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Laboratórios de Desenvolvimento de
Bioprocessos da Escola de Química da UFRJ

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Produção Científica: Teses de Doutorado

Consumo de Oxigênio por Candida guilliermondii na Produção de Xilitol face a Diferentes Graus de Aeração e Concentrações de DXilose

Autora: Maria Antonieta Peixoto Gimenes Couto
Ano da Defesa: 2002
Orientador: Dr. Nei Pereira Jr., PhD
Programa: TPQB - Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos da EQ/UFRJ
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Resumo

Xilitol é um adoçante extraordinário, com propriedades anticariogênicas e metabolismo independente de insulina, produzido industrialmente por redução catalítica da xilose oriunda de resíduos agro-industriais.

A etapa limitante deste processo é a separação do xilitol dos outros polióis. A rota biotecnológica torna-se atraente devido à especificidade das enzimas envolvidas no metabolismo de D-xilose, que leva a altos rendimentos e maior facilidade de separação.

A aeração é a variável crítica nesse processo, pois, em condições de restrição de oxigênio, o NADH formado no catabolismo inicial da D-xilose não é completamente reoxidado, acumulando no interior da célula, resultando no desbalanceamento do potencial redox, acarretando o acúmulo de xilitol no meio.

Este trabalho tem como principal objetivo avaliar o consumo de oxigênio na produção de xilitol por Candida guilliermondii IM/UFRJ 50088, e sua relação com o grau de aeração e a concentração de D-xilose, em experimentos conduzidos em frascos agitados e em biorreator de bancada.

Foram testados valores de coeficiente volumétrico de absorção de O2 (KLa) entre 15 e 108-1 e concentrações iniciais de D-xilose (S0) entre 30 e 200 g/L. Objetivando o aumento da produtividade volumétrica, em biorreator também foi estudada a condução do processo em batelada alimentada, cujos resultados foram comparados aos obtidos no processo conduzido em batelada simples.

Valores elevados de KLa resultaram nas maiores produtividades volumétricas (QP), porém os maiores rendimentos (YXOL/S) foram obtidos em valores intermediários deste parâmetro. As demandas potenciais global (qO2*·X) e específica (qO2*) de oxigênio foram fortemente afetadas pelo grau de aeração do sistema e pela concentração inicial de xilose. Enquanto qO2*·X aumentou proporcionalmente ao crescimento celular qO2* reagiu de forma diferente, aumentando até um valor máximo coincidente com o início da fase exponencial de crescimento, diminuindo a partir deste ponto.

Para uma variação na concentração inicial de xilose de 30 para 200 g/L, os valores máximos de qO2*·X e de qO2* aumentaram de 1,6 para 2,14 gO2/L.h e de 273 para 312 mgO2/g células·h, respectivamente. Isto indica a dependência de qO2* com S0, uma vez que o suprimento de oxigênio (KLa.CS.) foi mantido constante.

A capacidade excretora de xilitol, expressa pelo fator de rendimento de xilitol em relação ao crescimento (YXOL/X) aumentou em sistemas com maior restrição de oxigênio, seja provocada por menor aeração, como por maior S0. Independentemente do sistema de fermentação (frascos agitados ou biorreator), para valores de S0 maiores que 100 g/L o processo conduzido em batelada sofreu inibição por substrato, particularmente nos estágios iniciais. Isto se refletiu nos valores das produtividades volumétricas, que diminuíram de 1,20 para 0,65 g/L.h, quando S0 aumentou de 50 para 200 g/L. Já YXOL/S não foi tão afetado, apresentando um valor médio de 0, 774 g/g.

Comparando com a batelada simples, para o mesmo consumo de D-xilose, a batelada alimentada com pulsos levou ao aumento de YXOL/S, de 0,76 para 0,811 g/g e a batelada alimentada continuamente resultou em uma diminuição do tempo de fermentação de 236 para 200 horas. A linhagem mostrou-se eficiente nos testes de fermentabilidade do hidrolisado de bagaço de cana, apresentando valores de YXOL/S (0,65 g/g) e QP (0,62 g/L.h).

LADEBIO - Laboratório de Desenvolvimento de Bioprocessos da Escola de Química da UFRJ