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Laboratórios de Desenvolvimento de
Bioprocessos da Escola de Química da UFRJ

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Produção Científica: Dissertações de Mestrado

Reciclo Celular na produção contínua de Etanol a partir de D-xilose com uma Linhagem Floculante de Pichia stipitis

Autora: Maria de Lourdes Moura Leal
Ano da Defesa: 1998
Orientador: Nei Pereira Jr., PhD
Programa: TPQB - Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos da EQ/UFRJ
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Resumo

A fração hemicelulósica pode representar até 30% da composição de matérias primas lignocelulósicas, contendo D-xilose como principal glicídio. O presente trabalho visou abordar alguns aspectos tecnológicos da bioconversão de D-xilose a etanol que permitirão subsidiar futuros estudos visando o escalonamento desse processo.

Inicialmente o perfil cinético do crescimento da linhagem floculante de Pichia stipitis CBS 5774 foi levantado para que se conhecesse o comportamento de suas células que serviriam de inóculo para os experimentos de fermentação, sendo o grau de aeração uma das principais variáveis na bioconversão, em estudo, procedeu-se a determinação da capacidade de oxigenação, através do parâmetro KLA, em frascos cônicos agitados e em biorreator.

Estes valores foram relacionados com as principais variáveis do bioprocesso permitindo identificar a faixa de 12,1 a 18,5 h-1 como a melhor para a produção de etanol em frascos agitados, resultando em valores para o fator de conversão (Y p/So) e produtividade volumétrica (QP) de 0,435 g/g e 1,31 g/l.h, respectivamente.

Experimentos conduzidos em batelada com diferentes concentrações iniciais de células exibiram melhores resultados a medida que se aumentava o tamanho do inóculo. Um aumento de aproximadamente 5 vezes na taxa global de consumo de substrato e de cerca de 7 vezes na produtividade volumétrica foram atingidos quando se elevou a concentração inicial de células de 1,0 para 13,8 g/L.

Adicionalmente, reduções na taxa específica de crescimento e no fator de conversão de xilose consumida em biomassa foram observadas para a mesma faixa de concentração de inóculo estudada.

A fim de se evitar eventuais problemas de contaminação, três antibióticos (penicilina, cloranfenicol e tetraciclina) foram investigadas tendo sido eleito tetraciclina 10 mg/L, como o mais indicado, por evitar o crescimento bacteriano e não ser deletério ao microrganismo agente.

A bioprodução de etanol a partir de D-xilose foi investigada em biorreator agitado mecanicamente resultando nas seguintes variáveis de resposta: Yx/s = 0,071 g/g; Yp/s = 0,412 g/g e Qp = 0,582 g/L.h.

Posteriormente, adotou-se a condução contínua com reciclo de células floculantes, tendo o sistema operado por mais de 100 horas, exibindo um valor máximo de produtividade volumétrica (2,65 g/L.h) 4 vezes maior do que o alcançado na condução em batelada simples. A eficiência de conversão em ambas foi maior que 80%.

Finalmente, buscou-se estimar os principais parâmetros cinéticos para a levedura em estudo, utilizando a metodologia clássica de "Lineaweaver-Burk". Os valores de µmáx e Ks resultantes da linearização foram, respectivamente 0,124 h-1 e 18,36 g/L.

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