Production of surfactin by Bacillus subtilis ATCC 21332 using crude glycerol as substrate and evaluation of its antimicrobial effect against sulfate-reducing bacteria

Biossurfactantes podem ser definidos como moléculas anfifílicas, obtidas por rotas biotecnológicas, e que possuem características únicas, tais como a diminuição da tensão superficial e capacidade de estabilizar emulsões. Com a vantagem de serem menos tóxicos e biodegradáveis, os biossurfactantes emergem como uma alternativa sustentável aos surfactantes sintéticos. Neste contexto, o presente trabalho teve como proposta a produção de surfactina, um biossurfactante lipopeptídico conhecido por exibir alta atividade tensoativa e por seu potencial antimicrobiano, empregando como substrato a glicerina residual. Primeiramente foram avaliadas diferentes concentrações deste resíduo, sendo 2 % (m/v) a concentração mais adequada para os estudos de produção. Posteriormente, avaliou-se a cinética de crescimento microbiano e produção em cultivos em frascos agitados, chegando a concentração de 2,4 g/L de surfactina. O estudo da produção em biorreatores foi realizado adotando o sistema de batelada alimentada, com reatores de 2 e 15 litros. Em seguida foram propostas algumas modificações na estratégia de coleta de espuma do processo e na transferência de oxigênio, resultando em um aumento na produção de surfactina de quase três vezes, chegando a 6,6 g/L de produto, concentração superior ao que tem sido descrito em literatura, utilizando este substrato. Os testes de estabilidade físico-química mostraram que a molécula permaneceu estável em todas as condições de temperatura e nas faixas de pH e salinidade empregadas. A caracterização química realizada pelas técnicas de cromatografia de camada delgada (CCD), cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) e análise de infravermelho (FTIR) indicou que o biossurfactante produzido pertence à classe de lipopeptídeos, havendo indício de que se trata da família de surfactinas. Por fim, os testes antimicrobianos mostraram sensibilidade da bactéria redutora de sulfato Desulfovibrio vulgaris frente algumas concentrações do extrato rico em biossurfactante. Nesse contexto, verificou-se que a glicerina residual proveniente da produção de biodiesel mostrou-se uma alternativa promissora para a produção de surfactina por B. subtilis ATCC 21332. Além disso, a biomolécula produzida mostrou um potencial contra biocorrosão a ser explorado.Biosurfactants can be defined as amphiphilic molecules, obtained from biotechnological process, which have unique characteristics, such as the reduction of surface tension and the ability to stabilize emulsions. With the advantage of being less toxic and biodegradable, biosurfactants emerge as a sustainable alternative to synthetic surfactants. In this way, the replacement of carbon source by the use of renewable raw materials, like industrial by-products, could represent a promising alternative to minimize high production costs. Thus, the current study investigates surfactin production, using crude glycerol as a substrate. Firstly, different concentrations of crude glycerol were evaluated and the concentration 2 % (m/V) was select as the most adequate for culture medium. Then, the kinetics of production and microbial growth were evaluated in shake flask cultures, reaching 2.4 g/L of surfactin. In addition, a study of production was also carried out in 2 and 15 liters bioreactors, adopting the fed-batch fermentation. Moreover, some modifications were proposed in the foam collection strategy and in the oxygen transfer. The results showed an increase of almost three times in surfactin production, reaching 6.6 g/L. This concentration is higher than what has already been described in the literature, using crude glycerol as a carbon source. The physical-chemical stability tests showed that the molecule remained stable under all temperature conditions and in the pH and salinity tented ranges. Chemical characterization performed by thin layer chromatography (CCD), high performance liquid chromatography (HPLC) and infrared analysis (FTIR) techniques indicated that the biosurfactant belongs to lipopeptides class, indicating that it could be part of surfactin family. Finally, the antimicrobial tests showed an antimicrobial effect against Desulfovibrio vulgaris to some concentrations of the semi-purified biosurfactant. In this context, crude glycerol from biodiesel production proved to be a promising alternative for the production of surfactin applyng B. subtilis ATCC 21332. In addition, its application as an antimicrobial against biocorrosion showed a potential to be explored