Otimização da degradação de óleos de fritura residual por Shewanella putrefaciens

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Bioquímica e Biotecnologia

Autores

Gomes Pinheiro Júnior, A. (UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAZONAS (UEA)) ; Salgado da Fonseca, J. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS (UFAM)) ; Gustavo Nunes da Silva, C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS (UFAM)) ; Lima Serudo, R. (UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAZONAS (UEA))

Resumo

Atualmente, o crescimento exacerbado das redes de fast food, que faz uso do processo de fritura por imersão para preparo dos alimentos, vem gerando um grande volume de óleos de fritura residuais (OFR) e, quando descartados de forma inadequada, atuam como um agente poluidor do meio ambiente. A Shewanella putrefaciens, além de poder usar o mesmo como fonte de energia, possui a habilidade de metabolizar os possíveis metais presentes. Através do planejamento experimental e estatístico, foi obtido como melhores condições 32,5°C, pH 6 e 10% de óleo na composição do meio para otimizar a degradação do OFR, indicando uma nova possibilidade de aproveitamento desses OFRs, uma vez que a bactéria de estudo possui potencial de gerar eletricidade, quando condicionada em uma MFC (Microbial Fuel)

Palavras chaves

Otimização; Degradação da OFR; Shewanella putrefaciens

Introdução

Óleos e gorduras são substâncias lipofílicas amplamente utilizadas pelos organismos vivos, sendo de origem animal, vegetal ou mesmo bacteriana (MORETTO e FEET, 1998) possuindo, de forma geral, uma composição rica em triglicerídeos (95%), ácidos graxos livres, peróxidos, vitaminas (E, A, D e K), proteínas, hidrocarbonetos e esteróis (GIOIELLI, 1996; JORGE, 2005; REDA e CARNEIRO, 2007; SANTOS, 2011). A oxidação de ácidos graxos de cadeia longa é uma via liberadora de energia nos animais, muitos protistas e algumas bactérias. O processo pelo qual o ácido graxo é convertido em acetil-CoA é chamado de β-oxidação, que ocorre na mitocôndria (NELSON e COX, 2011). Na β-oxidação o ácido graxo sofre remoção gradativa de dois átomos de carbono na forma de acetil-CoA, para a formação de 1 molécula de acetil-CoA, 1 de NADH e 1 de FADH2, a quebra do ácido graxo em moléculas de acetil-CoA ocorre através de quatro reações consecutivas: desidrogenação, hidratação, desidrogenação e tiólise que constituem a β-oxidação. O produto da β-oxidação é direcionado para o ciclo do ácido cítrico e depois para a fosforilação oxidativa para a produção de ATP (GASQUES, 2008; NELSON e COX, 2011). O gênero Shewanella é um dos modelos para estudar as respostas a estresses ambientais ao nível genômico e fenotípico, devido aos seus sistemas de sensoriamento robusto e regulatórios, proporcionando a capacidade adaptativa a vários tipos de ambientes, pois possui respiração anaeróbia facultativa. Além dessas características de biorremediação de metais, essas bactérias possuem a habilidade de gerar energia por meio da transferência de elétrons através do citocromo, de nanofios, contato direto com o eletrodo (formando um biofilme) ou através de carreadores químicos (GORBY et al, 2006, PARNEL et al, 2011).

Material e métodos

1) Linhagem, cultivo e manutenção Foi utilizada a linhagem de Shewanella putrefaciens que se encontra na bacterioteca do Laboratório de DNA – CAM – UFAM, sendo cultivada em meio LB (Luria-Bertani) a 30°C. 2) Formulação do meio fermentativo Foram realizados testes utilizando meio mínimo M9 líquido por 48 horas com diferentes concentrações de óleo de fritura residual (1,5, 5, 10,15 e 18,5%) de soja em condições anaeróbicas a 110 rpm, analisando o crescimento bacteriano e a taxa de degradação do óleo, avaliando simultaneamente a influência do pH (4,3, 5, 6, 7 e 7,6), assim como o efeito de diferentes temperaturas (25, 28, 32,5, 37 e 40º C). 3) Planejamento de análise estatística e modelagem experimental Para a melhor interpretação dos dados de experimentais e modelagem experimental, foi utilizado o programa Statistica versão 7,0, no qual foi utilizada a técnica do planejamento do composto central. Nesse tipo de modelagem, inserimos dados relevantes aos experimentos, sendo nesse estudo a concentração do óleo, pH e temperatura no meio, e as faixas de trabalho de interesse, de forma que o programa possa desenhar a melhor abordagem experimental, levando em consideração não somente as faixas de interesse de teste, mas também pontos extremos e aleatoriedade de forma a minimizar o número de experimentos e aumentar a eficiência do estudo, tendo como resposta nesse caso a taxa de degradação do OFR.

Resultado e discussão

Para otimizar a metodologia experimental e obter resultados estatisticamente viáveis (Tabela 1), foi realizado uma modelagem experimental onde os fatores de análise são pH, temperatura e concentração do óleo, tendo como resposta a taxa de degradação do óleo nas diferentes condições, realizando os experimentos de forma aleatória. Podemos verificar que 76,5% da modelagem é explicada estatisticamente e como resultado da regressão, obteve-se uma equação quadrática que modela a influência dos fatores pH (pH), temperatura (temp) e concentração do óleo (oil) no meio na taxa de degradação do mesmo (%Consumo): %Consumo = 697,124 + 31,29temp + 66,427pH + 6,11oil – 0,435temp² - 3,059 pH² + 0305oil² - 0,259temp.pH – 0,151temp.oil – 1,456pH.oil A equação é melhor interpretada quando analisada pelos gráficos de superfície de nível (Figura 1), usando os resultados da metodologia, onde quanto mais vermelha é a região, melhor são os resultados obtidos. Com o tratamento final dos dados, obtemos que para otimizar a taxa de degradação do óleo, as melhores condições são: temperatura de 32,5°C, pH=6,00 e 10% de concentração do óleo. Como o meio LB é rico em nutrientes de fácil metabolização para as células bacterianas, contribui para o aceleramento da multiplicação celular, diferentemente do que ocorre no meio M9, que é um meio mínimo rico em sais capazes de manter as células em um estado basal por um determinado tempo, dependendo das condições, sem uma fonte de carbono. Tendo em vista que o OFR é uma fonte de carbono complexa para degradar, comparada com a glicose, e que não se mistura com o meio M9, a S. putrefaciens leva mais tempo para obter sua fonte de energia e tem seu crescimento moroso, porém, conforme os resultados apresentados, a taxa de degradação do óleo continua sendo alta.

Conclusões

O óleo residual de fritura de soja é composto principalmente por ácido oleico, palmítico e linoleico, havendo resíduos metálicos em decorrência dos utensílios utilizados no processo de fritura que a S. putrefaciens é capaz de metabolizar. Nas condições ótimas apresentadas no estudo (temperatura de 32,5°C, pH=6,00 e 10% de concentração do óleo), a taxa de degradação da OFR é de 55-60%, indicando uma nova possibilidade de aproveitamento desses OFRs, uma vez que a bactéria de estudo possui potencial de gerar eletricidade, quando condicionada em um sistema MFC.

Agradecimentos

Agradecemos as instituições UFAM, UEA, CNPq e FAPEAM pelo apoio técnico- financeiro.

Referências

GASQUES, L.S. Oxidação de ácidos graxos, 2008. Disponível em <http://lsgasques.blogs.unipar.br/files/2008/10/oxidacao-de-acidos-graxos.pdf>. Acessado em 03 de abril de 2013.
GIOIELLI, L.A. Óleos e gorduras vegetais: composição e tecnologia. Revista Brasileira Farmacognosia, vol. 5, 1996;
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PARNEL, J.J.; CALLISTER, S.J.; ROMPATO; G.; NICORA, C.D.; PAS’A-TOLIC, L.; WILLIAMSON, A.; PFRENDER, M.E. Time-course analysis of the Shewanella amazonensis SB2B proteome in response to sodium chloride shock. Nature: Scientific reports, 2011;
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SANTOS, V.O. Aproveitamento do óleo de fritura residual para produção de biodiesel em Manaus. Dissertação de Mestrado (Programa de Pós-graduação em Química), Manaus - UFAM, 2011;