Apesar da surfactina produzida por Bacillus subtilis possuir elevadas atividades superficiais e biológicas e ser um dos biossurfactantes mais estudados atualmente, os seus altos custos de produção e baixo rendimento tornam impraticável a sua produção em escala industrial. Deste modo, este trabalho estudou a produção contínua de surfactina e coprodução de amilases e proteases por B. subtilis utilizando manipueira como substrato em diferentes taxas de alimentação, visando à redução dos custos de processo e ao melhor aproveitamento do arsenal metabólico do micro-organismo. As suas atividades antimicrobiana e antibiofilme do biossurfactante produzido foram estudadas em conjunto com dez óleos essenciais extraídos plantas medicinais e aromáticas. Os valores de produção de biossurfactantes e atividades enzimáticas foram crescentes com o aumento da taxa de diluição empregada, encontrando-se os valores máximos de 2,9 mg.h-1, 938,3 U.mL-1 e 3,6 U.mL-1 para a produção de biossurfactantes e atividades amilolítica e proteolítica, respectivamente. O biossurfactante produzido demonstrou atividade antibacteriana contra Bacillus cereus, Rhodococcus equi e Listeria innocua e inibiu a formação de biofilmes de Staphylococcus aureus e Escherichia coli em até 92 e 78 %, respectivamente. Além disso, ele apresentou efeito sinérgico com os óleos essenciais de Aloysia gratissima e Cymbopogon winterianus para a inibição de R. equi, L. innocua e B. subtilis, com os óleos essenciais de Cinnamomum burmannii, Cymbopogon citratus e Lippia sidoides para a inibição dos fungos fitopatógenos Alternaria solani, Alternaria alternata e Mucor hiemalis e com o óleo essencial de C. winterianus para a inibição da formação de biofilme por E. coliAbstract: In recent years, natural products such as biosurfactants and essential oils have been the subject of intense scientific research. Due to their antimicrobial and anti-adhesive activities, they show potential for controlling the growth of phytopathogenic fungi in agriculture and combating multi-drug resistant microorganisms and biofilms in medicine and food industries. Despite the high superficial and biological activities possessed by surfactin produced by Bacillus subtilis, their low yields and high production costs hamper their production on a commercial scale. Thus, this work studied the continuous production of surfactin and co-production of amylases and proteases by B. subtilis LB5a using cassava wastewater as substrate varying the dilution rate, in order to reduce production costs and improve the utilization of metabolic arsenal from the microorganism. The antimicrobial and anti-biofilm activities of the biossurfactant produced were studied in blends with ten essential oils extracted from medicinal and aromatic plants. Biossurfactant production values and enzymatic activities were higher with the increase of dilution rate, reaching the maximum values of 2,9 mg.h-1, 938,3 U.mL-1 and 3,6 U.mL-1 for the production of biossurfactants and amylolitic and proteolitic activities, respectively. The biossurfactant showed antibacterial activity against Bacillus cereus, Rhodococcus equi and Listeria innocua and inhibited up to 92 e 78 % of biofilm formation by Staphylococcus aureus and Escherichia, respectively. Moreover, it presented synergistic with the essential oils of Aloysia gratissima and Cymbopogon winterianus for the inhibition of R. equi, L. innocua and B. subtilis, with the essential oils of Cinnamomum burmannii, Cymbopogon citratus and Lippia sidoides for the inhibition of the phytopathogenic fungi Alternaria solani, Alternaria alternata and Mucor hiemalis and with the essential oil of C. winterianus for the prevention of biofilm formation by E. coliDoutoradoCiência de AlimentosDoutora em Ciência de Alimento