Produção de 2,3-Butanodiol a partir de glicerol por klebsiella oxytoca ATCC 8724
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Data
2015-02-24Orientador
Silveira, Maurício Moura da
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Glicerol é um álcool gerado na produção de biodiesel, que corresponde 10% em relação ao biocombustível. Devido à crescente produção de biodiesel, pode ser utilizado como substrato para a obtenção de outros compostos, como o 2,3-butanodiol, através de vias fermentativas. Esta substância, que tem potencial de aplicação industrial e como combustível, pode ser obtida pela fermentação de glicerol pela bactéria anaeróbia facultativa Klebsiella oxytoca. Neste trabalho foram avaliados parâmetros e condições operacionais para o cultivo de K. oxytoca ATCC 8724, visando à obtenção de 2,3- butanodiol a partir de glicerol. Em razão do equilíbrio observado entre 2,3-butanodiol e acetoína, em proporção significativamente maior para o primeiro, no metabolismo fermentativo de K. oxytoca, a discussão dos resultados deste trabalho levam em conta a soma das concentrações destes compostos. Os resultados indicaram que este microrganismo metaboliza eficientemente o glicerol, visto que a velocidade média de crescimento celular neste substrato, em 8 horas de cultivo em frascos sob agitação, foi de 0,44 g/L/h, superior à obtida com glicose (0,38 g/L/h) nas mesmas condições. Observou-se que para substratos sacaríneos, que o metabolismo microbiano pode ser dividido em duas fases: na primeira fase, sem limitação de oxigênio, ocorre acentuado crescimento celular, em razão da prevalência da respiração, que resulta em substancial ganho energético para o microrganismo, enquanto na segunda fase, com limitação de oxigênio dissolvido, o fluxo de carbono é cada vez mais dirigido à formação de produtos de fermentação. Assim, em ensaios em regime descontínuo conduzidos em biorreator de bancada, o uso de uma velocidade característica de transferência de oxigênio (OTR) intermediária, da ordem de 17 mmol/L/h, proporcionou resultados superiores em termos de produção de 2,3-butanodiol, com conversão de 60 g/L de glicerol em 17,3 g/L do produto. Em regime descontínuo, a mais alta conversão de glicerol em produto foi alcançada com concentração inicial de substrato de 129 g/L, sendo produzidos, em 48 horas, 53,6 g/L de 2,3-butanodiol, o que significa um rendimento superior a 83% em relação ao máximo teórico. Com concentrações iniciais de glicerol de até 60 g/L, não foi constatado efeito inibitório sobre o crescimento celular. Por outro lado, o uso de 160 g/L de glicerol inicial levou a uma drástica redução do rendimento do processo (apenas 56,3%) e a uma concentração residual de substrato de 98 g/L, após 72 de cultivo. Com a condução do processo em regime descontínuo alimentado, como alternativa para contornar os efeitos de inibição pelo substrato, resultados expressivos foram alcançados com a massa de glicerol equivalente à que seria necessária para ter-se 202 g/L em regime descontínuo. Nestas condições, 92,1 g/L de 2,3-butanodiol e rendimento de 92,6%, foram alcançados, em 84 horas de fermentação. Os resultados revelam, o grande potencial de uso de glicerol como substrato para a produção de 2,3-butanodiol em escala industrial.