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Laboratórios de Desenvolvimento de
Bioprocessos da Escola de Química da UFRJ

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Produção Científica: Dissertações de Mestrado

Estudo da Produção de 2,3-Butanodiol por Bioconversão

Autora: Giovana Maria Godoy Labanca
Ano da Defesa: 1994
Orientador: Nei Pereira Jr., PhD
Programa: TPQB - Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos da EQ/UFRJ
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Resumo

Este trabalho teve como objetivo o estudo da produção de 2,3-butanodiol por fermentação de glicose utilizando a bactéria Klebsiella oxytoca. Ensaios preliminares evidenciaram a importância da presença de elevadas concentrações de fosfato no meio de crescimento para obtenção de uma maior concentração celular.

Os estudos de otimização envolveram. Primeiramente, uma seleção entre duas linhagens de Klebsiella oxytoca (CCT 1818 e CCT 0182). O critério para a seleção foi baseada no desempenho das linhagens em diferentes temperaturas. Este experimento nos permitiu selecionar a cepa CCT 0182 como possuidora de maior potencial para a produção de butanodiol a 30°C.

Quanto maior o grau de aeração, determinado indiretamente através do parâmetro R (definido como a razão entre o volume de meio e o volume do frasco), maiores foram as conversões de glicose em células e produto, sendo alcançado uma eficiência de 84,2% quando a fermentação foi conduzida com um volume de meio igual a 50 mL (R=0,1).

A utilização de baixas concentrações celulares iniciais resultou em maiores taxas específicas de crescimento e de formação de produto. Foi observada uma produção predominante não-associada ao crescimento quando elevadas concentrações celulares iniciais foram usadas.

Os resultados nos levaram a concluir que a fermentação butanodiólica pode ser classificada como de cinética mista, segundo Gaden. Quando variou-se a concentração inicial de substrato de 50 a 200 g/L notificou-se uma queda nas taxas específicas de crescimento até um valor próximo de zero, evidenciando uma forte inibição pelo substrato.

Os melhores resultados foram obtidos com uma concentração inicial de 150 g/L, permitindo o acúmulo de 68,83 g/L de butanodiol (Ef.=98,8%) ao final do processo.

A bactéria Klebsiella oxytoca CCT 0182 se mostrou capaz de produzir 2,3-butanodiol a partir de glicose, xilose, sacarose e melaço, sendo obtido para a última matéria-prima um fator de conversão de substrato em produto de 0,484 g/g (Ef=92,0%).

Através de ensaios em fermentador constatou-se que com uma maior transferência de oxigênio (devido à maior altura de coluna líquida) obteve-se maiores valores de produtividade (0,85 g/L.h). Por outro lado, trabalhando-se com uma menor transferência de oxigênio a produção de butanodiol foi favorecida permitindo uma eficiência de 91,8% (Yp/s=0,459 g/g).

Um sistema promissor para a produção de 2,3-butanodiol consiste no uso de células de Klebsiella oxytoca imobilizadas em alginato de cálcio. No processo em batelada simples foi alcançada uma concentração final de 30,30 g/L de butanodiol (Yp/s=0,390 g/g) e uma produtividade de 0,63 g/L.h. A batelada alimentada cíclica operou por 96 horas, fornecendo uma concentração de 36,28 g/L de butanodiol (Yp/s=0,443 g/g) e uma produtividade de 0,92 g/L.h.

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