Dissertação
Estudo cinético da fermentação alcoólica com células imobilizadas em alginato de cálcio
Registro en:
CORDEIRO, Patrícia Tavares. Estudo cinético da fermentação alcoólica com células imobilizadas
em alginato de cálcio. 2008. 116 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2008.
Autor
Cordeiro, Patrícia Tavares
Institución
Resumen
The study of alcoholic fermentation processes has gained prominence in recent years and at
each day has increased the need to optimize the fermentation process, producing more and
better to ensure an increase in alcohol production. Traditional processes of alcoholic
fermentation using free yeast cells in the fermentation medium in a batch, fed-batch or
continuous operation have drawbacks, such as the need to inoculate a large number of cells
and to include a process for cells separation after the fermentation. On the other hand,
processes using immobilized cells allow the operation without the need of a cell separation
step after the fermentation, make possible to obtain high cell concentration per unit volume of
the reactor, facilitate the biocatalysts reuse, and minimize the dead time besides giving a
larger stability of cells. This study aimed to investigate the kinetics of the alcohol production
using cells of Saccharomyces cerevisiae immobilized in sodium alginate. Tests were
conducted to verify the stability of pellets obtained by using sodium alginate at concentrations
of 3% and 2%. Pellets at the highest used concentration were found more stable to collapse.
The treatment of the pellets with Al(NO3)3 increased further their stability against collapse. It
was proposed a new bioreactor configuration that consisted of a batch stirred reactor with a
perforated plate located in the center of the reactor, whose purpose was to prevent pellets
fluctuation during the fermentation process. Several kinetic models were tested aiming at
describing the substrate, product, and free cell concentration profiles in the bioreactor bulk
and immobilized cells concentration profile into the pellets. The kinetic models of Monod,
Hinshelwood, and Levenspiel were the most appropriate to describe the process of producing
ethanol using cells of Saccharomyces cerevisiae immobilized in sodium alginate, and the
kinetics parameters determined for the three models were suitable to represent the results for
all conducted experiments. Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Mestre em Engenharia Química O estudo dos processos de fermentação alcoólica tem ganhado destaque nos últimos anos e a
cada dia tem crescido a necessidade de otimizar o processo, produzindo cada vez mais e
melhor, de forma a garantir um aumento na produção. Os processos tradicionais de
fermentação alcoólica que utilizam as células de levedura livres no meio de fermentação,
tanto batelada, batelada alimentada quanto contínuo, possuem algumas desvantagens, tais
como a necessidade de se inocular um número elevado de células e de um processo para
separação das mesmas após a fermentação. Já a técnica utilizando células imobilizadas
possibilita a operação sem a necessidade da etapa de separação de células após a fermentação,
possibilita a obtenção de elevadas concentrações celulares por unidade de volume de reator,
facilita a reutilização dos biocatalisadores, minimiza os tempos mortos além de conferir maior
estabilidade às células. O presente trabalho teve como objetivo estudar a cinética da produção
de álcool a partir de células de Saccharomyces cerevisiae imobilizadas em alginato de sódio.
Foram realizados testes a fim de verificar a estabilidade dos pellets obtidos utilizando alginato
de sódio na concentração de 3% e 2%, sendo que aqueles na maior concentração foram mais
estáveis. O tratamento dos pellets com Al(NO3)3 aumentou a estabilidade dos mesmos em
relação à ruptura. Foi proposta uma nova configuração de reator que consistiu de um reator de
mistura operado em batelada, dotado de uma placa perfurada localizada no centro do reator,
cuja finalidade foi impedir a flutuação dos pellets de células imobilizadas durante o processo
fermentativo. Para o estudo cinético foram testados diversos modelos visando descrever os
perfis das concentrações de substrato e produto no reator e de células no interior dos pellet
e no meio líquido. Os modelos cinéticos de Monod, Hinshelwood e Levenspiel foram os mais
apropriados para a descrição do processo de produção de etanol utilizando células de
Saccharomyces cerevisiae imobilizadas em alginato, sendo que os parâmetros cinéticos
determinados para os três modelos se mostraram adequados para simular os resultados de
todos os experimentos realizados.