ESCALONAMENTO TEÓRICO DA PRODUÇÃO INDUSTRIAL DE UM INOCULANTE FIXADOR DE NITROGÊNIO AUTOIMOBILIZADO EM CELULOSE BACTERIANA

Autores

  • Danielly Lima
  • Flavia Dias
  • Hanna Okubo
  • Aline Bescrovaine Pereira

Palavras-chave:

Fixação de Nitrogênio. Biofertilizante. Inoculante. Celulose. Fermentação. ABSTRACT

Resumo

A agricultura brasileira se destaca como pilar econômico, mas sua produção expressiva demanda grandes quantidades de fertilizantes químicos, levantando preocupações quanto à poluição e contaminação. A dependência de importações também sujeita a disponibilidade às flutuações socioeconômicas internacionais. Uma alternativa é a produção nacional de biofertilizantes. Este projeto visa estabelecer a produção industrial de um inoculante agrícola com matriz de celulose bacteriana, usando o microrganismo Gluconacetobacter kombuchae RG3T, esse fixa nitrogênio e sintetiza celulose, oferecendo biodegradabilidade e proteção aos microrganismos. Considerando a cana-de-açúcar como cultura alvo, a meta é produzir inoculante suficiente para cobrir 0,5% da área total de cultivo do país. O processo de fermentação ocorre durante 15 dias em três fermentadores de 1.800 L, utilizando cultivo agitado e bucha natural como agente auxiliar de imobilização. O objetivo é atingir a produtividade de cerca de 23 g/L de massa seca de celulose bacteriana. Após a fermentação, o sobrenadante é descartado e a bucha natural retorna para a etapa de esterilização. A biomassa resultante é direcionada para liofilização e embalagem, passando por avaliações de qualidade. Cada ciclo de produção dura 18 dias, gerando 287 embalagens de 200 g de inoculante. Os efluentes serão destinados a uma estação de tratamento antes da disposição final. A análise econômica projeta um período de recuperação do capital de 13,5 meses. Embora o projeto seja viável, há áreas que necessitam de refinamento, incluindo testes em maior escala para validar a produtividade e a exploração de alternativas de meio de cultura.

Biografia do Autor

Danielly Lima

Engenheira de Bioprocessos e Biotecnologia, Universidade Positivo

Flavia Dias

Engenheira de Bioprocessos e Biotecnologia, Universidade Positivo

Hanna Okubo

Engenheira de Bioprocessos e Biotecnologia, Universidade Positivo

Aline Bescrovaine Pereira

Orientadora, Doutora em Bioquímica, Mestre em Engenharia Química, Engenheira de Bioprocessos e Biotecnologia,

Referências

AGRISHOW. Importação de fertilizantes: como lidar com as incertezas do mercado externo? Rio Grande do Sul, 04 mar. 2022. Notícia. Disponível em: https://maissoja.com.br/importacao-de-fertilizantes-como-lidar-com-as-incertezas-do-mercado-externo/. Acesso em: 15 maio 2022.

ÁGUAS CLARAS ENGENHARIA. Estação de Tratamento de Efluente Industrial: Saiba Como Funciona. Santa Catarina: ÁGUAS CLARAS ENGENHARIA, 2017. Disponível em: https://aguasclarasengenharia.com.br/como-funciona-uma-estacao-de-tratamento-de-efluente-industrial/. Acesso em: 15 nov. 2022.

ÁGUAS CLARAS ENGENHARIA. Mini Estação de Tratamento de Efluente - Industrat Plus 4300 (Sobre o Solo). Santa Catarina: ÁGUAS CLARAS ENGENHARIA, 2022. Disponível em: https://loja.aguasclarasengenharia.com.br/para-sua-casa/estacao-de-tratamento-de-esgoto-residencial/industrat-plus-4300-sobre-o-solo. Acesso em: 15 nov. 2022.

ÁGUAS CLARAS ENGENHARIA. PENEIRA ESTÁTICA AUTOLIMPANTE - 5.000 L/H. Santa Catarina: ÁGUAS CLARAS ENGENHARIA, 2021. Disponível em: https://loja.aguasclarasengenharia.com.br/estacoes-de-tratamento-de efluentes/peneiras/peneira-estatica-autolimpante-5m?variant_id=529. Acesso em: 15 nov. 2022.

BALDANI, J. et al. Recent advances in BNF with non-legume plants. Soil Biology and Biochemistry, Amsterdam, v. 29, n. 5–6, p. 911-922, 1997.

BORZANI, W.; LIMA, V. A.; AQUARONE, E. Biotecnologia: Engenharia Bioquímica. São Paulo. Ed. Edgard Blucher, v. 1, p. 95 – 97, 2001.

BROWN, A. J. On an acetic ferment which forms cellulose. Journal of the Chemical Society, Transactions, London, v. 49, p. 432-439, 1886. CALIGARIS, B. S. A. et al. A importância do Plano Nacional de Fertilizantes para o futuro do agronegócio e do Brasil. 2022.

CAMARGO, N. S. Desenvolvimento de nanopartículas de polímero sensíveis à oxidação para uso em terapia fotodinâmica combinada a quimioterapia local. 2018. Dissertação (Mestrado em Nanociência e Nanobiotecnologia) - Universidade de Brasília, Brasília, 2018.

CANAL RURAL. Embrapa quer reduzir necessidade de importação de fertilizantes. Canal Rural, São Paulo, 07 mar. 2022. Notícia. Disponível em: https://www.canalrural.com.br/noticias/agricultura/fertilizantes-embrapa/. Acesso em: 15 abr. 2022.

CENTRO DE RECURSOS BIOLÓGICOS JOHANNA DÖBEREINER. Lista de estirpes tipo bacterianas disponíveis para distribuição no CRB-JD. Seropédica,RJ: Embrapa Agrobiología, 2017. Disponível em: https://www.embrapa.br/documents/1355054/19774764/Lista+de+estirpes+tipo+bacterianas+dispon%C3%ADveis+para+distribui%C3%A7%C3%A3o+no+CRB-JD+DEZ17+PORTAL.pdf/44aaec18-8439-7e53-1fda-b87e018b0b0a. Acesso em: 15 nov. 2022.

CHAWLA, P. R. et al. Microbial cellulose: fermentative production and applications. Food Technology & Biotechnology, Croatia, v. 47, n. 2, p. 107-124, 2009.

CHEN, C. et al. Highly crystalline multimetallic nanoframes with three-dimensional electrocatalytic surfaces. Science, v. 343, n. 6177, p. 1339-1343, 2014.

COSTA, P. Z. R; BIZ, P. Cultivando materiais: o uso da celulose bacteriana no design de produtos. In: Simpósio de Pós-Graduação em Design da ESDI, 3., 2017, Rio de Janeiro. Anais (...). Rio de Janeiro, Even3, 2018. Disponível em: www.even3.com.br/Anais/SPGD_2017/61907-CULTIVANDO-MATERIAIS---O-USO-DA-CELULOSE-BACTERIANA-NO-DESIGN-DE-PRODUTOS. Acesso em: 15 abr. 2022.

COVIZZI, L. G. et al. Imobilização de células microbianas e suas aplicações biotecnológicas. Semin: Ciências Exatas e Tecnológicas, Londrina, v. 28, p. 143-160, 2007.

DERVAKOS, G. A.; WEBB, C. On the merits of viable-cell immobilisation. Biotechnology Advances, Netherlands, v. 9, n. 4, p. 559-612, 1991.

DOBBELAERE, S. et al. Phytostimulatory effect of Azospirillum brasilense wild type and mutant strains altered in IAA production on wheat. Plant and soil, Netherlands, v. 212, n. 2, pág. 153-162, 1999.

DOS SANTOS, R. R. et al. Mapeamento Patentário Sobre Fertilizantes em um Cenário Brasileiro. Cadernos de Prospecção, Salvador, v. 14, n. 1, p. 195-195, 2021.

DUTTA, D.; GACHHUI, R. Nitrogen-fixing and cellulose-producing Gluconacetobacter kombuchae sp. nov., isolated from Kombucha tea. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, Great Britain, v. 57, n. 2, p. 353-357, 2007.

ESA, F.; TASIRIN, S.M.; ABD RAHMAN, N. Overview of bacterial cellulose production and application. Agriculture and Agricultural Science Procedia, Netherlands, v. 2, p. 113-119, 2014.

FALLIK, E.; OKON, Y.; FISCHER, M. Growth response of maize roots to Azospirillum inoculation: Effect of soil organic matter content, number of rhizosphere bacteria and timing of inoculation. Soil Biology and Biochemistry, Netherlands, v. 20, n. 1, pág. 45-49, 1988.

FESTUCCI-BUSELLI, R. A.; OTONI, W.C.; JOSHI, C.P. Structure, organization, and functions of cellulose synthase complexes in higher plants. Brazilian Journal of Plant Physiology, Rio de Janeiro, v. 19, n. 1, p. 1-13, 2007.

FONSECA, F.; BÉAL, C.; CORRIEU, G. Operating Conditions that affect the resistance of lactic acid bacteria to freezing and frozen storage. Cryobiology,v. 43, ed. 3, p. 189-198, 2001.

FUENTES-RAMÍREZ, L. E. et al. Novel nitrogen-fixing acetic acid bacteria, Gluconacetobacter johannae sp. nov. and Gluconacetobacter azotocaptans sp. nov., associated with coffee plants. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, Reino Unido, v. 51, ed. 4, p. 1305-1314, 1 jul. 2001.

GUARALDO, M.C. Brazil is the world's fourth largest grain producer and top beef exporter, study shows. Embrapa: Secretaria de Inteligência e Relações Estratégicas (Sire), Brasília, 01 jun. 2021. Notícia. Disponível em: https://www.embrapa.br/busca-de-noticias/-/noticia/62619259/brasil-e-o-quarto-maior-produtor-de-graos-e-o-maior-exportador-de-carne-bovina-do-mundo-diz-estudo. Acesso em: 15 maio 2022.

JIMENEZ-SALGADO, T. et al. Coffea arabica L., a new host plant for Acetobacter diazotrophicus, and isolation of other nitrogen-fixing acetobacteria. Applied and Environmental Microbiology, Estados Unidos, v. 63, n. 9, p. 3676-3683, 1 set. 1997.

KRUSONG, W. et al. Consecutive bacterial cellulose production by luffa sponge enmeshed with cellulose microfibrils of Acetobacter xylinum under continuous aeration. 3 Biotech, v. 11, ed. 1, p. 6, jan. 2021.

MATHUR, G. et al. Bacteria Cellulose: Biopolymer from Gluconacetobacter xylinus. Macromolecular Symposia, Alemanha, v. 347, p. 27-31, jan. 2015.

MOHITE, B. V.; PATIL, S. V. A novel biomaterial: bacterial cellulose and its new era applications. Biotechnology and Applied Biochemistry, United States, v. 61, n. 2, pág. 101-110, 2014. (a)

MUTHUKUMARASAMY, R. et al. Gluconacetobacter diazotrophicus (syn. Acetobacter diazotrophicus), a promising diazotrophic endophyte in tropics. Current Science, Índia, v. 83, n. 2, p. 137-145, 25 jul. 2002.

PEOPLES, M. B.; HERRIDGE, D. F.; LADHA, J. K. Biological nitrogen fixation: An efficient source of nitrogen for sustainable agricultural production? Plant and Soil, Netherlands, v. 174, p. 3-28, 1995.

RAHMAN, S. S. A. et al. Production of bacterial cellulose using Gluconacetobacter kombuchae immobilized on Luffa aegyptiaca support. Scientific Reports, (s. l.), v. 11, n. 1, p. 1-15, 2021.

REIS, A. M. S. et al. Membranas de celulose regenerada extraída da casca de amendoim para filtração de biodiesel: preparação, caracterização e aplicação. 2019. Dissertação (Mestrado em Ciências e Tecnologia de Biocombustíveis) - Universidade Federal de Uberlândia, Minas Gerais, 2019.

REIS, V. M.; TEIXEIRA, K. R. S. Processos biológicos no sistema solo-planta: ferramentas para uma agricultura sustentável. Brasília: Embrapa Informação Tecnológica, v. 28, 2005.

SAMER, M. Biological and chemical wastewater treatment processes. In: SAMER, M. Wastewater Treatment Engineering. Croácia: IntechOpen, 2015.

SANTOS, E. N. et al. Qualidade de sementes de milho crioulo armazenadas. Anais do XI Congresso Brasileiro de Agroecologia, São Cristóvão, Sergipe, v. 15, n. 2, 2020. SAWADA, H. et al. Proposal for Rejection of Agrobacterium tumefaciens and Revised Descriptions for the Genus Agrobacterium and for Agrobacterium radiobacter and Agrobacterium rhizogenes. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, Reino Unido, v. 43, ed. 4, p. 649, 1993.

SCUDELETTI, D. Modos de inoculação de Azospirillum brasilense em cana-de-açúcar. 2016. Dissertação (Mestrado em Agronomia (Agricultura)) - Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP, Botucatú, 2016.

SECRETARIA ESPECIAL DE ASSUNTOS ESTRATÉGICOS. Produção Nacional de Fertilizantes – Estudo Estratégico. Brasília: SAE-PR, 2 jul. 2020. ET - DPE - 01/2020. Disponível em: https://www.gov.br/planalto/pt-br/assuntos/assuntos-estrategicos/documentos/estudos-estrategicos/sae_publicacao_fertilizantes_v10.pdf. Acesso em: 15 abr. 2022.

SILVA, G.; DUTRA, P. R. S.; CADIMA, I. M. Higiene na Indústria de Alimentos. Recife: e-TEC Brasil, 2010.

SILVA, R. A. Avaliação do ciclo de vida da produção de celulose bacteriana em diferentes meios de cultivo. 2019. Dissertação (Mestrado em Ciências Naturais) - Universidade Estadual do Ceará, Ceará, 2018.

SPX FLOW. CIP and Sanitation of Process Plant. Dinamarca: Spx Flow Technology, 2013. Disponível em: https://www.spxflow.com/assets/pdf/apv-cip-systems-22003-05-02-2013-gb.pdf. Acesso em: 10 nov. 2022. STICK, R.V.; WILLIAMS, S. J. Chapter 9 - Disaccharides, Oligosaccharides and Polysaccharides In: STICK, R.V.; WILLIAMS, S. J. Carbohydrates: The Essential Molecules of Life. Ed. 2, Austrália, p. 321-341, 2009.

TILMAN, D. et al. Agricultural sustainability and intensive production practices. Nature, United Kingdom, v. 418, n. 6898, p. 671-677, 2002.

TORTORA, G. J.; FUNKE, B. R.; CASE, C. L. Microbiologia. 12. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017.

ZHONG, C. Industrial-scale production and applications of bacterial cellulose. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, Switzerland, v. 8, p. 1425, 2020.

Downloads

Publicado

30.08.2023

Edição

Seção

Artigos Especiais