Produção de etanol por leveduras em biorreatores com células livres e imobilizadas utilizando soro de queijo

Abstract

Este projeto tem como finalidade o estudo da produção contínua de etanol em biorreator, por células de levedura imobilizadas por envolvimento, usando como meio de cultivo soro de queijo, um resíduo industrial potencialmente poluente. Na primeira etapa do estudo foi determinada, usando processo em batelada, a temperatura ótima para ser aplicada nos biorreatores de 300C para a Kluyveromyces marxianus CBS 6556 e de 370C para a Saccharomyces cerevisiae recombinante BLR 014. Posteriormente, foram realizados cultivos em biorreator contínuo de mistura completa (CSTR) com as células livres em suspensão para comparação com a produtividade de cultivos imobilizados. Os resultados mostraram que para a K. marxianus a taxa máxima a ser aplicada ao sistema é de 0,20 h-1 e para a S. cerevisiae recombinante de 0,10 h-1. Na etapa final, foram realizados os cultivos com as células imobilizadas por envolvimento em alginato de cálcio usando biorreator de fluxo pistonado com diferentes taxas de diluição (0,05 h-1, 0,10 h-1 e 0,20 h-1). Os resultados sugerem que ambas as cepas de levedura perdem produtividade com o decorrer do tempo de cultivo nas taxas de diluição maiores, provavelmente pela perda de viabilidade. Com o objetivo de averiguar se a perda de produtividade foi causada pela técnica de imobilização ou pela presença de componentes tóxicos no soro de queijo foram realizados experimentos com K. marxianus e uma cepa comercial de Saccharomyces cerevisiae KI em meio complexo YEPD. A cepa comercial não apresentou a perda de produtividade e a K. marxianus mostrou o mesmo perfil para ambos os meios, demonstrando que a imobilização e a composição do soro não afetam a produtividade, assim provavelmente esta queda seja causada por características no crescimento e metabolismo das cepas em questão.

The aim of this present work was to study a continuous alcohol production from cheese whey (potencial pollutant) using immobilized yeasts cells. In the first step of this work , the best temperature to be used on the bioreactor was determined using batch cultures. The temperature was 300C to Kluyveromyces marxianus CBS 6556 and 370C to Saccharomyces cerevisiae recombinant BLR 014. After this, were made cultivations on continuous stirred tank reactor (CSTR) using free cells for productivity comparation with immobilized cells reactors. Our results showing that maximum dilution rate to K. marxianus was 0.20 h-1 and to S. cerevisiae recombinant was 0,10 h-1 before cells wash out. In the final step, were made cultivations using alginate-immobilized cells in a plug-flow reactor with different dilution rates (0.05 h-1, 0.10 h-1 and 0.20 h-1). The results suggest that both yeast strains lost productivity when the high dilution rates was applied on the sistem, probably because the lost of cells viability. To investigate if the lost of productivity was consequence of immobilization technique or the presence of toxics or inhibitory components, were made cultivations on a complexe medium using a comercial strain S. cerevisiae KI and K. marxianus. The results showing that the comecial strain did not loose productivity so drastically and the K. marxianus showing the same behavior. In addition, the productivity lost probably was a consequence of metabolism and growth characteristics of the strains.