Utilize este identificador para referenciar este registo: https://hdl.handle.net/1822/3335

TítuloDegradation of dyes with microorganisms : studies with ascomycete yeasts
Autor(es)Ramalho, Patrícia A.
Orientador(es)Cardoso, Maria Helena Roberto
Paulo, Artur Cavaco
Data2005
Resumo(s)The capabilities of several yeasts were explored for the degradation of textile azo dyes. Through the initial work with Candida zeylanoides it has been possible to improve the composition of the culture medium to achieve the decolourisation of several model azo dyes. Total decolourisation times observed in culture media supplemented with 0.2mM dye ranged from 40 to 60 h. The initial decolourisation rates were 14–52µmol.(g dry cell)-¹.h-¹, depending on dye structure. In the course of decolourisation either metanilic or sulfanilic acids were detected in the supernatant fluid, showing that decolourization by this yeast strain was due to azo bond reduction. The azoreductase activity of the yeast cells was not significantly affected by pre-adaptation of the microorganism to the dyes. The exploration of the species Issatchenkia occidentalis demonstrated that the extent of decolourisation of the dyes previously tested, in liquid media containing 0.2 mM dye and 2% glucose, reached more than 80% in a period of 15 h, essentially under microaerophilic conditions. Under anoxic conditions, decolourisation did not occur, even in the presence of pre-grown cells. Kinetic assays of azo reduction activities with quasi-resting cells demonstrated the following: (i) while the optimum pH depended on dye structure, the optimum pH range was observed in the acidic range; (ii) the maximum decolorizing activity occurred in the late exponential growth phase; and (iii) the temperature profile approaches the typical bell-shaped curve. These results indirectly suggested the involvement of an enzyme activity in azo dye reduction. The decolourising activity of I. occidentalis was still observed when the cells switched to aerobic respiration at the expense of ethanol, after glucose exhaustion in the culture medium, but ceased when all the ethanol was consumed, connecting the dye reduction to growth. The efficiencies of I. occidentalis in the decolourisation of several azo dyes measured as the time required for colour loss ≥98% was shown to be linearly related to the reduction peak potential of the dyes. This contribution is a part of a paper which also examined the oxidative decolourisations by Trametes villosa laccase. It was demonstrated that in Saccharomyces cerevisiae the ferric reductase system participates in the extracellular reduction of azo dyes. The S. cerevisiae mutant strains Δfre1 and Δfre1Δfre2, but not Δfre2, showed a much reduced decolourising capability, suggesting that, under the conditions tested, Fre1p is a major component of the azo reductase activity. FRE1 gene complemented the phenotype of S. cerevisiae Δfre1 cells recovering the ability to grow in medium without externally added iron and to decolourise the dye, following a pattern similar to the one observed in the wild-type strain. The decolourising capabilities of C. zeylanoides, I. occidentalis and S. cerevisiae CEN.PK 113-7D towards several azo dyes were compared. The presence of dyes and degradation products in the growth medium did not affect nor growth nor viability of cells. The specific degradation rates obtained showed that S. cerevisiae is much more efficient in the decolourisation of dyes I, II and amaranth. The relationship of ln(apparent first order decolourisation rate/specific growth rate) vs. the reduction peak potential was represented by a second order polynomial equation. This type of relation suggests that the decolourisation kinetics is energy-dependent. Assimilation experiments of the reduction products showed that all strains are able to use the formed amines as carbon and nitrogen sources. This represents the possibility of complete mineralization of the tested azo dyes. The use of alternative carbon sources was also explored. All the three strains presented the same behaviour. Besides glucose ethanol was the only substrate that allowed both growth and decolourisation. A continuous process was developed to degrade azo dyes with a bacterial consortium isolated from a textile wastewater operating at pH 9 and 55ºC with the objective of comparing it to a similar system with yeasts. The effects of hydraulic retention time (HRT), pH, temperature and presence of salts were studied. For the optimal operational conditions (pH 9 and HRT of 24 h) the efficiencies achieved were 91.5±1.3% for colour removal and 89.0±0.4% for COD removal. The system tolerated, with no significant decrease in colour removal efficiency 3% of Na2SO4, Na2CO3 or NaCl. The later salts, however, produced a reduction in COD removal of 30 and 50% respectively. The total suspended solids content in the outlet of the reactor changed widely during the operation with a mean value of 0.54±0.22 g.L-¹. The system proved to be very effective in the decolourisation of C.I. Reactive Black 5 (RB5) under alkaline conditions and high temperatures. The similar system with yeasts due to lack of time was not operated.
O principal objectivo deste trabalho consistiu em explorar a capacidade de degradação de corantes azo têxteis de algumas leveduras. O trabalho inicial com uma estirpe da espécie Candida zeylanoides permitiu optimizar a composição do meio de cultura para conseguir a descoloração de alguns corantes azo modelo. Os tempos totais de descoloração, observados no meio de cultura suplementado com 0.2mM do corante, situaram-se entre as 40 e as 60h. As taxas iniciais de degradação foram 14-52 µmol.(g peso seco)-¹.h-¹, dependendo do corante usado. No decorrer do processo de descoloração detectou-se a presença dos ácidos metanílico e sulfanílico nos sobrenadantes dos meios, provando que a descoloração se deve à redução da ligação azo. A actividade de azo reductase não é significativamente afectada pela exposição prévia das células ao corante. Os estudos levados a cabo com a levedura Issatchenkia occidentalis demonstraram que a extensão da descoloração dos corantes previamente testados, em meio líquido contendo 0.2mM de corante e 2% de glucose, atingiu mais de 80% num período de 15 horas, essencialmente em condições microaerofílicas. Sob condições anóxicas a descoloração não ocorreu, mesmo na presença de células pré-crescidas. Ensaios cinéticos da actividade de azo reductase demonstraram que: (i) o pH óptimo depende da estrutura do corante e situa-se na gama ácida; (ii) a actividade máxima de descoloração ocorre durante a fase exponencial tardia; e (iii) a actividade varia com a temperatura aproximadamente segundo uma curva em forma de sino. Estes resultados sugerem indirectamente o envolvimento de uma actividade enzimática na redução dos corantes azo. A actividade de descoloração de I. occidentalis manteve-se mesmo após a mudança para o metabolismo respiratório do etanol, após o esgotamento da glucose do meio, mas cessou quando todo o etanol foi consumido, ligando a redução dos corantes ao crescimento. As eficiências de I. occidentalis na descoloração de vários corantes azo, medidas pelo tempo necessário para atingir uma descoloração ≥98%, estão linearmente relacionadas com o potencial do pico de redução do corante. Esta contribuição é parte integrante de um artigo que também examina a descoloração oxidativa pela laccase de Trametes villosa. Em Saccharomyces cerevisiae o sistema da ferri-reductase participa na redução extracelular de corantes azo. Os mutantes ∆fre1 e ∆fre1∆fre2, mas não o ∆fre2, da estirpe de S. cerevisiae utilizada mostraram uma capacidade muito reduzida de descoloração, sugerindo que, nas condições testadas, Fre1p é o maior componente da actividade de azo reductase. O gene FRE1 complementou o fenotipo do mutante ∆fre1, recuperando a capacidade de crescer em meio sem adição de ferro e de degradar o corante, seguindo um padrão semelhante ao observado na estirpe selvagem. As estirpes de C. zeylanoides, I. occidentalis e S. cerevisiae acima referidas foram comparadas quanto à sua capacidade de descoloração de vários corantes. A presença dos corantes ou dos produtos da sua degradação no meio de cultura não afectou nem o crescimento nem a viabilidade das células. As taxas específicas de degradação obtidas mostraram que a estirpe de S. cerevisiae testada é mais eficiente na descoloração dos corantes I, II e Amarante. A relação entre ln(constante de descoloração de 1ª ordem aparente/taxa específica de crescimento) vs. potencial de pico de redução do corante é representada por uma equação polinomial de segunda ordem. Este tipo de dependência sugere que o factor energético é determinante na cinética do processo de descoloração. Experiências de assimilação dos produtos de redução demonstraram que todas as estirpes utilizam as aminas formadas como fonte de carbono e azoto. Isto representa a possibilidade de mineralização completa dos corantes. A utilização de fontes de carbono alternativas também foi explorada. Todas as três estirpes utilizadas apresentaram um comportamento semelhante. Para além da glucose, o etanol foi o único substrato que permitiu o crescimento e a descoloração. Foi desenvolvido um processo contínuo para degradar corantes azo com um consórcio de bactérias isolado a partir de um efluente têxtil para operar a pH 9 e 55ºC, tendo sido estudados os efeitos do tempo de retenção hidráulico (θ), pH, temperatura e presença de sais. Para as condições óptimas de operação (pH 9 e θ=24h) as eficiências alcançadas foram 91.5±1.3% para a remoção da cor e 89.0±0.4% para a remoção da carência química de oxigénio (CQO). O sistema tolerou, sem significativa redução da eficiência de remoção de cor, 3% de Na2SO4, Na2CO3 ou NaCl. Os últimos sais provocaram no entanto uma redução da eficiência de remoção de CQO de 30 e 50% respectivamente. O conteúdo em sólidos suspensos totais à saída do reactor variou bastante durante toda a operação do mesmo, tendo apresentado um valor médio de 0.54±0.22 g.L-¹. O sistema provou ser eficiente para a descoloração do corante C.I. Reactive Black 5 (RB5) em condições alcalinas e a temperaturas elevadas. Os dados obtidos neste estudo servirão futuramente para comparação com um sistema semelhante utilizando leveduras.
TipoTese de doutoramento
DescriçãoTese de doutoramento em Ciências.
URIhttps://hdl.handle.net/1822/3335
AcessoAcesso aberto
Aparece nas coleções:BUM - Teses de Doutoramento
DBio - Teses de Doutoramento/Phd Theses

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