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Type: TESE DIGITAL
Title: Estudo da fermentação alcoólica em um biorreator de leito fixo em sistema contínuo com células de "Saccharomyces cerevisiae" imobilizadas em alginato cálcio revestido com quitosana = Study of alcoholic fermentation in a fixed-bed bioreactor in continuous system with Saccharomyces cerevisiae cells immobilized in chitosan-covered calcium alginate beads
Title Alternative: Study of alcoholic fermentation in a fixed-bed bioreactor in continuous system with Saccharomyces cerevisiae cells immobilized in chitosan-covered calcium alginate beads
Author: Sousa, Gizele Saraiva de, 1989-
Advisor: Valença, Gustavo Paim, 1960-
Abstract: Resumo: A utilização de sistemas empregando células de levedura imobilizadas é uma técnica promissora para a produção de etanol devido a possibilidade de aplicação em leito fixo em processo contínuo. O presente trabalho tem como objetivo principal estudar a fermentação alcóolica em um biorreator de leito fixo, utilizando a cepa JAY270 de Saccharomyces cerevisiae imobilizadas em alginato de cálcio revestido com quitosana. Foram realizados ensaios de fermentação em regime batelada com células livres e imobilizadas em alginato cálcio revestido com quitosana, com concentração de glicose de 100 g/L como fonte de carbono. Os ensaios em batelada com células imobilizadas foram realizadas em oito bateladas sucessivas reutilizando os microrganismos imobilizados nas esferas de alginato, totalizando 94 horas de processo. Foram realizadas fermentações alcoólicas em biorreator de leito fixo, em sistema contínuo, com alimentação na base e retirada de produto no topo, com células de Saccharomyces cerevisiae cepa JAY270, imobilizadas em esferas de alginato de cálcio revestido com quitosana utilizando meio de cultura enriquecido com 100 g/L de glicose. O comportamento destes sistemas foram avaliados através de dados de concentração de substrato, produto e de células. Determinou-se os fatores de conversão (YP/S, YX/S e YX/P), o rendimento (R) e produtividade (?). As fermentações em batelada mostraram que a levedura utilizada apresenta bom desempenho fermentativo com uma produção de etanol de 49,26 g/L, rendimento de 74,44% e produtividade de 9,01 g/L.h para fermentação com células livres. Para fermentações em batelada com células imobilizadas a produção média de etanol nas oito bateladas foi de 46,02 g/L, rendimento de 89,51% e produtividade de 5,58 g/L.h, sendo que ao final da oitava batelada grande parte das esferas ainda continuavam íntegras. Foram realizados quatro teste de fermentação em leito fixo, com média de 100 horas de processo. Foi avaliado a resistência mecânica das esferas e as que possuíam o recobrimento com quitosana apresentaram melhores resultados com cerca de 40% de esferas inteiras. No Teste-III foi realizado um estudo do impacto da variação da vazão nos demais parâmetros do processo e a vazão que apresentou melhores resultados foi de 1,5 ml/min com uma produção média de etanol de 48,53 g/L, rendimento de 96,30% e produtividade de 20,89 g/L.h. Procedeu-se o ajuste dos dados experimentais com o auxílio do programa Polymath, utilizando método de Range-Kutta de 4ª ordem. A equação de Monod com adição do termo de inibição por produto e mais três equações de balanço de massa para fermentação alcoólica foi utilizada para o ajuste dos dados experimentais. A partir desse ajuste foi possível determinar valores para a velocidade específica de crescimento celular, µmax, e da constante de Monod, KS, para ambos os sistemas. Para fermentação em batelada obteve-se µmax de 0,05h-1 e KS de 48 g/L, já para a fermentação em leito fixo os valores foram de µmax igual a 2,03 h-1, KS igual a 45,50 g/L, para um primeiro refinamento das equações e de µmax de 1,87 h-1 e KS de 54,80 g/L para um refinamento adicional. Todos os ajustes tiveram um coeficiente de correlação R2 de 0,986

Abstract: The use of systems employing immobilized yeast cells is a promising technique for producing ethanol due to the possibility of applying them in a fixed bed continuous process. This work had as main objective to study the alcoholic fermentation in a fixed-bed bioreactor using the JAY270 strain of Saccharomyces cerevisiae immobilized in chitosan-covered calcium alginate beads. Fermentation tests were carried out in batch system with free and immobilized in chitosan-covered calcium alginate beads, with a glucose concentration of 100 g/L as carbon source. The tests in batch with immobilized cells were carried out in eight successive batches reusing immobilized microorganisms in alginate beads, totaling 94 hours of process. Fermentations were conducted in a fixed-bed bioreactor in continuous system with feed medium in the base and product was collected at the top of the bioreactor using medium supplemented culture 100 g/L glucose. The behavior of these systems were evaluated by concentration data of substrate, product and cells. It was determined the conversion factors (YP/S, YX/S and YX/P), yield (R) and productivity (?). The batch fermentations with free cells showed that the yeast used has good performance with an ethanol fermentative production of 49.26 g/L, yield 74.44% and productivity of 9,01 g/L.h. For batch fermentations with immobilized cells the maximum production of ethanol was 46.02 g/L, yield of 89.51% and productivity of 5.58 g/Lh, and at the end of the eighth batch, most beads were still intact. Four fermentation tests were performed in a fixed bed, with an average of 100 hours of process. In Test III was studied of the impact of the flow variation was performed in the other process parameters. The flow presented the best results was 1.5 ml/min with an average ethanol production of 48.53 g/L, yield 96.30% and yield of 20.89 g /Lh The fit of the experimental data was proceeded with the aid of Polymath program using Range-Kutta method of 4th order. The Monod equation with the addition of inhibition by product term and three mass balance equations for fermentation was used to fit the experimental data. From this adjustment it was possible to determine values for the specific cell growth rate, µmax, and Monod constant, KS for both systems. For batch fermentation was obtained µmax of 0.05 h and KS-1 of 48 g/L. For fermentation in a fixed bed µmax values were equal to 2.03 h-1, KS equal to 45.50 g/L for a first refinement of the equations and µmax of 1.87 h-1 and KS of 54.80 g/L for further refinement. All settings had an R2 correlation coefficient of 0.986
Subject: Fermentação
Saccharomyces cerevisiae
Leito fixo
Alginatos
Quitosana
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2016
Appears in Collections:FEQ - Dissertação e Tese

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