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dc.contributor.advisorSilveira, Mauricio Moura da
dc.contributor.advisorDillon, Aldo José Pinheiro
dc.contributor.authorRossi, Caroline
dc.contributor.otherValduga, Eunice
dc.contributor.otherCamassola, Marli
dc.contributor.otherLaguna, Sergio Echeverrigaray
dc.date.accessioned2019-07-05T15:51:39Z
dc.date.available2019-07-05T15:51:39Z
dc.date.issued2019-06-07
dc.date.submitted2019-07-05
dc.identifier.urihttps://repositorio.ucs.br/11338/4795
dc.descriptionDiversas 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.pt_BR
dc.description.abstractDifferent carbon sources have been used in fermentation processes for 2,3-butanediol (2,3- BDO) and acetoin (acetyl methyl carbinol; AMC) production. These substrates can be obtained from agro-industrial by-products, improving the economy of the respective processes. Considering the sugar and alcohol industry, lignocellulosic hydrolysates from residual sugarcane bagasse could be used as carbon source for this purpose. However, lignocellulosic hydrolysates normally have low concentration of sugars, which makes impossible the attainment of the desired levels of products. As such, sugarcane molasses, a relatively low-cost raw material that is rich in sucrose, could be added to the hydrolysate, resulting in higher concentration of carbohydrates. The aim of this work was to evaluate the microbial growth and the production of 2,3-BDO and AMC by Klebsiella oxytoca and Enterobacter aerogenes in mineral medium, using glucose, xylose, fructose, and sucrose as carbon sources in order to establish the basic knowledge that could be applied to the production process from mixtures of the pentose-rich fraction of lignocellulosic hydrolysates and sugarcane molasses. Preliminary experiments were carried out in Erlenmeyer flasks under reciprocal agitation, using mineral medium supplemented with the carbon sources, either pure or mixed, at different concentrations, at initial pH 5.5 and 37ºC. Furthermore, cultivations were also performed in batch and fed-batch modes, in a bench-scale bioreactor. Among the experiments carried out, a central composite design was used for optimizing pH and temperature values of cultivation, aiming to increase 2,3-BDO+AMC production. The studies also allowed the definition of the most suitable micr oorganism to metabolise the set of carbohydrates evaluated. When sugars were used one at a time, the cell growth of both cultures was favoured by sucrose. Xylose metabolism was slower probably due to a longer microbial adaptation phase. In the shaken flasks tests, in medium with 60 g/L of xylose, K. oxytoca presented productivity 22% superior to that obtained with E. aerogenes. In batch or fed-batch cultivations, using dif consumption of glucose, rather than the other sugars. K. oxytoca was more able to metabolise the carbohydrate mixture tested in fed-batch runs, in which final concentrations around 75 g/L of 2,3-BDO+AMC were attained, with yield and productivity higher than those obtained with E. aerogenes. Thus, K. oxytoca was defined for further studies. In the pH and temperature optimization experiments, 5.7 and 34.5ºC were defined as the best values for the process. In fed-batch runs under such conditions, approximately 80 g/L of 2,3-BDO+AMC were achieved, resulting in a productivity of 2.32 g/L/h, which means an average increase of 27% when compared with data previously reported in the literature. From the results of this study, a set of relevant information related to the application of by-products of the sugar and alcohol industry for 2,3-BDO and AMC production was obtained. In particular, the data from fed-batch experiments conducted under optimised pH and temperature indicate the feasibility of carrying out larger-scale fermentation studies envisaging the industrial production of 2,3-butanediol and acetoin.pt_BR
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, CAPESpt_BR
dc.language.isoptpt_BR
dc.subjectCarbonopt_BR
dc.subjectFermentaçãopt_BR
dc.subjectAçúcarpt_BR
dc.subjectBactériaspt_BR
dc.subjectMicroorganismospt_BR
dc.subjectCarbonen
dc.subjectFermentationen
dc.subjectSugaren
dc.subjectBacteriaen
dc.subjectMicroorganismsen
dc.titleProdução de 2,3-butanodiol por Klebsiella oxytoca e Enterobacter aerogenes a partir de diferentes fontes de carbono e regime de operaçãopt_BR
dc.typeDissertaçãopt_BR
mtd2-br.advisor.instituationUniversidade de Caxias do Sulpt_BR
mtd2-br.advisor.latteshttp://lattes.cnpq.br/9080299765513651pt_BR
mtd2-br.author.lattesROSSI, C.pt_BR
mtd2-br.program.namePrograma de Pós-Graduação em Engenharia de Processos e Tecnologiaspt_BR
mtd2-br.contributor.coorientadorMalvessi, Eloane


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