Hydrophobic inducers to enhanced surfactin production using cassava wastewater as low-cost culture medium: a prospection on new homologues

Abstract

Biossurfactantes são moléculas anfipáticas que são sintetizadas por células vivas com inúmeras aplicações potenciais nas áreas de saúde e meio ambiente, entre outras. No entanto, o alto custo de produção limita as aplicações desses compostos em larga escala. Neste sentido, reduzir seu custo de produção é a substituição do meio de cultura sintético por resíduos agroindustriais associados a indutores hidrofóbicos. Alguns desses estudos e uma revisão recente sobre o tema, informaram que bioquimicamente, a produtividade do biossurfactante pode ser facilmente aumentada pela simples adição de indutores ao meio de cultura, que estimula crescimento microbiano e também desencadeia o metabolismo de produção de biossurfactante - novos homólogos. Ou seja, os indutores estão relacionados ao tamanho de cadeias hidrofóbicas (biossurfactantes) e consequentemente maior estabilidade e eficiência dos mesmos. Os indutores de biossurfactantes são principalmente moléculas (compostos) hidrofóbicas (e.g. óleo de soja - conjunto de moléculas saturadas e insaturadas ácidos graxos, proteínas e vitaminas). Porém há poucas informações sobre o efeito dessas moléculas de forma individual(e.g. ácido oleico) na produção e estrutura química de biossurfactantes. Neste estudo iinvestigou-se a utilização de diferentes concentrações de indutores hidrofóbicos (1, 2, 5 e 10%) na produção de surfactina por Bacillus subtilis ATCC 6633 utilizando o resíduo líquido gerado na produção de farinha de mandioca (manipueira) como meio de cultura alternativo (fermentação submersa, 30 °C e 150 rpm por 72 h). A análise dos resultados de HPLC para todas as fermentações com indutores óleo de soja, ácido palmítico e ácido oleico, e em todas as concentrações, indicou a possível formação de diferentes homólogos de surfactina aumentando seu rendimento em até ?70, 17 e 98%, respectivamente. A surfactina produzida utilizando indutores reduziu a tensão superficial (?26,5 mN.m-1) e atingiu um rendimento máximo de ?1,3 ± 0.08 g.L-1. Indicando um aumento na produtividade (?2 vezes). Este estudo confirma que a utilização de indutores hidrofóbicos pode refletir em estruturas químicas diferentes, fornecendo uma base forte para explorar novas estruturas e bioatividades desconhecidas

Abstract: Biosurfactants are amphipathic molecules that are synthesized by living cells with numerous potential applications in the areas of health and the environment, among others. However, the high cost of production limits the applications of these compounds on a large scale. In this sense, an interesting approach to reducing its production cost is replacing the synthetic culture medium by agro-industrial residues associated with hydrophobic inducers. Some of these studies and a recent review reported that biochemically, biosurfactant productivity can be easily increased by adding inducers to the culture medium, which stimulates microbial growth and triggers the metabolism of biosurfactant production - new homologues. The inducers are related to the size of hydrophobic chains (biosurfactants) and, consequently, their greater stability and efficiency. Biosurfactant inducers are mainly hydrophobic molecules (compounds) (e.g. soybean oil - set of saturated and unsaturated fatty acids, proteins and vitamins). However, there is little information about the effect of these molecules individual (e.g. oleic acid) on biosurfactants' production and chemical structure. In this study, we investigated the use of different concentrations of hydrophobic inducers (1, 2, 5, and 10%) in the production of surfactin by Bacillus subtilis ATCC 6633 using cassava as an alternative culture medium (submerged fermentation, 30 °C and 150 rpm for 72 h). The analysis of the HPLC results for all fermentations with inducers soybean oil, palmitic acid, and oleic acid, and in all concentrations, indicated the possible formation of different surfactin homologues, increasing their yield up to ?70, 17, and 98%, respectively. Surfactin produced using inducers reduced the surface tension (?26.5 mN.m-1) and reached a maximum yield of ?1.3 ± 0.08 g.L-1. Indicating a increase in productivity (?2 times). This study confirms that using hydrophobic inducers can reflect on different chemical structures, providing a strong foundation to explore new structures and unknown bioactivities.