Avaliação do uso da nisina para o controle da contaminação bacteriana em fermentação alcoólica de milho/ Evaluation of the use of nisin to control bacterial contamination in ethanol fermentation of corn

Authors

  • João Vitor Lago
  • Alany Furlaneto da Silva
  • Enzo Raphael de Arruda Lara
  • Fernanda Karine do Carmo Félix

DOI:

https://doi.org/10.34117/bjdv8n5-024

Keywords:

fermentação alcóolica, contaminação bacteriana, nisina.

Abstract

A produção de etanol no Brasil se faz por processos fermentativos utilizando a levedura Saccharomyces cerevisiae, o que resulta na conversão de açúcares em etanol e dióxido de carbono. Contudo, o processo fermentativo é realizado de forma não asséptica, consequentemente, casos de contaminação ocorrem, reduzindo produtividade de etanol. As bactérias láticas são as culturas contaminantes mais comuns no processo fermentativo, levando a produção de ácido lático, além da competição por nutrientes. Algumas estratégias como o uso de lavagens ácidas e antibióticos apresentam eficiência no controle de contaminantes, contudo, apresentam efeito sobre a levedura e induz resistência bacteriana, respectivamente. Diante do cenário, o presente estudo apresentou o propósito de avaliar o uso da bacteriocina nisina para controle da contaminação, por meio de análise em cromatografia líquida de alta eficiência, além da análise da viabilidade da levedura por meio de contagem em câmara de Neubauer. A adição de 20 UI/mL de nisina ao meio para fermentação apresentou melhor resultado para controle na produção de ácido lático, sendo a concentração suficiente para reduzir o teor de ácido lático (0,19 %) e estabelecer uma conversão vantajosa de glicose em etanol, com teores de etanol de 9,95 % e 13,37 % de etanol, em 24 e 48 horas de fermentação, respectivamente. Ademais, a nisina não influenciou de forma negativa na viabilidade da levedura em concentrações inferiores à de 20 UI/mL. O uso da nisina prova-se uma alternativa para o uso do antibiótico convencional, devido a sua similaridade de controle, e pode ser inativada em elevadas temperaturas, sem apresentar formas residuais.

References

ALCANTARA, G. U. et al. Brazilian “Flex Mills”: Ethanol from Sugarcane Molasses and Corn Mash. BioEnergy Research, v. 13, p. 229-236, 2019.

BISCHOFF, K. M.; ZHANG, Y.; RICH, J. O. Fate of virginiamycin through the fuel ethanol production process. World Journal of Microbiology and Biotechnology, v. 32, n. 5, p. 76, 2016.

BONATELLI, M. L. Caracterização da comunidade bacteriana contaminante do processo fermentativo para produção de etanol e o impacto no metaboloma da fermentação. 2016. Tese (Doutorado em Genética e Melhoramento) - Universidade de São Paulo, São Paulo, 2016.

CECCATO-ANTONINI, Sandra Regina. Conventional and nonconventional strategies for controlling bacterial contamination in fuel ethanol fermentations. World Journal of Microbiology and Biotechnology, v. 34, n. 6, p. 1-11, 2018.

ECKERT, C. T. et al. Maize ethanol production in Brazil: Characteristics and perspectives. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 82, p. 3907-3912, 2018.

FERNANDES, Ricardo et al. Avaliação da produção de etanol empregando milho como matéria-prima. 2019.

FERREIRA, Rafaela Leandra Silva et al. Enriquecimento do mosto de milho com nutrientes nitrogenados e fosfatados para melhoria da fermentação alcoolica. Brazilian Journal of Development, v. 7, n. 3, p. 26131-26142, 2021.

HARIS, S. et al. Natural antibacterial agents from arid-region pretreated lignocellulosic biomasses and extracts for the control of lactic acid bacteria in yeast fermentation. AMB Express, v. 8, n. 1, p. 1-7, 2018.

HEBBAR, K. B. et al. Palm sap—Quality profiles, fermentation chemistry, and preservation methods. Sugar Tech, v. 20, n. 6, p. 621-634, 2018.

LEITE, I. R. et al. Evaluation of hop extract as a natural antibacterial agent in contaminated fuel ethanol fermentations. Fuel processing technology, v. 106, p. 611-618, 2013.

LI, M. et al. Using drug-loaded pH-responsive poly (4-vinylpyridine) microspheres as a new strategy for intelligent controlling of Lactobacillus plantarum contamination in bioethanol fermentation. World Journal of Microbiology and Biotechnology, v. 34, n. 10, p. 1-11, 2018.

LIU, M. et al. Bacteriophage application restores ethanol fermentation characteristics disrupted by Lactobacillus fermentum. Biotechnology for biofuels, v. 8, n. 1, p. 1-13, 2015.

LOPES, Mario Lucio et al. Ethanol production in Brazil: a bridge between science and industry. Brazilian Journal of Microbiology, v. 47, p. 64-76, 2016.

MAIA, N. J. L. et al. Combination of natural antimicrobials for contamination control in ethanol production. World Journal of Microbiology and Biotechnology, v. 35, n. 10, p. 1-9, 2019.

MUTTON, M. J. R. et al. Green and brown propolis: efficient natural biocides for the control of bacterial contamination of alcoholic fermentation of distilled beverage. Food Science and Technology, v. 34, p. 767-772, 2014.

OROZCO, Johana Carolina; MARTÍNEZ, Carlos Andrés; CUBILLOS-HINOJOSA, Juan Guillermo. Efecto de antibióticos y un antimicrobiano sobre el control de bacterias acido lácticas en la fermentación alcohólica. Revista Colombiana de Biotecnología, v. 20, n. 2, p. 19-37, 2018.

PARAPOULI, Maria et al. Saccharomyces cerevisiae and its industrial applications. AIMS microbiology, v. 6, n. 1, p. 1, 2020.

PENG, J. et al. The role of nisin in fuel ethanol production with Saccharomyces cerevisiae. Letters in applied microbiology, v. 55, n. 2, p. 128-134, 2012.

QUEIROZ, L. L. et al. Dynamics of microbial contaminants is driven by selection during ethanol production. Brazilian Journal of Microbiology, v. 51, n. 1, p. 303-312, 2019.

RAPOSO, M. S. et al. Contamination in bioethanol fermentation processes. Bioethanol and beyond, p. 69, 2018.

RASMUSSEN, M. L. et al. Reducing bacterial contamination in fuel ethanol fermentations by ozone treatment of uncooked corn mash. Journal of agricultural and food chemistry, v. 63, n. 21, p. 5239-5248, 2015.

RICH, Joseph O. et al. Biofilm formation and ethanol inhibition by bacterial contaminants of biofuel fermentation. Bioresource technology, v. 196, p. 347-354, 2015.

RICH, J. O. et al. Resolving bacterial contamination of fuel ethanol fermentations with beneficial bacteria–an alternative to antibiotic treatment. Bioresource technology, v. 247, p. 357-362, 2018.

SAMPAIO, Arthur Borges et al. Controle estatístico de contaminantes na fermentação alcoólica em uma usina de etanol de milho. 2021.

SEO, S. et al. Anti-contamination strategies for yeast fermentations. Microorganisms, v. 8, n. 2, p. 274, 2020.

SEKOAI, P. T.; MHLONGO, S. I.; EZEOKOLI, O. T. Progress in the development of methods used for the abatement of microbial contaminants in ethanol fermentations: a review. Reviews in Environmental Science and Bio/Technology, v. 18, n. 4, p. 795-821, 2019.

SILVA, H. J. T. et al. Aspectos técnicos e econômicos da produção de etanol de milho no Brasil. Revista de Política Agrícola, v. 29, n. 4, p. 142, 2020.

VIDAL, Maria de Fátima. Produção e mercado de etanol. 2020.

VIÉGAS, E. K. D. Propriedade antibacteriana da própolis verde sobre bactérias contaminantes da fermentação etanólica. 2011. Tese (Doutorado em Tecnologia de Alimentos) - Universidade de São Paulo, São Paulo, 2011.

ZHANG, Lili et al. Nisin incorporation enhances the inactivation of lactic acid bacteria during the acid wash step of bioethanol production from sugarcane juice. Letters in applied microbiology, v. 69, n. 1, p. 50-56, 2019.

Published

2022-05-02

How to Cite

Lago, J. V., Silva, A. F. da, Lara, E. R. de A., & Félix, F. K. do C. (2022). Avaliação do uso da nisina para o controle da contaminação bacteriana em fermentação alcoólica de milho/ Evaluation of the use of nisin to control bacterial contamination in ethanol fermentation of corn. Brazilian Journal of Development, 8(5), 32989–33006. https://doi.org/10.34117/bjdv8n5-024

Issue

Section

Original Papers