Produção de ácido cítrico por Aspergillus niger AN 400 a partir de resíduo agroindustrial / Citric acid production by Aspergillus niger AN 400 from agroindustry waste

RESUMO A agroindústria gera grandes volumes de resíduos com carga poluidora elevada, o que exige o desenvolvimento de tecnologias para minimização de impactos causados pela disposição inadequada desses resíduos no ambiente. A produção de ácido cítrico utilizando resíduos agroalimentares como substrato para fermentação é uma solução para a redução da carga orgânica desses poluentes, além de agregar valor econômico pela geração de produto rentável. Aspergillus niger AN 400 foi utilizado para produzir ácido cítrico a partir de soro de queijo. A pesquisa foi dividida em três fases, conforme adição de açúcar extra (50, 100 e 150 g.L-1): Fase I, com glicose; Fase II, com sacarose; e Fase III, apenas com o soro de queijo, sem adição extra de açúcar. Os reatores permaneceram sob agitação de 150 rpm e a 30ºC, por 10 dias. A maior concentração de ácido cítrico (2.379 mg.L-1) foi observada quando da adição de 100 g.L-1 de glicose. Porém, em termos de produtividade, os maiores valores foram registrados nos reatores com 50 (458 mg.L-1.dia-1) e 100 g.L-1 (745 mg.L-1.dia-1) de sacarose, seguido pelo reator que continha apenas soro de queijo, sem adição de açúcar extra (313 mg.L-1.dia-1), demonstrando o potencial desse resíduo para a obtenção desse ácido de grande interesse comercial.

ABSTRACT The agro-industry generates large volumes of waste with high organic load, which requires the development of technologies to minimize the impacts caused by the improper disposal of this waste on the environment. The citric acid produced by agro food wastes as substrate for fermentation is a solution to reduce the organic load of these pollutants and add economic value by generating a profitable product. Aspergillus niger AN 400 was used to produce citric acid from cheese whey. The study was divided in three phases according to the addition of extra sugar (50, 100, 150 g.L-1): Phase I, with glucose; Phase II, with sucrose, and Phase III, with cheese whey only, without adding extra sugar. The reactors remained under agitation 150 rpm and at 30ºC for 10 days. The highest concentration of citric acid (2,379 mg.L-1) was observed upon the addition of 100 g.L-1 of glucose. However, the greatest yields were recorded in the reactors with 50 (458 mg.L-1.day-1) and 100 g.L-1 (745 mg.L-1. day-1) of sucrose, followed by the reactor that contained only cheese whey, without adding extra sugar (313 mg.L-1.day-1), demonstrating the potential of this waste to obtain citric acid with a great commercial interest.

Emprego de Aspergillus niger AN 400 em reatores de bancada para remover pesticida de matriz aquosa / Employment of Aspergillus niger AN 400 in batch reactors to remove pesticide aqueous matrix

RESUMO Esta pesquisa propõe utilizar o fungo Aspergillus niger AN 400 no tratamento de matriz aquosa contendo metil paration por meio de reatores em batelada, sendo dividida em duas etapas. Na etapa I, foram montados reatores controle (RCs) contendo apenas metil paration em matriz aquosa; reatores contendo metil paration e suspensão de esporos de fungo (RFs); e reatores contendo metil paration, suspensão de esporos de fungo e etanol (RFEs). A cada tempo de reação (TR), um RC, um RF e um RFE eram colocados fora de operação. Os TRs estudados foram distribuídos em 30 dias. Na etapa II, operou-se um reator com biomassa imobilizada (RBI) alimentado por metil paration e etanol, efetuando-se cinco ciclos cada um com duração de uma semana. Como resultados, na Etapa I, verificou-se que o pH variou de 5 a 8, atingindo remoções finais de 61% (RF) e 89% (RFE) de demanda química de oxigênio (DQO) bruta; 67% (RF) e 52% (RFE) de nitrogênio amoniacal; 34% (RF) e 45% (RFE) de nitrato; 2% (RF) e 15% (RFE) de fósforo total. Na Etapa II, o pH variou de 3 a 8 e as médias de remoção final foram: 94% de DQO filtrada, 88% de DQO bruta, 19% de nitrogênio amoniacal, 96% de nitrato, 12% de fósforo total e metil paration de 95%, com biomassa imobilizada e 73% (95%) com biomassa dispersa. Os resultados mostraram que a utilização do fungo Aspergillus niger AN 400 pode ser uma alternativa no tratamento de água residuária contendo metil paration.

ABSTRACT This research proposes the use of the fungus Aspergillus niger AN 400 in treating aqueous matrix containing methyl parathion in batch reactors. The research was divided into two steps. In Step I, were mounted control reactors (RC) containing only methyl parathion in aqueous matrix; reactors with fungus (RF) containing methyl parathion and suspension of fungus spores; and reactors with fungus and ethanol (RFE) containing methyl parathion, the suspension of fungus spores and ethanol. Each reaction time (TR), one RC, one RF and one RFE were put out of operation. The reaction times were studied in 30 days. In Step II, operated a reactor with immobilized biomass (RBI) with methyl parathion and ethanol, making up 5 cycles each lasting one week. As a result, in Step I, it was found that the pH varied from 5 to 8. The final removal of 61% (RF) and 89% (RFE) of COD; 67% (RF) and 52% (RFE) of ammonia nitrogen; 34% (RF) and 45% (RFE) nitrate; 2% (RF) and 15% (RFE) of total phosphorus. In Step II, the pH ranged from 3 to 8 and the average final removal were 94% of filtered COD, 88% gross COD, 19% of ammonia nitrogen, 96% nitrate, 12% of total phosphorus and 95% of methyl parathion with immobilized biomass and 73% with disperse biomass. The results showed that the use of the fungus Aspergillus niger AN 400 can be an alternative for treating wastewater containing methyl parathion.

Remoção de BTEX por fungos em reator aeróbio de escoamento contínuo / BTEX removal by fungi in continuous flow aerobic reactor

RESUMO Foi estudada a remoção de compostos BTEX (benzeno, tolueno, etilbenzeno e xilenos) em reator de escoamento contínuo e mistura perfeita, com inóculo de Aspergillus niger AN 400, operado sob o tempo de detenção hidráulica (TDH) de 12 horas para avaliar a eficiência do sistema na biorremediação de água poluída com gasolina na presença (Etapa I) e na ausência (Etapa II) de glicose (0,5 g.L-1). A água poluída com gasolina foi preparada na proporção de 10:1000 mL (gasolina:água). Na primeira etapa foi ainda estudada a influência da adição de nutrientes no afluente sobre a eficiência do processo. A adição de nutrientes foi benéfica ao processo e, mesmo com a retirada da glicose, a eficiência foi mantida, devido à metabolização do etanol - presente na gasolina brasileira em 25% - pelos fungos, sendo ambos fontes de carbono de assimilação mais fácil para obtenção de energia; o etanol e a glicose, foram usados como cossubstratos na degradação dos BTEX. Assim, na Etapa 2, quando somente havia o etanol no meio, chegou-se a percentuais médios de 88% para benzeno, 90% para tolueno, 90% para etilbenzeno, e de 91% para meta, para e orto-xileno (m, p e o-xileno), com formação de subprodutos fenólicos. A população fúngica predominou no meio ao longo de toda a operação do reator.

ABSTRACT The removal of benzene, toluene, ethylbenzene and xylene (BTEX) compounds by Aspergillus niger AN 400 was studied in a continuous flow reactor which was operated at hydraulic retention time (HRT) of 12 hours evaluate the efficiency of the system in the bioremediation of water polluted with gasoline in the presence (Step 1) and absence (Step 2) of 0.5 g.L-1 glucose. In the first step it was also studied the influence of the addition of nutrients in the influent on the efficiency of the process. The addition of nutrients was beneficial to the process and, with the removal of glucose, the efficiency was maintained due to the use of ethanol - which is a Brazilian gasoline constituent (25%) - and was used as co-substrate. Both ethanol and glucose are more easily assimilated carbon and energy sources for fungi and were used as co-substrate in the degradation of BTEX. Thus, in Step 2, when only ethanol was in the biomedia, averages percentage of 88% for benzene, 90% in toluene, 90% ethylbenzene and 91% for meta, para and ortho-xylene (m, p and o-xylene) were reached, with the formation of phenolic by-products in between. The fungal population in the middle prevailed throughout the operation of the reactor.

Influência do excesso de nitrogênio amoniacal no tratamento de efluente têxtil em reator de bateladas sequenciais com Aspergillus niger AN 400 / Influence of excess nitrogen in the treatment of the textile effluent in sequential batch reactors with Aspergillus nigerAN 400

RESUMO Água residuária têxtil foi tratada com Aspergillus niger AN 400 em reator de bateladas sequenciais, em ciclos de 48 h para avaliar o efeito de fonte adicional de nitrogênio sobre a eficiência do sistema alimentado com efluente diluído (10% v/v) e glicose (3 g.L-1). O afluente recebeu fonte adicional de nitrogênio (etapa I), acarretando em excesso de nitrogênio amoniacal (192 mg.L-1) no meio, resultando em remoção de matéria orgânica de 85%, porém em apenas 55% de remoção de corante. Ao se diminuir a concentração média de amônia para 98 mg.L-1 (etapa II), a remoção de corante (83%) passou a ser superior à de matéria orgânica, de 69%, mostrando o efeito negativo de concentrações elevadas de amônia sobre o sistema, favorecendo ainda o crescimento de bactérias, o que provavelmente inibiu a produção de enzimas fúngicas e contribuiu para a perda de eficiência na remoção de corante e formação de subprodutos.

ABSTRACT Textile wastewater was treated by Aspergillus niger AN 400 in sequential batch reactor, which was operated in cycles of 48 h in order to evaluate the effect of an additional source of nitrogen on the system's efficiency, which was fed with effluent diluted (10% v/v) and glucose (3 g.L-1). The influent received addition of an external source of nitrogen (phase I), in which there was excess ammonia (192 mg.L-1) in the medium, resulting in organic matter removal of 85%, but in only 55% removal of dye. In the phase II, when the average concentration of ammonia in the medium was lower (98 mg.L-1), removal of dye (83%) became higher than that of organic matter (69%), showing the negative effect of high concentrations of ammonia over the system and favoring the growth of bacteria, which probably inhibit the production of fungal enzymes and contributed to the loss of efficiency in the removal of dye and the formation of byproducts.

Tratamento de efluente sintético de laticínio em reatores em batelada inoculados com Aspergillus niger AN400 / Treatment of synthetic dairy wastewater in batch reactors inoculated with Aspergillus niger AN400

Indústrias de laticínios contêm elevada concentração de matéria orgânica que podem causar poluição. Este trabalho propôs estudar a remoção de matéria orgânica e de nutrientes de um efluente sintético de laticínio, disposto em reatores em bateladas repetidas inoculados com Aspergillus niger AN400. O sistema foi composto por reatores com diferentes configurações e, para cada tipo de montagem, variou-se o material-suporte. O estudo foi realizado em quatro ciclos de cinco dias, com retiradas diárias de alíquotas. A análise dos resultados mostrou eficiência de remoção de demanda química de oxigênio com picos de até 71,7%, concluindo-se que a tecnologia mostrou-se viável na remoção de matéria orgânica. Em relação aos nutrientes, o sistema pôde remover satisfatoriamente nitrato; contudo, para remoção de amônia, não se apresentou promissor.

Dairy industries contain high concentration of organic matter that may cause pollution. This study proposed to study the removal of organic matter and nutrients from a synthetic dairy effluent, arranged in repeated batch reactors inoculated with Aspergillus niger AN400. The system was composed of reactors with different configurations and, for each type of assembly, the support material was varied. The study was conducted in four cycles of five days, with daily withdrawals of portions. The results showed efficiency of removal of chemical oxygen demand with peaks of up to 71.7%. One might conclude that the technology was feasible in the removal of organic matter. For nutrients, the system could successfully remove nitrate; however, for removal of ammonia, it was not promising.

Azo dye degradation by Phanerochaete chrysosporium in the medium enriched with nitrogen in the presence of primary co-substrate

This work sought to evaluate the ability of fungi Phanerochaete chryosporium to degrade congo red azo dye in batch reactor, evaluate the influence of glucose and wheat bran as co-substrates on the removal of the dye in the medium and investigate the influence of ammonium chloride, ammonium nitrate and ammonium sulfate as the inorganic nitrogen source for the process. Wheat bran was not effective satisfactorily for the removal of dye and organic matter had no desired effect for the removal of color and organic matter and showed the lowest values of k2, 0.008 M-1.d-1and 0.0004 M-1.d-1, respectively. Glucose presented the best response with the highest final percentage of dye removal (97%) and rate of dye removal (0.017 M-1.d-1), without adding an external source of nitrogen.

Tratamento de água com hidrocarbonetos aromáticos por uso de reator em bateladas sequenciais com inoculo fúngico / Treatment of water with aromatic hydrocarbons by use of sequential batch reactor with fungi inoculum

Um reator em batelada, aerado, com biomassa imobilizada de Aspergillus niger AN400 foi operado durante 10 ciclos de 7 dias para remover benzeno (200 mg.L-1), tolueno (200 mg.L-1) e xileno (50 mg.L-1) - BTX - e de nutrientes de meio basal. O reator era alimentado semanalmente com 4 L do meio e glicose - 1 g.L-1, na Fase I, e 0,5 g.L-1, na Fase II. Os BTX foram detectados até o quarto dia de operação, em todos os ciclos. As melhores eficiências médias de remoção foram na Fase I: 75%de matéria orgânica solúvel, 80% de ortofosfato e 77% de amônia. O reator pode ser uma alternativa viável para tratamento de águas poluídas com BTX, porém há a necessidade de estudar o comportamento do reator durante período de operação mais longo e com ciclos reacionais mais curtos, bem como da identificação dos metabólitos produzidos.

A batch reactor with air and immobilized biomass of Aspergillus niger AN400 was operated during 10 cycles of 7 days to remove benzene (200 mg.L-1), toluene (200 mg.L-1), and xylene (50 mg.L-1) - BTX - and nutrients from basal medium. The reactor was weekly fed with 4 L of the medium and glucose - 1 g.L-1 (Phase I) and 0.5 g.L-1 (Phase II). The BTX had been detected until the fourth day of operation in all cycles. The best efficiencies of removal had been in Phase I: 75% of soluble organic matter, 80% of orthophosphate and 77% of ammonia. The reactor can be a viable alternative for the contaminated water treatment with BTX. However it has the necessity to study behavior of the reactor during longer period of operation and with shorter reaction cycles, as well as the identification of the produced metabolites.

Glucose effect on degradation kinetics of methyl parathion by filamentous fungi species Aspergilus Niger AN400 / Efeito da glicose na degradação cinética de metil paration pela espécie fúngica Aspergillus niger AN400

This study evaluated the glucose effect on the removal of methyl parathion by Aspergillus niger AN400. The study was conducted in two stages: toxicity tests on plates and assays in flasks, under an agitation of 200 rpm. The methyl parathion concentrations in the toxicity test ranged from 0.075 to 60 mg/L. The second stage consisted on evaluating reactors: six control reactors with methyl parathion solution; six reactors with fungi and methyl parathion, and six reactors containing fungi, methyl parathion, and glucose. The reaction times studied ranged from 1 to 27 days. Methyl parathion concentrations of up to 60 mg/L were not toxic for Aspergillus niger AN400. The first-order kinetic model served as a good representation of the methyl parathion conversion rate. The first-order kinetic constant was 0.063 ± 0.005 h-1 for flasks without addition of glucose, while a value of 0.162 ± 0.014 h-1 was obtained when glucose was added.

Este estudo avaliou o efeito da glicose na remoção de metil paration por Aspergillus niger AN400. O estudo foi realizado em duas etapas: testes de toxicidade em placas e ensaios em batelada, sob agitação de 200 rpm. As concentrações de metil paration no ensaio de toxicidade variaram de 0,075 a 60 mg/L. A segunda etapa consistiu na avaliação dos reatores divididos em lotes: seis reatores controle, com solução de metil paration; seis reatores com fungos e paration metílico e seis reatores com fungos, paration metílico e glicose. Os tempos de reação estudados variaram de 1 a 27 dias. Concentrações de paration metílico de até 60 mg/L não foram tóxicas para Aspergillus niger AN400. O modelo de primeira ordem representou bem a cinética de degradação do metil paration. A constante cinética foi de 0,063 ± 0,005 h¹ para reatores sem adição de glicose, enquanto o valor de 0,162 ± 0,014 h¹ foi obtido quando a glicose foi adicionada.

Remoção de macronutrientes de efluente da indústria de castanha de caju por uso de reator aeróbio em batelada com inóculo fúngico / Removal of macronutrients from effluent of a cashew nut industry by using a batch aerobic reactor with fungal inoculums

Foi estudada a eficiência da remoção de nitrogênio e fósforo do efluente de indústria de castanha de caju, por uso de reator aeróbio em batelada com inóculo de Aspergillus niger AN400. O reator recebeu 5 L de água residuária, acrescida de glicose, na concentração de 1 g.L-1 (Etapa I) e de 5 g.L-1 (Etapa II ). Cada etapa teve seis ciclos operacionais, cada um com tempo de reação total de sete dias. Os valores de pH dos efluentes na Etapa I variaram de 6,4 a 8,7 e na Etapa II , de 3,1 a 7,0. Durante a Etapa II , o reator alcançou bons resultados para remoção de nutrientes sem acúmulo de sua concentração no meio: 49 por cento de fósforo total, 60 por cento de ortofosfato, 79 por cento de amônia, 78 por cento de nitrato e 90 por cento de nitrito, indicando que a menor liberação de nutrientes pelos micro-organismos ocorreu na presença de concentração elevada de glicose.

It was studied the removal efficiency of nitrogen and phosphorus from effluent of a cashew nut industry by using an aerobic reactor operated in repetitive batch, inoculated with Aspergillus niger AN400. The reactor was fed with 5 L of wastewater, supplemented with glucose in the concentration of 1 g.L-1 (Phase I) and 5 g.L-1 (Phase II ). Each phase had six operational cycles, with total reaction time of seven days per cycle. The pH values of the effluents in Phase I varied from 6.4 to 8.7 and in Phase II , it varied from 3.1 to 7.0. The reactor achieved good results of removal without nutrients accumulated in the medium, during Phase II : 49 percent to total phosphorus, 60 percent to orthophosphate, 79 percent to ammonia, 78 percent to nitrate, and 90 percent to nitrite, indicating that the lesser release of nutrients by microorganisms occurred in the presence of higher glucose concentration.

Remoção biológica de fenol por uso de reator contínuo com inóculo de Aspergillus niger / Biological removal of phenol by use of continuous reactor with Aspergillus niger inoculum

Neste trabalho, um meio aquoso contendo 250 mg/L de fenol e macro e micronutrientes foi submetido ao tratamento em reator de leito fixo e escoamento contínuo, inoculado com Aspergillus niger. O reator foi operado sob tempo de detenção hidráulica de oito horas, dividido em duas fases de alimentação: na presença (Fase I) e ausência (Fase II) de 0,5 g/L de glicose no meio. As remoções médias de matéria orgânica, medida em demanda química de oxigênio, e de fenol foram, respectivamente, de 92 por cento e 99 por cento, na Fase I, e de 77 por cento de matéria orgânica e de fenol, na Fase II. A perda de eficiência registrada na Fase II foi atribuída à produção excessiva de biomassa e de mucilagem, bem como pela provável diminuição da atividade enzimática dos micro-organismos envolvidos no processo.

In this work, an aqueous mean containing 250 mg/L of phenol and macro and micro nutrients was submitted to treatment in a continuous fixed bed reactor inoculated with the Aspergillus niger. The reactor was operated under eight hours of hydraulic detention, divided into two feeding phases in the presence (Phase I) and absence (Phase II) of 0.5 g/L of glucose in the mean. The organic matter removal, measured in chemical demand of oxygen and phenol were of 92 percent and 99 percent in Phase I, and 77 percent of organic matter and phenol in Phase II. The loss of the efficiency observed in the Phase II was attributed to extreme production of biomass and mucilage inside the reactor and for the reduction of the enzymatic activity of the involved microorganisms in the process.

Viabilidade do tratamento de água residuária sintética têxtil em reator aeróbio de leito fixo / Viability of the synthetic textile wastewater treatment in a fixed-bed aerobic reactor

Um reator de escoamento contínuo, inoculado com Aspergillus niger AN400, possuía volume total de 5 L e foi operado a 29ºC, com oito horas de tempo de detenção hidráulica e 150 L.h-1 de vazão de ar, para remover 25 mg.L-1 de corante vermelho do congo de água residuária sintética. A alimentação do reator foi realizada em duas fases: Fase I, com 0,5 g.L-1 de sacarose e Fase II, sem sacarose. Na Fase I, foi possível observar eficiências de remoção de matéria orgânica (mg de DQO.L-1) e de cor (mg PT.L-1) de 80 ± 16 por cento e 82 ± 10 por cento (mg Pt.L-1), respectivamente. Na Fase II, a eficiência de remoção de matéria orgânica foi de 75 ± 13 por cento e de cor (mg Pt.L-1) de 89 ± 7 por cento. As maiores remoções de nutrientes foram alcançadas pelo reator na Fase I, com 25 por cento de amônia, 90 por cento de nitrito, 93 por cento de nitrato e 21 por cento de fósforo. Aparentemente, a presença de sacarose melhorou a remoção dos nutrientes.

A continuous flow reactor, inoculated with Aspergillus niger AN400, with total volume of 5 L was operated at 29oC, with eight hours of retention hydraulic time and 150 L.h-1 of air flow rate in order to remove 25 mg.L-1 of Congo Red dye from a synthetic wastewater. The feeding of the reactor, inoculated with Aspergillus niger AN400, was done in two phases: Phase I, with 0,5 g/L of saccharose and Phase II, with no saccharose. In Phase I, it was possible to verify efficiencies of organic matter and color (mg Pt.L-1) removal of 80 ± 16 percent and 82 ± 10 percent, respectively. In Phase II, the efficiency of organic matter removal was 75 ± 13 percent and color removal was 89 ± 7 percent. The higher removals of nutrients were achieved by the reactor in Phase I with 25 percent to ammonia, 90 percent to nitrite, 93 percent to nitrate and 21 percent to phosphorus. Apparently, the presence of saccharose improved the removal of the nutrients.