Otimização da bioconversão de lactose do soro de queijo em etanol em sistemas de biorreatores imobilizados

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2011

RESUMO

O soro de queijo, um subproduto industrial altamente poluidor, constitui-se em um substrato rico em nutrientes e de grande potencial de aproveitamento em bioprocessos. A utilização de substratos alternativos e de baixo custo para a produção de etanol, tais como resíduos industriais, vem sendo recentemente estudada, com resultados promissores. Diante deste contexto, o presente trabalho teve como objetivo otimizar a bioconversão do soro de queijo em etanol em biorreatores imobilizados usando Kluyveromyces marxianus como biocatalisador e avaliar as limitações de transferência de massa em esferas de alginato de cálcio mediante o cálculo do coeficiente de difusão. Valores similares do fator de conversão da lactose em etanol, YEtOH/S, (0,44±0,01 g g -1) foram encontrados ao testar a produção do etanol por três linhagens de K. marxianus (CBS 6556, CCT 4086 e CCT 2653) em biorreator de leito fluidizado em regime batelada, e uma diminuição na eficiência de conversão (83,3- 66,1%) e na produtividade volumétrica (0,96 a 0,78 g L-1h-1) foi observada ao aumentar a temperatura de fermentação (30-40ºC) utilizando K. marxianus CBS 6556 imobilizada. Em seguida, foram testados biorreatores de leito fixo e fluidizado operados continuamente por diferentes taxas de diluição (0,1-0,3 h-1). Os valores indicaram que o aumento da taxa de diluição leva a um decréscimo da utilização de lactose e da produção de etanol e um aumento da produtividade volumétrica (QP). Valores semelhantes do fator de conversão de lactose em etanol (YEtOH/S) foram encontrados para todas as taxas de diluição testadas, em ambos sistemas de biorreator (fixo e fluidizado). A maior produtividade volumétrica foi obtida para a taxa de diluição de 0,3 h-1 em biorreator de leito fluidizado, alcançando 87% da conversão teórica, e a maior concentração de etanol (27,9 g L-1) foi obtida com a taxa de diluição de 0,1 h-1. As imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) na superfície das esferas mostraram que a imobilização em alginato de cálcio foi eficaz. O estudo da transferência de massa da lactose e do etanol em esferas de cálcio foi realizado através da medição do coeficiente de difusão com base na abordagem matemática da Segunda Lei de Fick. Diferentes condições experimentais foram testadas. Os resultados obtidos mostraram que o coeficiente de difusão independe da concentração da solução de lactose (25, 50 e 75 g L-1) e de etanol (25 e 50 g L- 1), bem como da concentração de alginato (3, 4 e 6%), e que é afetado pela temperatura (25, 30 e 35 ºC), aumentando de 4,67×10-10 m2 s-1 a 6,96×10-10 m2 s-1 para a lactose, e de 1,46×10-10 m2 s-1 a 2,68×10-10 m2 s-1 para o etanol.

ASSUNTO(S)

bioconversão cheese whey lactose soro de queijo lactose ethanol ca-alginate etanol diffusion coefficient

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