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https://tede.unioeste.br/handle/tede/7786
Tipo do documento: | Tese |
Title: | Avaliação funcional e potencial biotecnológico da água residuária de agroindústrias de mandioca: do isolamento à análise metagenômica |
Other Titles: | Functional evaluation and biotechnological potential of wastewater from cassava agro-industries: from isolation to metagenomic analysis |
Autor: | Bandeira, Debora Marina ![]() |
Primeiro orientador: | Gomes, Simone Damasceno |
Primeiro coorientador: | Pinto, Fabiana Gisele da Silva |
Primeiro membro da banca: | Santos, Adailson Feitoza de Jesus |
Segundo membro da banca: | Tomoto, Aruani Leticia da Silva |
Terceiro membro da banca: | Challiol, Adriana Zemiani |
Resumo: | A mandioca é reconhecida como uma cultura agrícola de grande importância no Brasil, a qual gera subprodutos com alta carga orgânica. A toxicidade das águas residuárias associadas ao processamento da mandioca não se limita apenas ao excesso de compostos orgânicos e açúcares, mas também à presença de cianoglicosídeos, que representam riscos ambientais se não forem adequadamente tratadas. No entanto, essas águas residuárias possuem potencial significativo como fonte de nutrientes e compostos bioativos para aplicações biotecnológicas sustentáveis, mitigando impactos ambientais adversos. Este estudo avaliou amostras de água residuária de duas agroindústrias processadoras de mandioca: uma processadora de fécula (ARFe) e outra processadora de farinha (ARFa). O objetivo foi investigar a composição microbiana e o potencial biotecnológico desses resíduos por meio de métodos de isolamento microbiológico, metagenômica e testes funcionais. No artigo 1, os isolados bacterianos foram obtidos com base no método de diluição seriada e isolamento, seguido de caracterização morfológica e tintorial por Gram e fisiológica quanto à fixação biológica de nitrogênio, solubilização de fosfato e potássio, além da síntese de sideróforos. Foram obtidos 182 isolados bacterianos, que demonstraram capacidades funcionais relevantes para a agricultura, incluindo alta taxa de fixação de nitrogênio, solubilização de fosfato e potássio, e produção de sideróforos, especialmente nos isolados de ARFa, o que indica potencial para o desenvolvimento de biofertilizantes. No artigo 2, foi realizada a análise metagenômica das águas residuárias que revelaram a predominância dos filos Proteobacteria, Bacteroidota e Firmicutes, com maior abundância dos gêneros Gemmatimonas, Nannocystis e Bacillus. Apesar das variações químicas entre as amostras, os perfis taxonômicos e funcionais permaneceram estáveis ao longo dos anos de 2022 a 2024. A correlação significativa entre diversidade funcional e disponibilidade de substratos reforça o impacto direto dos fatores físico-químicos de cada água residuária na estrutura microbiana e no comportamento metabólico dos microrganismos. No terceiro artigo, foram realizados experimentos de fermentação utilizando águas residuárias como substrato para a bactéria Priestia aryabhattai (CCMMIAB-UNIO423), visando à produção de ácido indol-3-acético (AIA) sob diferentes condições de suplementação (S1 e S2). Ambas as amostras sustentaram crescimento microbiano exponencial; a ARFa apresentou crescimento inicial mais rápido, seguido por queda associada ao esgotamento de nutrientes, enquanto a ARFe mostrou crescimento mais estável e prolongado ao longo do tempo. A suplementação S2 (caseína, ureia, sacarose e fosfato de potássio) resultou em maior viabilidade celular em comparação à S1 (glicerol, nitrato de amônio e extrato de levedura), com destaque para a produção elevada de ácido indol-3-acético (AIA), especialmente na ARFa. Os resultados indicam o potencial biotecnológico das águas residuais da mandioca para aplicações em biorremediação e na produção de biofertilizantes. O estudo reforça a viabilidade do aproveitamento desses efluentes como substrato para o crescimento de microrganismos promotores do crescimento vegetal, o que contribui para a redução do impacto ambiental e promove a sustentabilidade nas cadeias produtivas agrícolas. |
Abstract: | Cassava is recognized as an agricultural crop of great importance in Brazil, which generates by-products with a high organic load. The toxicity of the wastewater associated with cassava processing is limited to the excess of organic compounds and sugars and the presence of cyanoglycosides, which pose environmental risks if not adequately treated. However, this wastewater has significant potential as a source of nutrients and bioactive compounds for sustainable biotechnological applications, mitigating adverse environmental impacts. This study evaluated wastewater samples from two cassava processing agro-industries: a starch processor (ARFe) and a flour processor (ARFa). The aim was to investigate this waste's microbial composition and biotechnological potential using microbiological isolation methods, metagenomics, and functional tests. In article 1, bacterial isolates were obtained using the serial dilution and isolation method, followed by morphological and Gram stain characterization and physiological characterization regarding biological nitrogen fixation, phosphate and potassium solubilization, and siderophore synthesis. A total of 182 bacterial isolates were obtained, which demonstrated functional capacities relevant to agriculture, including a high rate of nitrogen fixation, phosphate and potassium solubilization, and siderophore production, especially in the ARFa isolates, which indicates potential for the development of biofertilizers. Article 2 carried out a metagenomic analysis of wastewater, which revealed a predominance of the Proteobacteria, Bacteroidota, and Firmicutes phyla, with a greater abundance of the Gemmatimonas, Nannocystis, and Bacillus genera. Despite the chemical variations between the samples, the taxonomic and functional profiles remained stable from 2022 to 2024. The significant correlation between functional diversity and substrate availability reinforces the direct impact of the physicochemical factors of each wastewater on the microbial structure and metabolic behavior of the microorganisms. In the third article, fermentation experiments were carried out using wastewater as a substrate for the bacterium Priestia aryabhattai (CCMMIAB UNIO423) to produce indole-3-acetic acid (IAA) under different supplementation conditions (S1 and S2). Both samples sustained exponential microbial growth; ARFa showed faster initial growth, followed by a decline associated with nutrient depletion, while ARFe showed more stable and prolonged growth over time. S2 supplementation (casein, urea, sucrose, and potassium phosphate) resulted in greater cell viability compared to S1 (glycerol, ammonium nitrate, and yeast extract), with a high production of indole-3-acetic acid (IAA), especially in ARFa. The results indicate the biotechnological potential of cassava wastewater for applications in bioremediation and the production of biofertilizers. The study reinforces the feasibility of using these effluents as a substrate for the growth of plant growth-promoting microorganisms, which contributes to reducing environmental impact and promotes sustainability in agricultural production chains. |
Keywords: | Resíduos agroindustriais Microbioma Biotecnologia Agro-industrial waste Microbiome Biotechnology Functional prediction |
CNPq areas: | RECURSOS HÍDRICOS E SANEAMENTO AMBIENTAL |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Publisher: | Universidade Estadual do Oeste do Paraná |
Sigla da instituição: | UNIOESTE |
Departamento: | Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas |
Program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola |
Campun: | Cascavel |
Citation: | Bandeira, Debora Marina. Avaliação funcional e potencial biotecnológico da água residuária de agroindústrias de mandioca: do isolamento à análise metagenômica. 2025. 91 f. Tese( Doutorado em Engenharia Agrícola) - Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Cascavel. |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
Endereço da licença: | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ |
URI: | https://tede.unioeste.br/handle/tede/7786 |
Issue Date: | 20-Mar-2025 |
Appears in Collections: | Doutorado em Engenharia Agrícola (CVL) |
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