Otimização da produção de ácido lático em biorreatores por Lactobacillus plantarum BL011 em hidrolisados de casca de soja

Abstract

O desenvolvimento de bioprocessos que utilizam matérias-primas de baixo custo como alternativa à processos já estabelecidos, sejam eles de origem fóssil ou não, são cada vez mais relevantes, dado o seu impacto econômico, social e ambiental. Tendo em vista esses fatores e a busca por processos mais sustentáveis, o objetivo principal deste estudo foi a otimização da produção de ácido lático por bactérias ácido-láticas utilizando como matéria-prima uma mistura dos hidrolisados provenientes dos tratamentos ácido e enzimático da casca de soja. Os cultivos iniciais foram realizados em Erlenmeyers, incubados em agitador orbital na temperatura de 37 ºC e agitação de 120 rpm, utilizando um pH inicial 6,0. Uma série de experimentos foi realizada para avaliar algumas variáveis do processo e selecionar uma linhagem com desempenho satisfatório, que foi a linhagem Lactobacillus plantarum BL011. Foi realizado um planejamento de experimentos Plackett-Burman para determinar a influência da temperatura e da suplementação do hidrolisado com extrato bruto de levedura, sulfato de magnésio e sulfato de manganês na produtividade do processo. O melhor resultado obtido após análise do planejamento experimental, foi na temperatura de 30 ºC e com suplementação de extrato bruto de levedura e sulfato de magnésio após 48 h de cultivo. Neste experimento foi obtido 39,34 g∙L-1 de ácido lático e produtividade de 0,82 g∙(L∙h)-1. Nos cultivos realizados em biorreatores de cultivo submerso do tipo batelada, o melhor resultado foi obtido na condição de anaerobiose e com controle de pH em 6,0, produzindo em 24 h de cultivo 35,52 g∙L-1 de ácido lático, com produtividade de 1,48 g∙(L∙h)-1. Já nos biorreatores do tipo batelada alimentada, o melhor resultado foi obtido no experimento com 12 h de alimentação linear de hidrolisado enzimático contendo 130 g∙L-1 de açúcares, no qual foi possível manter a produtividade acima de 1,5 g∙(L∙h)-1 durante 10 h de alimentação, produzindo um título de ácido lático de 58,6 g∙L- 1 após 48 h de fermentação.

The development of bioprocess in which the use of low-cost raw materials as an alternative to stablished processes are increasing in importance and relevance, given the economic, social, and environmental issues. In view of these factors, and aiming at more sustainable processes, the main purpose of the present work was the optimization of the lactic acid production by lactic-acid bacteria, using acid and enzymatic soybean hull hydrolysates as medium. The preliminary cultivations were performed in Erlenmeyer flasks, in orbital shaker at 37 ºC and 120 rpm. The initial pH of these cultures was 6.0. A series of experiments was performed to evaluate a few process variables and select a robust strain, with a satisfactory performance. The selected strain was Lactobacillus plantarum BL011. A Plackett-Burman experimental design was performed to determine both temperature and supplementation with crude yeast extract, magnesium sulphate and manganese sulphate would influence in the process productivity. The best result in orbital shaker was obtained after the analysis of the experimental design. Crude yeast extract and magnesium sulphate supplementation, at 30 ºC, after 48 h of fermentation were the best conditions, allowing for a production of 39.34 g∙L-1 of lactic acid, with a productivity of 0.82 g∙(L∙h)-1. In the batch bioreactors cultivations of submerged culture, the best result was under anaerobiosis and pH controlled in 6.0, with a lactic acid titer of 35.52 g∙L-1 and productivity of 1.48 g∙(L∙h)-1 after 24 h of fermentation. In fedbatch bioreactors cultivations, the best result was obtained in the 12 h linear ascending strategy, feeding the culture media with 400 mL of supplemented enzymatic hydrolysate with 130 g∙L-1 total sugars during this period. In this experiment, it was possible to maintain the process productivity above 1.5 g∙(L∙h)-1 for 10 h of feeding. Also, in this experiment, it was obtained the highest lactic acid titer, 58.6 g∙(L∙h)-1, after 48 h of fermentation.