Produção de 2,3-butanodiol por Klebsiella oxytoca e Enterobacter aerogenes a partir de diferentes fontes de carbono e regime de operação
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Date
2019-06-07Orientador
Silveira, Maurício Moura da
Dillon, Aldo José Pinheiro
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Diversas fontes de carbono podem ser utilizadas nos processos fermentativos de produção de 2,3-butanodiol (2,3-BDO) e acetil-metil-carbinol (AMC). Esses açúcares podem ser obtidos como subprodutos de indústrias, melhorando a economicidade dos processos. Considerando a indústria sucroalcooleira, hidrolisados resultantes do tratamento do bagaço de cana-de-açúcar
podem ser empregados como fonte de açúcares para este fim. Entretanto, têm baixa concentração de carboidratos, o que compromete a obtenção de altos rendimentos. Portanto, o melaço de cana-de-açúcar, rico em sacarose, poderia ser adicionado, resultando em uma mistura com maior concentração de carboidratos. O objetivo deste trabalho foi avaliar o crescimento microbiano e a obtenção de 2,3-BDO por Klebsiella oxytoca e Enterobacter aerogenes em meio mineral, adicionando-se glicose, xilose, frutose e sacarose, procurando estabelecer bases que possam ser utilizadas em processo com a utilização de mistura da fração rica em pentoses -dos hidrolisados lignocelulósicos- e de melaço de cana-de-açúcar. Os ensaios foram realizados em meio mineral, suplementado com as fontes de carbono, com variadas concentrações, pH inicial
de 5,5, em frascos Erlenmeyer sob agitação recíproca, a 37°C. Sendo também realizados cultivos em regime descontínuo e descontínuo alimentado, em biorreator de bancada. Adicionalmente foi realizado planejamento experimental do tipo composto central para aumentar a produção de 2,3-BDO, pela otimização do pH (5,02 – 7,27) e temperatura (28,8 –39,2 ºC). Estes estudos permitiram escolher entre os microrganismos o mais indicado para fermentação conjunta dos carboidratos testados. Em relação ao emprego dos açúcares de forma isolada, o crescimento celular de ambas as culturas foi favorecido com sacarose. A metabolização de xilose foi mais lenta em função da fase de adaptação bacteriana. Em frascos
agitados, em meio com 60 g/L de xilose, K. oxytoca apresentou produtividade 22% superior em comparação com E. aerogenes.
Nos cultivos em biorreator, conduzidos em regime descontínuo e descontínuo alimentado, com distintas formulações de meio, foi observado o comportamento diáuxico para ambos microrganismos, com o consumo preferencial de glicose, em detrimento
aos outros substratos. K. oxytoca mostrou-se mais apta a metabolizar a mistura de carboidratos testada em regime descontínuo alimentado, com a obtenção de cerca de 75 g/L de 2,3- BDO+AMC, com rendimentos e produtividade superiores aos obtidos com E. aerogenes; sendo portanto a linhagem definida para a continuidade dos estudos. Nos ensaios do planejamento experimental para aumento de rendimento e produtividade, com K. oxytoca, chegou-se a otimização do pH e da temperatura do processo. Com estes parâmetros otimizados, pH 5,7 e 34,5ºC, em cultivo em regime descontínuo alimentado, foi atingido cerca de 80 g/L de 2,3-BDO+AMC, resultando em produtividade de 2,32 g/L/h que é cerca de 50% superior a
encontrada no ensaio sem a otimização destes parâmetros. Pela possibilidade de utilizar misturas de açúcares presentes na fração C5 de hidrolisados lignocelulósicos de bagaço de canade-açúcar e do melaço, tem-se, neste estudo, um conjunto de informações relevantes relacionadas ao emprego destes subprodutos da indústria sucroalcooleira para a produção de
2,3-BDO. Além disso, as informações oriundas do estudo de otimização de pH e temperatura e os dados de regime descontínuo alimentado, viabilizariam estudos em maior escala.