1,530 research outputs found
Short-reach 200 Gb/s SDM network employing direct-detection and optical SSBI mitigation
No full textIn order to respond to the growing capacity demands of next-generation optical networks,
this dissertation proposes an innovative transmission scheme for direct-detection
(DD) multi-core fibre (MCF) short-reach networks with one core dedicated to carriers
transmission and the remaining cores dedicated to signals transmission. With this
scheme, a low-complexity signal-signal beat interference (SSBI) mitigation approach
can be employed. This may be of particular interest for systems requiring electronic
chromatic dispersion (CD) compensation at the receiver side. The performance of a
200 Gb/s polar non-return-to-zero (NRZ) signal in a MCF short-reach network employing
the proposed transmission scheme impaired by CD and the combined effect of the
skew and the laser phase noise is evaluated through numerical simulation.
The results show that systems employing lasers with broader linewidths become
more sensitive to the skew, limiting further the system performance due to phase-tointensity
conversion. When CD is not compensated, employing the SSBI mitigation
technique enables distances up to 180 m, showing potential to be implemented in intra
data centre networks. These results are obtained when the signal mean optical power is
18 dB higher than the carrier mean optical power, and when the SSBI estimation is not
corrupted by electrical noise. Nevertheless, the higher potential of the proposed transmission
scheme may be achieved for systems in which the CD effect is compensated
electronically at the receiver side. For systems with full CD compensation, the results
show a significant performance improvement obtained by the SSBI mitigation approach
employed.De modo a responder às crescentes exigências de capacidade das redes óticas de
próxima geração, nesta dissertação propõe-se um esquema inovador de transmissão
para redes de curto alcance baseado em deteção-direta (DD) e fibras multinúcleo
(MCF), com um núcleo dedicado à transmissão de portadoras e os restantes núcleos
dedicados à transmissão dos sinais. Com este esquema, pode ser implementada uma
abordagem de mitigação da interferência do batimento sinal-sinal (SSBI) de baixa complexidade.
Isto pode ser de particular interesse para sistemas que requerem compensação
eletrónica da dispersão cromática (CD) no lado do recetor. O desempenho de
um sinal NRZ polar de 200 Gb/s numa rede MCF de curto alcance utilizando o esquema
de transmissão proposto limitado pela CD e pelo efeito combinado do atraso relativo
de propagação (skew) e do ruído de fase do laser é avaliado através de simulação
numérica.
Os resultados mostram que os sistemas que utilizam lasers com maiores larguras
de linha tornam-se mais vulneráveis ao skew, limitando mais o desempenho do sistema
devido à conversão do ruído de fase em intensidade. Quando a CD não é compensada,
a utilização da técnica de mitigação da SSBI permite distâncias até 180 m, mostrando
potencial para ser implementada dentro de centros de dados. Estes resultados são
obtidos quando a potência ótica média do sinal é 18 dB superior à potência ótica média
da portadora, e quando a estimação da SSBI não é corrompida pelo ruído elétrico. No
entanto, o potencial mais elevado do esquema de transmissão proposto poderá ser alcançado
para sistemas em que o efeito da CD é compensado eletronicamente no lado
do recetor. Para sistemas com compensação total de CD, os resultados mostram uma
melhoria significativa do desempenho obtida pela abordagem de mitigação da SSBI
implementada
Short-reach 200 Gb/s SDM network employing direct-detection and optical SSBI mitigation
No full textIn order to respond to the growing capacity demands of next-generation optical networks,
this dissertation proposes an innovative transmission scheme for direct-detection
(DD) multi-core fibre (MCF) short-reach networks with one core dedicated to carriers
transmission and the remaining cores dedicated to signals transmission. With this
scheme, a low-complexity signal-signal beat interference (SSBI) mitigation approach
can be employed. This may be of particular interest for systems requiring electronic
chromatic dispersion (CD) compensation at the receiver side. The performance of a
200 Gb/s polar non-return-to-zero (NRZ) signal in a MCF short-reach network employing
the proposed transmission scheme impaired by CD and the combined effect of the
skew and the laser phase noise is evaluated through numerical simulation.
The results show that systems employing lasers with broader linewidths become
more sensitive to the skew, limiting further the system performance due to phase-tointensity
conversion. When CD is not compensated, employing the SSBI mitigation
technique enables distances up to 180 m, showing potential to be implemented in intra
data centre networks. These results are obtained when the signal mean optical power is
18 dB higher than the carrier mean optical power, and when the SSBI estimation is not
corrupted by electrical noise. Nevertheless, the higher potential of the proposed transmission
scheme may be achieved for systems in which the CD effect is compensated
electronically at the receiver side. For systems with full CD compensation, the results
show a significant performance improvement obtained by the SSBI mitigation approach
employed.De modo a responder às crescentes exigências de capacidade das redes óticas de
próxima geração, nesta dissertação propõe-se um esquema inovador de transmissão
para redes de curto alcance baseado em deteção-direta (DD) e fibras multinúcleo
(MCF), com um núcleo dedicado à transmissão de portadoras e os restantes núcleos
dedicados à transmissão dos sinais. Com este esquema, pode ser implementada uma
abordagem de mitigação da interferência do batimento sinal-sinal (SSBI) de baixa complexidade.
Isto pode ser de particular interesse para sistemas que requerem compensação
eletrónica da dispersão cromática (CD) no lado do recetor. O desempenho de
um sinal NRZ polar de 200 Gb/s numa rede MCF de curto alcance utilizando o esquema
de transmissão proposto limitado pela CD e pelo efeito combinado do atraso relativo
de propagação (skew) e do ruído de fase do laser é avaliado através de simulação
numérica.
Os resultados mostram que os sistemas que utilizam lasers com maiores larguras
de linha tornam-se mais vulneráveis ao skew, limitando mais o desempenho do sistema
devido à conversão do ruído de fase em intensidade. Quando a CD não é compensada,
a utilização da técnica de mitigação da SSBI permite distâncias até 180 m, mostrando
potencial para ser implementada dentro de centros de dados. Estes resultados são
obtidos quando a potência ótica média do sinal é 18 dB superior à potência ótica média
da portadora, e quando a estimação da SSBI não é corrompida pelo ruído elétrico. No
entanto, o potencial mais elevado do esquema de transmissão proposto poderá ser alcançado
para sistemas em que o efeito da CD é compensado eletronicamente no lado
do recetor. Para sistemas com compensação total de CD, os resultados mostram uma
melhoria significativa do desempenho obtida pela abordagem de mitigação da SSBI
implementada
A new large-scale gravitational complex discovered in the Gulf of Squillace (central Mediterranean): tectonic implications
No full textSeismic reflection (2D/3D), borehole and bathymetric data are used to recognize a new gravitational complex in the Gulf of Squillace, Southern Italy, named the Squillace Complex. The complex has a NE-striking headwall connected to a basal detachment formed between Messinian evaporites and Tortonian shales. Its sense of movement changes to a W–E direction in the toe region. In plan view, the Squillace Complex is marked by the presence of sinuous and continuous seafloor scarps, just a few kilometers offshore, over an elongated morphological high. Seismic-well ties reveal that the complex was initiated in the Zanclean (~ 4 Ma) and continued its movement into the Gelasian (~ 2.1 Ma) at an average rate of 1.9 mm/year. Movement slowed down in the Calabrian (middle Pleistocene) and continued until the present day at a lower rate of 0.1 mm/year. Gravitational collapse of the Squillace Complex correlates with discrete contractional/transpressional events affecting the Calabrian region, which caused basin shortening and the temporary arrest of Calabrian Arc migration. These episodes resulted in tectonic uplift in the study area after 0.45 Ma (Late Pleistocene). Conversely, the complex’s slower movement recorded since the Calabrian (middle Pleistocene) is associated with slab rollback of the Ionian plate under the Calabrian Arc
Discutir o aborto: um desafio ético
No full textDissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Jurídicas. Programa de Pós-Graduação em Direito.O aborto é um tema polêmico, pois implica o debate sobre a ética, o direito, a liberdade, a responsabilidade e o poder de o ser humano dispor de seu próprio corpo. Necessita, portanto, de uma análise ampla que envolve os campos da bioética, do biodireito e, até mesmo da engenharia genética - cujos avanços contemplam a possibilidade de diagnosticar anomalias fetais graves que inviabilizam a vida do feto. Esta discussão, trabalhada a partir de conceitos éticos, sugere uma reformulação nos conceitos e paradigmas aceitos atualmente, ensejando novos argumentos na discussão do assunto, os quais não se reduzem somente ao aspecto religioso ou legalista do tema. A descriminalização do aborto pode representar uma solução para esta questão que está presente nos diferentes campos de conhecimento, sendo que a maior punição dessa conduta jamais foi suficiente para que a ocorrência do abortamento (voluntário) deixasse de existir. Portanto, um posicionamento ético - ao tratar desse tema com seriedade e inseri-lo em um contexto social e humano que ultrapassa a questão da ilegalidade para atingir a vida de muitas mulheres que optam por essa intervenção, mesmo que essa decisão apresente riscos para sua própria vida - seria um grande avanço na legislação penal do país e geraria uma melhora nas condições de atendimento e realização da intervenção, principalmente para as mulheres das classes menos favorecidas economicamente. As conclusões referentes ao tema estão definidas da seguinte forma: o prazo para a realização do abortamento deverá ser em período anterior às dezoito primeiras semanas de gestação, pois até esse momento o feto não sente dor nem prazer, portanto, não há a produção de sofrimento inútil. A análise dos diplomas legais que tratam dos direitos da pessoa e do nascituro, bem como a legislação penal que trata do aborto e desloca o nascituro do Código Civil - que só terá personalidade a partir do nascimento com vida - para o título da pessoa no Código Penal, evidencia a contradição no próprio sistema legal. Tal deslocamento expõe, por sua vez, o fato de que a mulher grávida tem seus direitos restringidos devido à existência do feto, que passa a ter supremacia sobre qualquer direito ou escolha que ela possa ter ou realizar. A autonomia, a liberdade, a responsabilidade e a dignidade são princípios que devem ser analisados quando o assunto em tela é o aborto - sem desconsiderar, certamente, a compreensão do conceito de sujeito que perpassa todas as fases desse debate -, uma vez que a mulher, o sujeito envolvido neste assunto, deve ser considerada um ser capaz de decidir, considerando-se os motivos pelos quais entende pelo abortamento, bem como as formas como essa gestação vai afetar a sua vida e a daqueles que com ela convivem. A decisão pelo abortamento, dentro do prazo estabelecido (até dezoito semanas), é uma questão de cunho individual que deve ser decidida por aquela ou aqueles que serão responsáveis por todo o desenvolvimento gestacional e pela criação do novo ser
Morphology, age and sediment dynamics of the upper headwall of the Sahara Slide Complex, Northwest Africa: Evidence for a large Late Holocene failure
No full textHighlights
• The upper headwall region of Sahara Slide is mapped for the first time.
• The upper headwall region comprises multiple slope failures.
• Slope failure occurred on pronounced glide planes at different stratigraphic levels.
• Failure is young (~ 2 ka) contradicting the hypotheses of a relatively stable continental margin at present.
• This young age requires a reassessment of slope instability and associated risks off NW Africa.
Abstract
The Sahara Slide Complex in Northwest Africa is a giant submarine landslide with an estimated run-out length of ~ 900 km. We present newly acquired high-resolution multibeam bathymetry, sidescan sonar, and sub-bottom profiler data to investigate the seafloor morphology, sediment dynamics and the timing of formation of the upper headwall area of the Sahara Slide Complex. The data reveal a ~ 35 km-wide upper headwall opening towards the northwest with multiple slide scarps, glide planes, plateaus, lobes, slide blocks and slide debris. The slide scarps in the study area are formed by retrogressive failure events, which resulted in two types of mass movements, translational sliding and spreading. Three different glide planes (GP I, II, and III) can be distinguished approximately 100 m, 50 m and 20 m below the seafloor. These glide planes are widespread and suggest failure along pronounced, continuous weak layers. Our new data suggest an age of only about 2 ka for the failure of the upper headwall area, a date much younger than derived for the landslide deposits on the lower reaches of the Sahara Slide Complex, which are dated at 50–60 ka. The young age of the failure contradicts the postulate of a stable slope off Northwest Africa during times of relative stable sea-level highstands. Such an observation suggests that submarine-landslide risk along the continental margin of Northwest Africa should be reassessed based on a robust dating of proximal and distal slope failures
Megablocks and the stratigraphic record of continental margins: how large an event do they materialise?
No full textThree-dimensional seismic data from continental slopes commonly show submarine landslide deposits that contain large-scale megablocks, suggesting sudden catastrophic instability events. However, the true temporal and volumetric scales of such events are not well documented in the literature. This study reviews data from three independent projects to provide insights into the importance of large-scale instability events to both stratigraphy and petroleum systems. On the basis of data from the three case studies, some conclusions about the impact of these “megaslides” on petroleum systems are shown by modelling leakage tendencies across basal shear zones. Offshore of Japan, a ~65-m landslide drilled during IODP Expedition 333 shows distinct degrees of erosion at its basal shear zone, whose morphology has responded to the tectonic activity of underlying faults during the Quaternary. In Crete, medium-size blocks of a Miocene submarine landslide show that more than 100 m of continental slope strata were disrupted and moved over shaly marine mudstones of a palaeo continental slope, now fully exposed. Offshore of Brazil, ~400-m blocks were left in situ during the sudden collapse of the Espírito Santo continental slope. The data in this study show that these large-scale events can place important limitations on the correlation of seismic and stratigraphic units across sedimentary basins, as the erosional character of such events can be underestimated, thus implying that potential hiatuses and unconformities are not identified when interpreting older landslide successions. However, the erosional character of these large-scale landslides is recorded mainly in proximal areas, where the sudden release of vertical confining pressure has a significant impact on petroleum systems. In this study, results are presented from fluid-flow modelling across landslide strata in the collapse of large-scale (mega) slides
Visita pré operatória: um instrumento para o cuidar do enfermeiro de centro cirúrgico
No full textTrabalho de Conclusão de Curso - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências da Saúde, Curso de Graduação em Enfermage
Utilization of agroindustrial materials as alternative carbon sources for the biodesulfurization of fossil fuels by Gordonia alkanivorans strain 1B
No full textTese de mestrado. Biologia (Microbiologia Aplicada). Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2012Devido à progressiva industrialização e desenvolvimento global tem-se assistido a um aumento das necessidades energéticas do mundo. Com o crescimento das novas potências económicas as previsões apontam para que esta tendência se acentue, aumentando até 51 % entre 2010 e 2035. A combustão de petróleo e dos seus derivados é a principal fonte de energia a nível mundial, representando 34% do total, por isso não é de admirar que no mesmo período as previsões apontem para que também se verifique um aumento tanto no consumo (~20%) como na produção do petróleo (~7%) (OPEC, 2011). No entanto, é um facto conhecido que o petróleo, como os restantes combustíveis fósseis, é uma fonte de energia não renovável, e ao ritmo a que está a ser consumido as suas reservas deverão durar pouco mais de 80 anos (OPEC, 2011). Visto que num futuro próximo os biocombustíveis não parecem vir a ser um substituto válido para os combustíveis fósseis (Achten et al., 2008, Stephen et al., 2010), as empresas petrolíferas estão obrigadas a procurar alternativas, nomeadamente através da utilização de crudes mais pesados. Estes crudes, que anteriormente eram descartados, são caracterizados por uma maior viscosidade e concentração de compostos indesejados, como metais pesados ou compostos de enxofre. Uma vez que as reservas em crudes pesados representam mais do dobro relativamente às reservas convencionais (Javadli and Klerk, 2012), as empresas petrolíferas vêm-nos como uma possível opção a médio-longo prazo para a indústria petrolífera. Durante a combustão do petróleo e dos seus derivados libertam-se para a atmosfera uma grande variedade de substâncias poluentes, entre as quais se destacam os compostos de enxofre, como óxidos de enxofre, por exemplo o SO2, e metal-sulfatos sob a forma de partículas de pequenas dimensões. Estes compostos são responsáveis por muitos problemas: o SO2 quando em elevadas concentrações provoca irritação bronquial e desencadeia ataques de asma. Alem disso, a exposição prolongada às partículas de enxofre representa um factor de risco importante associado à mortalidade por doenças cardiopulmonares ou por cancro do pulmão (Pope et al., 2002; Mohebali et al., 2008). Por outro lado a oxidação dos compostos de enxofre na atmosfera leva à formação de um aerossol de ácido sulfúrico, que contribui para a formação de chuvas ácidas (Bender and Weigel, 2011) e para o alargamento do buraco na camada de ozono (Denis, 2010). Assim, e uma vez que, no seu conjunto, a gasolina, o gasóleo e outros combustíveis representam 75 a 80 % dos produtos das refinarias (Babich and Moulijn, 2003), o mundo tem visto na regulação dos seus teores de enxofre uma maneira eficaz de controlar as suas emissões e limitar os seus efeitos adversos (Mohebali and Ball, 2008). Em vários países tem-se assistido ao surgimento de limites legais cada vez mais restritos, reduzindo as concentrações de enxofre nos combustíveis. Nos Estados Unidos da América, por exemplo, verificou-se a redução do limite máximo de 3400 ppm em 2003 para 30 ppm em 2010 para todos os combustíveis refinados, com limites mais apertados para a gasolina e o gasóleo. Na União Europeia, desde 2009, também se tem verificado uma restrição na legislação, com o estabelecimento de um limite máximo de 10 ppm de enxofre para a gasolina e o gasóleo (OPEC, 2011). Para responder a este problema e remover de forma eficaz o enxofre contido no petróleo, nas últimas décadas têm sido desenvolvidas várias técnicas. Entre elas, aquela que é mais conhecida e amplamente usada pela indústria petrolífera é a hidrodessulfurização (HDS). Este é um processo catalítico que, resumidamente, se caracteriza por conjugar pressões e temperaturas elevadas (entre 150 a 3000 psi e 290 e 455 ºC respectivamente), na presença de catalisadores metálicos, para fazer reagir hidrogénio gasoso com o enxofre contido no petróleo e assim formar gás sulfídrico (H2S) que é facilmente removido (Nikkolaj et al., 2000; Whitehurst et al., 1998; Shafi and Hutchings, 2000; Javadli and Klerk, 2012). Esta técnica apresenta no entanto uma grande limitação: não é eficaz na remoção do enxofre presente nos compostos aromáticos mais complexos, como os derivados do dibenzotiofeno (DBT), muito abundantes nos crudes mais pesados. Estes compostos apresentam uma estrutura molecular que protege o átomo de enxofre e dificulta a reacção com o hidrogénio, tornando-se numa grande barreira à obtenção de combustíveis com os níveis de enxofre exigidos por lei a partir dos crudes pesados (Grossman et al., 2001; Javadli and Klerk, 2012; Chen et al., 2009; Monticello, 2000; Onaka et al., 2001). Para dessulfurizar esses compostos, a indústria recorre ao agravamento das condições usadas anteriormente (HDS profunda), aplicando o tratamento por mais tempo, a pressões e temperaturas superiores (Reichmuth et al., 2000), com novos e mais complexos catalisadores (Klein et al., 1999; Dolbear and Skov, 2000; Abotsi and Scaroni, 1989). No entanto, com o intensificar de condições, surgiram vários problemas, como o aumento dos custos da dessulfurização (Grossman et al., 2001, McFarland, 1999), o aumento da poluição (Singh et al., 2012) e ainda, em casos mais extremos, uma redução da qualidade do combustível, que devido às condições demasiado restringentes sofre uma redução no número de octanas (Reichmuth et al., 2000; Javadli and Klerk, 2012; Dolbear and Skov, 2000). Estes problemas levaram a que surgisse a necessidade de desenvolver técnicas alternativas ou complementares para remoção do enxofre. Uma delas é a biodessulfurização (BDS), que se caracteriza por permitir, através da utilização de microrganismos, alcançar a dessulfurização dos compostos mais recalcitrantes à HDS, sem a necessidade de pressões ou temperaturas elevadas, nem de hidrogénio ou catalisadores metálicos (Reichmuth et al., 2000, Mohebali and Ball, 2008; Caro et al., 2007). Isto torna todo o processo mais fácil, com menor impacto ambiental e mais barato, com alguns estudos a indicar uma redução do capital inicial para metade e uma diminuição de 15 % dos custos operacionais (Pacheco et al., 1999; Linguist and Pacheco 1999; Kaufman et al., 1998). Nos estudos de BDS o composto mais usado é o DBT (Bressler and Fedorak, 2001) por ser abundante nos crudes, ser difícil de dessulfurizar pelos métodos normais (Borgne and Quintero, 2003) e por ser relativamente fácil de manipular (Kropp and Fedorak, 1998; Alves, 2007). A biodessulfurização pode ocorrer através de vias anaeróbicas ou aeróbicas. No entanto, a que apresenta maior potencial é uma via aeróbica designada 4S. Esta via caracteriza-se por promover a remoção do enxofre do DBT através de uma série de processos oxidativos, convertendo-o em 2-hidroxibifenil (2-HBP) (Nomura et al., 2005) sem que haja destruição do esqueleto de carbono, o que se traduz na manutenção da maior parte do potencial energético do combustível (Wang and Krawiec, 1996). No entanto este processo apresenta algumas limitações que têm impedido a sua aplicação industrial. Uma delas é, por exemplo, a inibição da BDS do DBT na presença de sulfatos ou outras fontes de enxofre de acesso fácil. Alguns estudos demonstraram que bastam pequenas concentrações de sulfatos para se inibir completamente a dessulfurização (Kim et al., 2004; Mohebali et al., 2008). E isto obriga a que se usem meios com concentrações nulas ou residuais de sulfatos quando se cultivam os microrganismos. Outro problema é o custo do processo, que apesar de ser mais barato do que a HDS profunda, não deixa de ser um processo algo dispendioso, recaindo uma grande parte dos custos (entre 30 a 40 % do total) sobre o meio de cultura (Ma et al., 2006). Assim para tornar este processo mais atractivo é necessário procurar alternativas mais baratas, como por exemplo o uso de fontes de carbono resultantes de resíduos agro-industriais, desperdícios ou plantas de cultivo fácil (Alves et al., 2008) Nessa categoria, há muitos produtos com capacidades para serem usados como fontes de carbono alternativas, como por exemplo a polpa de alfarroba (Ceratonia siliqua L.), que é um resíduo resultante do processamento das sementes de alfarrobeira, aquando da extracção da goma. Esta polpa caracteriza-se por ser extremamente rica em açúcares como sacarose, glucose e frutose (50 % (g/v)), sendo facilmente utilizada para produzir xaropes ricos em açúcar (Manso et al., 2010) já testados com sucesso no crescimento microbiano (Carvalheiro et al., 2011; Mendes et al., 2007; Sanchez-Segado et al., 2012). Outro possível exemplo de uma fonte alternativa são os frutos do medronheiro (Arbutus unedo), os medronhos. Os medronheiros são arbustos bastante abundantes em Portugal, mas cujo aproveitamento é ainda algo limitado, havendo muito desperdício. Os seus frutos caracterizam-se por apresentarem elevadas concentrações de açúcares (42 a 50% g/v), com 60 % frutose e 40 % glucose (Ayaz et al., 2000; Alarcão-E-Silva et al., 2001) e, quando maduros, são facilmente macerados, permitindo fazer sumos altamente ricos em açúcar com provas dadas como fontes de carbono para o crescimento microbiano (Santo et al., 2012). Uma outra possível fonte de carbono são os tubérculos de tupinambo (Helianthus tuberosus). Esta planta, cultivada em todo o mundo, caracteriza-se por ter teores elevados de açúcares, sob a forma de inulina. A inulina é um polissacárido formado por uma cadeia de frutose com ligações β (2 →1) em que, uma molécula de glucose está ligada a cada extremidade através de uma ligação α (1 → 2). Esta planta é resistente à seca, ao gelo, a parasitas, a doenças, aos solos salinos e não necessita de grandes quantidades de fertilizantes (Zhao, 2011), sendo por isso muitas vezes utilizada na recuperação de solos em áreas desertificadas (Cheng, 2009). Estas características fazem do tupinambo uma fonte de carbono atractiva tendo também já sido testado com sucesso no crescimento microbiano (Gencheva et al., 2012, Cheng et al., 2009, Liang et al., 2012). O uso destas fontes alternativas para a BDS tem no entanto um inconveniente, que se prende com o facto de estas apresentarem concentrações consideráveis de sulfatos (Frazer, 1935; Werther et al., 2000). Portanto, para impedir que ocorra inibição da dessulfurização, torna-se importante removê-los. Um dos métodos mais comuns de remoção de sulfatos baseia-se na utilização de bário sobe a forma de BaCl2 para precipitar os sulfatos (Jegadeesan et al., 2005). Quando em solução, o cloreto de bário dissocia-se, permitindo que o bário se ligue aos sulfatos formando BaSO4. Este apresenta uma baixa solubilidade (0.00285 g/L a 30 °C) e portanto precipita sendo facilmente removido (Guo et al., 2009). Dentro dos microrganismos conhecidos pelo seu potencial para a biodessulfurização pode destacar-se o género Gordonia (Kim et al., 1999, 2000; Mohebali et al., 2007a). Este apresenta já várias espécies descritas como capazes de dessulfurizar o DBT pela via 4S, como por exemplo Gordonia sp. estirpe CYKS1 (Rhee et al., 1998), Gordonia desulfuricans, Gordonia nitida e Gordonia alkanivorans (Shavandi et al., 2009, 2010; Mohebali et al., 2007a, 2007b, 2008; Alves et al., 2004). O género Gordonia (Goodfellow and Alderson, 1977) enquadra-se na ordem dos Actinomycetales, subordem Corynebacterineae e caracteriza-se por englobar microrganismos aeróbicos, com presença de catalase, gram-variáveis a gram-positivos, não formadores de esporos. De acordo com o NCBI, até Agosto de 2012 estavam descritas 32 espécies de Gordonia. Estas foram isoladas dos mais variados tipos de ambientes: da rizosfera do solo, de poços de petróleo, de solos contaminados com hidrocarbonetos, de bio-reactores de tratamento de águas residuais ou até de cadáveres. Apesar de algumas espécies de Gordonia serem patogénicos oportunistas como G. bronchialis (Sng et al., 2004) e G. araii (Jannat-Khah et al., 2009), na sua maioria o género é conhecido pelas suas características de bio-remedição e biodegradação dos mais variados compostos (Arenskötter et al., 2004), bem como pela produção de biosurfactantes, carotenóides e “Gordonano” um polissacárido que induz agregação celular (De los Reyes et al., 1998a, 1998b, De Miguel et al., 2001, Kondo et al., 2000). Este trabalho centra-se na bactéria Gordonia alkanivorans estirpe 1B, que foi isolada a partir de amostras de solo recolhidas dos terrenos contaminados de hidrocarbonetos na área da EXPO-98 (Lisboa, Portugal) (Alves et al., 2004). Quando cultivada em meio mínimo sem sulfatos, com glucose como única fonte de carbono, esta estirpe foi capaz de dessulfurizar o DBT, reduzindo-o de 478 para 168 μM em 120 h, o que corresponde a uma taxa especifica de dessulfurização de 1.03 μmol de DBT/ (g peso seco/h) (Alves et al., 2004). Uma fonte de carbono alternativa rica em glucose foi também testada anteriormente com sucesso. Usando hidrolisados de lamas de papel reciclado como única fonte de carbono obtiveram-se valores de dessulfurização e crescimento superiores aos observados em glucose, com o consumo de 250 μM de DBT em 96 h correspondendo a uma produtividade especifica de 2-HBP de 1.1 μmol/ (g (peso seco) /h) e um μmax de 0.035 h-1, claramente superior ao obtido com glucose (0.019 h-1) (Alves et al., 2008). Mais recentemente esta estirpe foi descrita como sendo frutofílica (Alves and Paixão, 2011) o que significa que consome preferencialmente frutose e não a glucose, crescendo e dessulfurizando mais depressa quando a frutose é a única fonte de carbono. Assim, este trabalho tenta tirar proveito dessa característica metabólica para explorar novas fontes de carbono alternativas ricas em frutose e determinar qual a melhor para a biodessulfurização realizada pela estirpe G. alkanivorans 1B. Uma vez que os dados relativos à frutofilia são escassos, foi necessário fazer uma comparação entre os rendimentos em biomassa relativo ao crescimento com glucose e aqueles obtidos com frutose. Assim foram realizados crescimentos da estirpe G. alkanivorans 1B, em frasco agitado, com 25 g/l de glucose ou frutose, com 400 μM de DBT. Usando a glucose como fonte de carbono, a estirpe 1B alcançou a fase estacionária ao fim de 287 h com uma taxa específica máxima de crescimento (μmax) de 0.030 h-1. Com frutose o crescimento bacteriano atingiu o valor máximo entre as 117 e 161 h e uma μmax de 0.070 h-1. Para avaliar a capacidade de biodessulfurização, foi analisada a produção de 2-HBP. Durante o crescimento em glucose a estirpe 1B produziu 306 μM de 2-HBP em 312 h com o consumo total do DBT. Assim, em média foram produzidos 12 μmol de 2-HBP por cada grama de açúcar consumido e a taxa específica máxima de produção de 2-HBP (q2-HBP) foi de 1.19 μmol g-1 (peso seco) h-1. No crescimento em frutose a concentração máxima de 2-HBP (393 μM) foi atingida em 89 h sem o consumo completo da fonte de carbono (sobrando 2 g/l de frutose) e com o desaparecimento completo do DBT. Isto traduz-se numa q2-HBP de 6.565 μmol g-1 (peso seco) h-1 com a produção de 17 μmol de 2-HBP por cada grama de frutose consumida. Estes resultados confirmam os resultados obtidos por Alves & Paixão (2011), ou seja, confirmam que esta estirpe é frutofílica. Nas condições testadas, verificámos um aumento da taxa de crescimento quando a estirpe 1B foi cultivada com frutose como fonte de carbono, obteve-se um aumento na taxa de produção de 2-HBP por grama de açúcar e houve um aumento na taxa específica máxima de dessulfurização que atingiu um valor 5.5 vezes superior ao obtido em glucose. No estudo de potenciais fontes de carbono alternativas, foram seleccionados produtos com concentrações elevadas de frutose, como a polpa de alfarroba (40 % frutose), os medronhos (60 %) e os tubérculos de tupinambo (80%). Partindo destas fontes foram elaborados sumos e xaropes ricos em açúcares, que foram posteriormente optimizados para a biodessulfurização através de uma hidrólise ácida e da remoção dos sulfatos neles contidos. Comparando os teores de açúcar entre as fontes não tratadas, verificou-se que o xarope de alfarroba apresentou a concentração de açúcares totais mais elevada (339g/l), mas também a menor percentagem de frutose (19%), sendo que aproximadamente 51 % dos seus açúcares se encontravam sob a forma de sacarose (constituída por 50 % de frutose) O sumo de medronho apresentou 173 g/l de açúcares, dos quais 67% eram frutose, e o sumo de tupinambo foi o que apresentou menor conteúdo em açúcares totais (~22g/l) dos quais ~52 % são frutose (não estando contabilizadas as mais de 120 g/l de inulina presentes no sumo). Analisando o teor de sulfatos do xarope e dos sumos não tratados verificou-se que, como esperado, todos apresentavam quantidades detectáveis: o xarope de alfarroba ~49 mg/l, o sumo de medronho ~41 mg/l e o sumo de tupinambo apresentou os valores mais elevados, ~451 mg/l. Assim, antes de prosseguir com o estudo destas fontes de carbono alternativas foi fundamental testar o efeito inibitório dos sulfatos na dessulfurização do DBT pela estirpe 1B. Usando 10 g/l de frutose como fonte de carbono e concentrações progressivamente mais elevadas de sulfatos, determinou-se o efeito inibitório na dessulfurização avaliando a produção de 2-HBP. Analisando os resultados verificou-se que, nestas condições, até concentrações reduzidas de sulfatos (6 mg/l) provocam algum efeito inibitório (22,4 %) e que 60 mg/l são suficientes para provocar a inibição completa. Por fim o IC50 às 72 h para a inibição da dessulfurização pelos sulfatos foi estimado em 13,6 0,6 mg/l, um valor diferente do determinado por Mohebali e colaboradores (2008), que observaram inibição total da biodessulfurização de uma estirpe de Gordonia alkanivorans com 14,4 mg/l de sulfato; no entanto esta observação foi feita em condições diferentes e com uma estirpe diferente de G. alkanivorans. Estes resultados reafirmam que, para termos uma dessulfurização eficaz, são necessárias concentrações baixas de sulfatos e, tendo em conta os valores registados nas fontes de carbono alternativas, surge a necessidade de reduzir as concentrações nelas presentes. Para tal foram realizados testes preliminares para a remoção dos sulfatos com o cloreto de bário. Estes revelaram ser necessária uma temperatura de pelo menos 30 ºC para que a precipitação ocorra de forma eficaz. Partindo desses resultados procedeu-se à optimização dos tratamentos através de um planeamento experimental seguindo uma distribuição de dois factores, fazendo variar a concentração de BaCl2, o tempo de exposição ao BaCl2 ou o pH a que ocorre a reacção, para o xarope de alfarroba e para o sumo de tupinambo. As condições óptimas para a remoção de sulfatos da alfarroba foram 0,4 % (w/v) BaCl2 durante 36 h a 30 ºC (Silva et al., in press), e do tupinambo foram 0,5% (w/v) BaCl2 durante 36 h a 30 ºC e pH 8,73. Quando se utiliza o xarope de alfarroba como fonte de carbono no crescimento com G. alkanivorans estirpe 1B, com 25 g/l de açúcares totais, há um efeito inibitório do crescimento celular. Independentemente dos tratamentos a que foi sujeito, sempre que a estirpe foi cultivada com este xarope, houve uma paragem prematura do crescimento antes que se desse o consumo completo quer da fonte de carbono quer da fonte de enxofre (DBT). O xarope de alfarroba não tratado e não hidrolisado permitiu ainda assim alcançar uma μmax de 0.1099 h-1. No entanto, devido aos sulfatos e outras fontes de enxofre presentes no meio, a produção de 2-HBP foi de apenas 50 μM em 93 h com uma q2-HBP de 0,43 μmol g-1 (peso seco) h-1. Nas condições óptimas para dessulfurização os resultados foram melhores e apesar de ter havido uma redução na μmax para 0.0595 h-1 a produção de 2-HBP alcançou os 117 μM em 70 h, com uma q2-HBP de 1,56 μmol g-1 (peso seco) h-1, resultando na produção de 8 μmol de 2-HBP por grama de açúcar consumido. Comparando os resultados que se obtiveram utilizando os diferentes xaropes, verifica-se que os tratamentos tiveram um efeito positivo, levando a um aumento da biodessulfurização, ainda que o efeito inibitório se mantivesse. O sumo de medronho revelou-se impossível de dessulfurizar pelo método de precipitação dos sulfatos por adição de cloreto de bário. Quando se adiciona BaCl2 ao sumo, este reage, aumentando gradualmente a sua viscosidade, até que, em poucas horas, acaba por se converter numa geleia bastante sólida, o que o torna inútil como fonte de carbono para este género de ensaios. Por outro lado, mesmo sem ser tratado, este sumo mostrou ter outro inconveniente, no decorrer do crescimento, se for usado com uma concentração de 25 g/l de açúcares totais, este sumo leva a que ocorra uma queda abrupta do pH do meio, de valores superiores a 6 para valores de aproximadamente 3. Isto vai provocar um choque ácido e a morte da cultura microbiana antes do consumo total da fonte de carbono. Assim para ultrapassar este problema, foi necessário reduzir a concentração de sumo de medronho para 10g/l de açúcares totais, mantendo os 400 μM de DBT. Isto permitiu que o crescimento decorresse de forma normal com o consumo total da fonte de carbono, apresentando uma μmax de 0.0469 h-1 e uma produção de 146 μM 2-HBP em 94 h com uma q2-HBP de 5 μmol g-1 (peso seco) h-1 e uma produção média de 15 μmol de 2-HBP por grama de açúcar. De entre as fontes de carbono alternativas testadas, aquela em que os resultados mais beneficiaram com a optimização dos tratamentos foi o sumo de tupinambo. Quando este foi usado como fonte de carbono, na sua forma não tratada e não hidrolisada, com uma concentração equivalente a 25 g/l de açúcares redutores, permitiu que a estirpe G. alkanivorans 1B crescesse até uma densidade óptica de 4,72 (a 600 nm), com uma μmax de 0,0546 h-1 sem que ocorresse qualquer produção de 2-HBP. Uma hidrólise ácida deste sumo permitiu converter a i
Utilization of agroindustrial materials as alternative carbon sources for the biodesulfurization of fossil fuels by Gordonia alkanivorans strain 1B
No full textTese de mestrado. Biologia (Microbiologia Aplicada). Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2012Devido à progressiva industrialização e desenvolvimento global tem-se assistido a um aumento das necessidades energéticas do mundo. Com o crescimento das novas potências económicas as previsões apontam para que esta tendência se acentue, aumentando até 51 % entre 2010 e 2035. A combustão de petróleo e dos seus derivados é a principal fonte de energia a nível mundial, representando 34% do total, por isso não é de admirar que no mesmo período as previsões apontem para que também se verifique um aumento tanto no consumo (~20%) como na produção do petróleo (~7%) (OPEC, 2011). No entanto, é um facto conhecido que o petróleo, como os restantes combustíveis fósseis, é uma fonte de energia não renovável, e ao ritmo a que está a ser consumido as suas reservas deverão durar pouco mais de 80 anos (OPEC, 2011). Visto que num futuro próximo os biocombustíveis não parecem vir a ser um substituto válido para os combustíveis fósseis (Achten et al., 2008, Stephen et al., 2010), as empresas petrolíferas estão obrigadas a procurar alternativas, nomeadamente através da utilização de crudes mais pesados. Estes crudes, que anteriormente eram descartados, são caracterizados por uma maior viscosidade e concentração de compostos indesejados, como metais pesados ou compostos de enxofre. Uma vez que as reservas em crudes pesados representam mais do dobro relativamente às reservas convencionais (Javadli and Klerk, 2012), as empresas petrolíferas vêm-nos como uma possível opção a médio-longo prazo para a indústria petrolífera. Durante a combustão do petróleo e dos seus derivados libertam-se para a atmosfera uma grande variedade de substâncias poluentes, entre as quais se destacam os compostos de enxofre, como óxidos de enxofre, por exemplo o SO2, e metal-sulfatos sob a forma de partículas de pequenas dimensões. Estes compostos são responsáveis por muitos problemas: o SO2 quando em elevadas concentrações provoca irritação bronquial e desencadeia ataques de asma. Alem disso, a exposição prolongada às partículas de enxofre representa um factor de risco importante associado à mortalidade por doenças cardiopulmonares ou por cancro do pulmão (Pope et al., 2002; Mohebali et al., 2008). Por outro lado a oxidação dos compostos de enxofre na atmosfera leva à formação de um aerossol de ácido sulfúrico, que contribui para a formação de chuvas ácidas (Bender and Weigel, 2011) e para o alargamento do buraco na camada de ozono (Denis, 2010). Assim, e uma vez que, no seu conjunto, a gasolina, o gasóleo e outros combustíveis representam 75 a 80 % dos produtos das refinarias (Babich and Moulijn, 2003), o mundo tem visto na regulação dos seus teores de enxofre uma maneira eficaz de controlar as suas emissões e limitar os seus efeitos adversos (Mohebali and Ball, 2008). Em vários países tem-se assistido ao surgimento de limites legais cada vez mais restritos, reduzindo as concentrações de enxofre nos combustíveis. Nos Estados Unidos da América, por exemplo, verificou-se a redução do limite máximo de 3400 ppm em 2003 para 30 ppm em 2010 para todos os combustíveis refinados, com limites mais apertados para a gasolina e o gasóleo. Na União Europeia, desde 2009, também se tem verificado uma restrição na legislação, com o estabelecimento de um limite máximo de 10 ppm de enxofre para a gasolina e o gasóleo (OPEC, 2011). Para responder a este problema e remover de forma eficaz o enxofre contido no petróleo, nas últimas décadas têm sido desenvolvidas várias técnicas. Entre elas, aquela que é mais conhecida e amplamente usada pela indústria petrolífera é a hidrodessulfurização (HDS). Este é um processo catalítico que, resumidamente, se caracteriza por conjugar pressões e temperaturas elevadas (entre 150 a 3000 psi e 290 e 455 ºC respectivamente), na presença de catalisadores metálicos, para fazer reagir hidrogénio gasoso com o enxofre contido no petróleo e assim formar gás sulfídrico (H2S) que é facilmente removido (Nikkolaj et al., 2000; Whitehurst et al., 1998; Shafi and Hutchings, 2000; Javadli and Klerk, 2012). Esta técnica apresenta no entanto uma grande limitação: não é eficaz na remoção do enxofre presente nos compostos aromáticos mais complexos, como os derivados do dibenzotiofeno (DBT), muito abundantes nos crudes mais pesados. Estes compostos apresentam uma estrutura molecular que protege o átomo de enxofre e dificulta a reacção com o hidrogénio, tornando-se numa grande barreira à obtenção de combustíveis com os níveis de enxofre exigidos por lei a partir dos crudes pesados (Grossman et al., 2001; Javadli and Klerk, 2012; Chen et al., 2009; Monticello, 2000; Onaka et al., 2001). Para dessulfurizar esses compostos, a indústria recorre ao agravamento das condições usadas anteriormente (HDS profunda), aplicando o tratamento por mais tempo, a pressões e temperaturas superiores (Reichmuth et al., 2000), com novos e mais complexos catalisadores (Klein et al., 1999; Dolbear and Skov, 2000; Abotsi and Scaroni, 1989). No entanto, com o intensificar de condições, surgiram vários problemas, como o aumento dos custos da dessulfurização (Grossman et al., 2001, McFarland, 1999), o aumento da poluição (Singh et al., 2012) e ainda, em casos mais extremos, uma redução da qualidade do combustível, que devido às condições demasiado restringentes sofre uma redução no número de octanas (Reichmuth et al., 2000; Javadli and Klerk, 2012; Dolbear and Skov, 2000). Estes problemas levaram a que surgisse a necessidade de desenvolver técnicas alternativas ou complementares para remoção do enxofre. Uma delas é a biodessulfurização (BDS), que se caracteriza por permitir, através da utilização de microrganismos, alcançar a dessulfurização dos compostos mais recalcitrantes à HDS, sem a necessidade de pressões ou temperaturas elevadas, nem de hidrogénio ou catalisadores metálicos (Reichmuth et al., 2000, Mohebali and Ball, 2008; Caro et al., 2007). Isto torna todo o processo mais fácil, com menor impacto ambiental e mais barato, com alguns estudos a indicar uma redução do capital inicial para metade e uma diminuição de 15 % dos custos operacionais (Pacheco et al., 1999; Linguist and Pacheco 1999; Kaufman et al., 1998). Nos estudos de BDS o composto mais usado é o DBT (Bressler and Fedorak, 2001) por ser abundante nos crudes, ser difícil de dessulfurizar pelos métodos normais (Borgne and Quintero, 2003) e por ser relativamente fácil de manipular (Kropp and Fedorak, 1998; Alves, 2007). A biodessulfurização pode ocorrer através de vias anaeróbicas ou aeróbicas. No entanto, a que apresenta maior potencial é uma via aeróbica designada 4S. Esta via caracteriza-se por promover a remoção do enxofre do DBT através de uma série de processos oxidativos, convertendo-o em 2-hidroxibifenil (2-HBP) (Nomura et al., 2005) sem que haja destruição do esqueleto de carbono, o que se traduz na manutenção da maior parte do potencial energético do combustível (Wang and Krawiec, 1996). No entanto este processo apresenta algumas limitações que têm impedido a sua aplicação industrial. Uma delas é, por exemplo, a inibição da BDS do DBT na presença de sulfatos ou outras fontes de enxofre de acesso fácil. Alguns estudos demonstraram que bastam pequenas concentrações de sulfatos para se inibir completamente a dessulfurização (Kim et al., 2004; Mohebali et al., 2008). E isto obriga a que se usem meios com concentrações nulas ou residuais de sulfatos quando se cultivam os microrganismos. Outro problema é o custo do processo, que apesar de ser mais barato do que a HDS profunda, não deixa de ser um processo algo dispendioso, recaindo uma grande parte dos custos (entre 30 a 40 % do total) sobre o meio de cultura (Ma et al., 2006). Assim para tornar este processo mais atractivo é necessário procurar alternativas mais baratas, como por exemplo o uso de fontes de carbono resultantes de resíduos agro-industriais, desperdícios ou plantas de cultivo fácil (Alves et al., 2008) Nessa categoria, há muitos produtos com capacidades para serem usados como fontes de carbono alternativas, como por exemplo a polpa de alfarroba (Ceratonia siliqua L.), que é um resíduo resultante do processamento das sementes de alfarrobeira, aquando da extracção da goma. Esta polpa caracteriza-se por ser extremamente rica em açúcares como sacarose, glucose e frutose (50 % (g/v)), sendo facilmente utilizada para produzir xaropes ricos em açúcar (Manso et al., 2010) já testados com sucesso no crescimento microbiano (Carvalheiro et al., 2011; Mendes et al., 2007; Sanchez-Segado et al., 2012). Outro possível exemplo de uma fonte alternativa são os frutos do medronheiro (Arbutus unedo), os medronhos. Os medronheiros são arbustos bastante abundantes em Portugal, mas cujo aproveitamento é ainda algo limitado, havendo muito desperdício. Os seus frutos caracterizam-se por apresentarem elevadas concentrações de açúcares (42 a 50% g/v), com 60 % frutose e 40 % glucose (Ayaz et al., 2000; Alarcão-E-Silva et al., 2001) e, quando maduros, são facilmente macerados, permitindo fazer sumos altamente ricos em açúcar com provas dadas como fontes de carbono para o crescimento microbiano (Santo et al., 2012). Uma outra possível fonte de carbono são os tubérculos de tupinambo (Helianthus tuberosus). Esta planta, cultivada em todo o mundo, caracteriza-se por ter teores elevados de açúcares, sob a forma de inulina. A inulina é um polissacárido formado por uma cadeia de frutose com ligações β (2 →1) em que, uma molécula de glucose está ligada a cada extremidade através de uma ligação α (1 → 2). Esta planta é resistente à seca, ao gelo, a parasitas, a doenças, aos solos salinos e não necessita de grandes quantidades de fertilizantes (Zhao, 2011), sendo por isso muitas vezes utilizada na recuperação de solos em áreas desertificadas (Cheng, 2009). Estas características fazem do tupinambo uma fonte de carbono atractiva tendo também já sido testado com sucesso no crescimento microbiano (Gencheva et al., 2012, Cheng et al., 2009, Liang et al., 2012). O uso destas fontes alternativas para a BDS tem no entanto um inconveniente, que se prende com o facto de estas apresentarem concentrações consideráveis de sulfatos (Frazer, 1935; Werther et al., 2000). Portanto, para impedir que ocorra inibição da dessulfurização, torna-se importante removê-los. Um dos métodos mais comuns de remoção de sulfatos baseia-se na utilização de bário sobe a forma de BaCl2 para precipitar os sulfatos (Jegadeesan et al., 2005). Quando em solução, o cloreto de bário dissocia-se, permitindo que o bário se ligue aos sulfatos formando BaSO4. Este apresenta uma baixa solubilidade (0.00285 g/L a 30 °C) e portanto precipita sendo facilmente removido (Guo et al., 2009). Dentro dos microrganismos conhecidos pelo seu potencial para a biodessulfurização pode destacar-se o género Gordonia (Kim et al., 1999, 2000; Mohebali et al., 2007a). Este apresenta já várias espécies descritas como capazes de dessulfurizar o DBT pela via 4S, como por exemplo Gordonia sp. estirpe CYKS1 (Rhee et al., 1998), Gordonia desulfuricans, Gordonia nitida e Gordonia alkanivorans (Shavandi et al., 2009, 2010; Mohebali et al., 2007a, 2007b, 2008; Alves et al., 2004). O género Gordonia (Goodfellow and Alderson, 1977) enquadra-se na ordem dos Actinomycetales, subordem Corynebacterineae e caracteriza-se por englobar microrganismos aeróbicos, com presença de catalase, gram-variáveis a gram-positivos, não formadores de esporos. De acordo com o NCBI, até Agosto de 2012 estavam descritas 32 espécies de Gordonia. Estas foram isoladas dos mais variados tipos de ambientes: da rizosfera do solo, de poços de petróleo, de solos contaminados com hidrocarbonetos, de bio-reactores de tratamento de águas residuais ou até de cadáveres. Apesar de algumas espécies de Gordonia serem patogénicos oportunistas como G. bronchialis (Sng et al., 2004) e G. araii (Jannat-Khah et al., 2009), na sua maioria o género é conhecido pelas suas características de bio-remedição e biodegradação dos mais variados compostos (Arenskötter et al., 2004), bem como pela produção de biosurfactantes, carotenóides e “Gordonano” um polissacárido que induz agregação celular (De los Reyes et al., 1998a, 1998b, De Miguel et al., 2001, Kondo et al., 2000). Este trabalho centra-se na bactéria Gordonia alkanivorans estirpe 1B, que foi isolada a partir de amostras de solo recolhidas dos terrenos contaminados de hidrocarbonetos na área da EXPO-98 (Lisboa, Portugal) (Alves et al., 2004). Quando cultivada em meio mínimo sem sulfatos, com glucose como única fonte de carbono, esta estirpe foi capaz de dessulfurizar o DBT, reduzindo-o de 478 para 168 μM em 120 h, o que corresponde a uma taxa especifica de dessulfurização de 1.03 μmol de DBT/ (g peso seco/h) (Alves et al., 2004). Uma fonte de carbono alternativa rica em glucose foi também testada anteriormente com sucesso. Usando hidrolisados de lamas de papel reciclado como única fonte de carbono obtiveram-se valores de dessulfurização e crescimento superiores aos observados em glucose, com o consumo de 250 μM de DBT em 96 h correspondendo a uma produtividade especifica de 2-HBP de 1.1 μmol/ (g (peso seco) /h) e um μmax de 0.035 h-1, claramente superior ao obtido com glucose (0.019 h-1) (Alves et al., 2008). Mais recentemente esta estirpe foi descrita como sendo frutofílica (Alves and Paixão, 2011) o que significa que consome preferencialmente frutose e não a glucose, crescendo e dessulfurizando mais depressa quando a frutose é a única fonte de carbono. Assim, este trabalho tenta tirar proveito dessa característica metabólica para explorar novas fontes de carbono alternativas ricas em frutose e determinar qual a melhor para a biodessulfurização realizada pela estirpe G. alkanivorans 1B. Uma vez que os dados relativos à frutofilia são escassos, foi necessário fazer uma comparação entre os rendimentos em biomassa relativo ao crescimento com glucose e aqueles obtidos com frutose. Assim foram realizados crescimentos da estirpe G. alkanivorans 1B, em frasco agitado, com 25 g/l de glucose ou frutose, com 400 μM de DBT. Usando a glucose como fonte de carbono, a estirpe 1B alcançou a fase estacionária ao fim de 287 h com uma taxa específica máxima de crescimento (μmax) de 0.030 h-1. Com frutose o crescimento bacteriano atingiu o valor máximo entre as 117 e 161 h e uma μmax de 0.070 h-1. Para avaliar a capacidade de biodessulfurização, foi analisada a produção de 2-HBP. Durante o crescimento em glucose a estirpe 1B produziu 306 μM de 2-HBP em 312 h com o consumo total do DBT. Assim, em média foram produzidos 12 μmol de 2-HBP por cada grama de açúcar consumido e a taxa específica máxima de produção de 2-HBP (q2-HBP) foi de 1.19 μmol g-1 (peso seco) h-1. No crescimento em frutose a concentração máxima de 2-HBP (393 μM) foi atingida em 89 h sem o consumo completo da fonte de carbono (sobrando 2 g/l de frutose) e com o desaparecimento completo do DBT. Isto traduz-se numa q2-HBP de 6.565 μmol g-1 (peso seco) h-1 com a produção de 17 μmol de 2-HBP por cada grama de frutose consumida. Estes resultados confirmam os resultados obtidos por Alves & Paixão (2011), ou seja, confirmam que esta estirpe é frutofílica. Nas condições testadas, verificámos um aumento da taxa de crescimento quando a estirpe 1B foi cultivada com frutose como fonte de carbono, obteve-se um aumento na taxa de produção de 2-HBP por grama de açúcar e houve um aumento na taxa específica máxima de dessulfurização que atingiu um valor 5.5 vezes superior ao obtido em glucose. No estudo de potenciais fontes de carbono alternativas, foram seleccionados produtos com concentrações elevadas de frutose, como a polpa de alfarroba (40 % frutose), os medronhos (60 %) e os tubérculos de tupinambo (80%). Partindo destas fontes foram elaborados sumos e xaropes ricos em açúcares, que foram posteriormente optimizados para a biodessulfurização através de uma hidrólise ácida e da remoção dos sulfatos neles contidos. Comparando os teores de açúcar entre as fontes não tratadas, verificou-se que o xarope de alfarroba apresentou a concentração de açúcares totais mais elevada (339g/l), mas também a menor percentagem de frutose (19%), sendo que aproximadamente 51 % dos seus açúcares se encontravam sob a forma de sacarose (constituída por 50 % de frutose) O sumo de medronho apresentou 173 g/l de açúcares, dos quais 67% eram frutose, e o sumo de tupinambo foi o que apresentou menor conteúdo em açúcares totais (~22g/l) dos quais ~52 % são frutose (não estando contabilizadas as mais de 120 g/l de inulina presentes no sumo). Analisando o teor de sulfatos do xarope e dos sumos não tratados verificou-se que, como esperado, todos apresentavam quantidades detectáveis: o xarope de alfarroba ~49 mg/l, o sumo de medronho ~41 mg/l e o sumo de tupinambo apresentou os valores mais elevados, ~451 mg/l. Assim, antes de prosseguir com o estudo destas fontes de carbono alternativas foi fundamental testar o efeito inibitório dos sulfatos na dessulfurização do DBT pela estirpe 1B. Usando 10 g/l de frutose como fonte de carbono e concentrações progressivamente mais elevadas de sulfatos, determinou-se o efeito inibitório na dessulfurização avaliando a produção de 2-HBP. Analisando os resultados verificou-se que, nestas condições, até concentrações reduzidas de sulfatos (6 mg/l) provocam algum efeito inibitório (22,4 %) e que 60 mg/l são suficientes para provocar a inibição completa. Por fim o IC50 às 72 h para a inibição da dessulfurização pelos sulfatos foi estimado em 13,6 0,6 mg/l, um valor diferente do determinado por Mohebali e colaboradores (2008), que observaram inibição total da biodessulfurização de uma estirpe de Gordonia alkanivorans com 14,4 mg/l de sulfato; no entanto esta observação foi feita em condições diferentes e com uma estirpe diferente de G. alkanivorans. Estes resultados reafirmam que, para termos uma dessulfurização eficaz, são necessárias concentrações baixas de sulfatos e, tendo em conta os valores registados nas fontes de carbono alternativas, surge a necessidade de reduzir as concentrações nelas presentes. Para tal foram realizados testes preliminares para a remoção dos sulfatos com o cloreto de bário. Estes revelaram ser necessária uma temperatura de pelo menos 30 ºC para que a precipitação ocorra de forma eficaz. Partindo desses resultados procedeu-se à optimização dos tratamentos através de um planeamento experimental seguindo uma distribuição de dois factores, fazendo variar a concentração de BaCl2, o tempo de exposição ao BaCl2 ou o pH a que ocorre a reacção, para o xarope de alfarroba e para o sumo de tupinambo. As condições óptimas para a remoção de sulfatos da alfarroba foram 0,4 % (w/v) BaCl2 durante 36 h a 30 ºC (Silva et al., in press), e do tupinambo foram 0,5% (w/v) BaCl2 durante 36 h a 30 ºC e pH 8,73. Quando se utiliza o xarope de alfarroba como fonte de carbono no crescimento com G. alkanivorans estirpe 1B, com 25 g/l de açúcares totais, há um efeito inibitório do crescimento celular. Independentemente dos tratamentos a que foi sujeito, sempre que a estirpe foi cultivada com este xarope, houve uma paragem prematura do crescimento antes que se desse o consumo completo quer da fonte de carbono quer da fonte de enxofre (DBT). O xarope de alfarroba não tratado e não hidrolisado permitiu ainda assim alcançar uma μmax de 0.1099 h-1. No entanto, devido aos sulfatos e outras fontes de enxofre presentes no meio, a produção de 2-HBP foi de apenas 50 μM em 93 h com uma q2-HBP de 0,43 μmol g-1 (peso seco) h-1. Nas condições óptimas para dessulfurização os resultados foram melhores e apesar de ter havido uma redução na μmax para 0.0595 h-1 a produção de 2-HBP alcançou os 117 μM em 70 h, com uma q2-HBP de 1,56 μmol g-1 (peso seco) h-1, resultando na produção de 8 μmol de 2-HBP por grama de açúcar consumido. Comparando os resultados que se obtiveram utilizando os diferentes xaropes, verifica-se que os tratamentos tiveram um efeito positivo, levando a um aumento da biodessulfurização, ainda que o efeito inibitório se mantivesse. O sumo de medronho revelou-se impossível de dessulfurizar pelo método de precipitação dos sulfatos por adição de cloreto de bário. Quando se adiciona BaCl2 ao sumo, este reage, aumentando gradualmente a sua viscosidade, até que, em poucas horas, acaba por se converter numa geleia bastante sólida, o que o torna inútil como fonte de carbono para este género de ensaios. Por outro lado, mesmo sem ser tratado, este sumo mostrou ter outro inconveniente, no decorrer do crescimento, se for usado com uma concentração de 25 g/l de açúcares totais, este sumo leva a que ocorra uma queda abrupta do pH do meio, de valores superiores a 6 para valores de aproximadamente 3. Isto vai provocar um choque ácido e a morte da cultura microbiana antes do consumo total da fonte de carbono. Assim para ultrapassar este problema, foi necessário reduzir a concentração de sumo de medronho para 10g/l de açúcares totais, mantendo os 400 μM de DBT. Isto permitiu que o crescimento decorresse de forma normal com o consumo total da fonte de carbono, apresentando uma μmax de 0.0469 h-1 e uma produção de 146 μM 2-HBP em 94 h com uma q2-HBP de 5 μmol g-1 (peso seco) h-1 e uma produção média de 15 μmol de 2-HBP por grama de açúcar. De entre as fontes de carbono alternativas testadas, aquela em que os resultados mais beneficiaram com a optimização dos tratamentos foi o sumo de tupinambo. Quando este foi usado como fonte de carbono, na sua forma não tratada e não hidrolisada, com uma concentração equivalente a 25 g/l de açúcares redutores, permitiu que a estirpe G. alkanivorans 1B crescesse até uma densidade óptica de 4,72 (a 600 nm), com uma μmax de 0,0546 h-1 sem que ocorresse qualquer produção de 2-HBP. Uma hidrólise ácida deste sumo permitiu converter a i
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