Publicação

Engenharia de leveduras floculantes

Detalhes bibliográficos
Resumo:	A presente tese pretende contribuir para o esclarecimento de alguns dos principais fenómenos físicos e biológicos que têm lugar em sistemas que utilizam leveduras floculantes. Assim, alteraram-se as dimensões do tubo interno do bioreactor utilizado (de circulação por arejamento, aqui designado por airlift), por forma a melhorar as suas características hidrodinâmicas em presença de uma fase sólida. Esta alteração facilitou a circulação de maiores cargas de sólidos, com menores caudais de arejamento, melhorando a eficiência do sistema em termos energéticos. A cultura de uma estirpe floculante de Saccharomyces cerevisiae naquele bioreactor produziu flocos de levedura de dimensões consideráveis (até 5 mm de diâmetro) utilizados para os estudos subsequentes, nomeadamente na determinação da difusividade efectiva de dois compostos importantes em fermentação: a glucose e o oxigénio. Para obter estes valores revelou-se imprescindível o desenvolvimento e a implementação de duas novas técnicas: uma visando a determinação do tamanho dos flocos por análise de imagem assistida por computador e uma outra permitindo medir a variação, com o tempo, da concentração de solutos num meio líquido onde estão suspensos os flocos de levedura, sem os destruir. Os valores de difusividade assim obtidos foram mais baixos do que em sistemas onde a imobilização se fez em géis sendo, por outro lado, muito influenciados pela presença de um aditivo de floculação, que aumenta em cerca de quatro e oito vezes as difusividades da glucose e do oxigénio, respectivamente. Uma vez na posse dos valores das difusividades, a partir de um modelo matemático e com o auxílio de uma técnica computacional apropriada, simularam-se os perfis de concentração da glucose e do oxigénio no interior dos flocos, para vários tamanhos destes, diferentes concentrações dos solutos no meio e em presença e na ausência de um aditivo de floculação, tendo por base o modelo metabólico de capacidade respiratória limitada. Concluiu-se existirem fortes limitações difusionais no interior dos flocos, principalmente nos de maior tamanho, que condicionam o seu desempenho no seio dos sistemas onde são utilizados. Assim, a solução encontrada para o problema reside na diminuição do tamanho médio dos flocos, proporcionada pela introdução de agitadores estáticos no interior do tubo interno do bioreactor airlift. Conseguiram-se aumentos significativos na produtividade do sistema em etanol, e nas taxas específicas de consumo de glucose e de produção de etanol. Estudou-se, por fim, um método de estimação em linha da concentração de biomassa existente num bioreactor, a partir do consumo do reagente de controlo de pH. Estabeleceu-se uma relação formal entre a taxa específica de produção de protões e a taxa específica de consumo de azoto (directamente relacionada com a taxa específica de produção de biomassa) válida para metabolismo respiratório e respiro-fermentativo. Testou-se o método com uma fermentação em descontínuo (embora seja aplicável a qualquer tipo de operação), estando os valores estimados de concentração de biomassa de acordo com os valores determinados experimentalmente.
Autores principais:	Vicente, A. A.
Assunto:	leveduras floculantes flocos hidrodinâmica difusividade efectiva simulação perfil de concentração análise de imagem estimação da biomassa agitadores estáticos Saccharomyces cerevisiae airlift flocculating yeast flocs hydrodynamics effective diffusivity simulation concentration profile image analysis biomass estimation static mixers
Ano:	1997
País:	Portugal
Tipo de documento:	tese de doutoramento
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade do Minho
Idioma:	português
Origem:	RepositóriUM - Universidade do Minho

Descrição
Resumo:	A presente tese pretende contribuir para o esclarecimento de alguns dos principais fenómenos físicos e biológicos que têm lugar em sistemas que utilizam leveduras floculantes. Assim, alteraram-se as dimensões do tubo interno do bioreactor utilizado (de circulação por arejamento, aqui designado por airlift), por forma a melhorar as suas características hidrodinâmicas em presença de uma fase sólida. Esta alteração facilitou a circulação de maiores cargas de sólidos, com menores caudais de arejamento, melhorando a eficiência do sistema em termos energéticos. A cultura de uma estirpe floculante de Saccharomyces cerevisiae naquele bioreactor produziu flocos de levedura de dimensões consideráveis (até 5 mm de diâmetro) utilizados para os estudos subsequentes, nomeadamente na determinação da difusividade efectiva de dois compostos importantes em fermentação: a glucose e o oxigénio. Para obter estes valores revelou-se imprescindível o desenvolvimento e a implementação de duas novas técnicas: uma visando a determinação do tamanho dos flocos por análise de imagem assistida por computador e uma outra permitindo medir a variação, com o tempo, da concentração de solutos num meio líquido onde estão suspensos os flocos de levedura, sem os destruir. Os valores de difusividade assim obtidos foram mais baixos do que em sistemas onde a imobilização se fez em géis sendo, por outro lado, muito influenciados pela presença de um aditivo de floculação, que aumenta em cerca de quatro e oito vezes as difusividades da glucose e do oxigénio, respectivamente. Uma vez na posse dos valores das difusividades, a partir de um modelo matemático e com o auxílio de uma técnica computacional apropriada, simularam-se os perfis de concentração da glucose e do oxigénio no interior dos flocos, para vários tamanhos destes, diferentes concentrações dos solutos no meio e em presença e na ausência de um aditivo de floculação, tendo por base o modelo metabólico de capacidade respiratória limitada. Concluiu-se existirem fortes limitações difusionais no interior dos flocos, principalmente nos de maior tamanho, que condicionam o seu desempenho no seio dos sistemas onde são utilizados. Assim, a solução encontrada para o problema reside na diminuição do tamanho médio dos flocos, proporcionada pela introdução de agitadores estáticos no interior do tubo interno do bioreactor airlift. Conseguiram-se aumentos significativos na produtividade do sistema em etanol, e nas taxas específicas de consumo de glucose e de produção de etanol. Estudou-se, por fim, um método de estimação em linha da concentração de biomassa existente num bioreactor, a partir do consumo do reagente de controlo de pH. Estabeleceu-se uma relação formal entre a taxa específica de produção de protões e a taxa específica de consumo de azoto (directamente relacionada com a taxa específica de produção de biomassa) válida para metabolismo respiratório e respiro-fermentativo. Testou-se o método com uma fermentação em descontínuo (embora seja aplicável a qualquer tipo de operação), estando os valores estimados de concentração de biomassa de acordo com os valores determinados experimentalmente.