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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.11.2018.tde-08032018-113608
Document
Author
Full name
Ricardo Luiz Dalia
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2017
Supervisor
Committee
Basso, Luiz Carlos (President)
Furlan, Renata Maria Christofoleti
Gomes, Luiz Humberto
Lopes, Mário Lúcio
Title in Portuguese
Respostas fisiológicas e tecnológicas de linhagens industriais às condições estressantes da fermentação etanólica industrial
Keywords in Portuguese
Lactobacillus
Saccharomyces cerevisiae
Etanol
Fermentação
Abstract in Portuguese
O etanol se consagrou como o principal biocombustível e o Brasil detém o processo mais econômico e ambientalmente adequando. O processo industrial brasileiro é único, pois utiliza o reciclo de células de leveduras na fermentação permitindo uma ótima velocidade de fermentação, porém o mesmo ato potencializa os efeitos tóxicos presentes no processo. O substrato de fermentação é composto pela mistura de caldo e melaço de cana-de-açúcar, porém a vantagem econômica do açúcar sobre o etanol faz com que o caldo seja priorizado para a produção de açúcar e o seu subproduto seja mais utilizado na fermentação, nesse caso o melaço. O melaço apresenta diversos compostos inibitórios como sulfitos, excesso de sais, fenóis, furfurais e metais. Devido à larga escala do processo, o substrato não pode ser esterilizado antes da fermentação, logo a presença de microrganismos contaminantes se torna um problema sempre presente. As bactérias contaminantes consomem o substrato e produzem substâncias tóxicas como ácidos orgânicos, fatos que prejudicam o rendimento fermentativo do processo. Quando se considera o longo período de reciclos (aproximadamente 250 dias por safra e pelo menos 2 ciclos por dia) a maioria das linhagens de leveduras empregadas não são capazes de perdurar no processo, seja pela toxicidade do processo e ou pela competição com contaminantes. Portanto há um esforço contínuo no sentido de se buscar novas linhagens mais aptas ao processo industrial. Para tal é imperiosa a disponibilidade de uma metodologia para simular o processo industrial de modo a permitir uma avaliação de pretensas linhagens quanto ao seu desempenho no processo industrial com reciclo de células. No presente trabalho é proposto um protocolo, simulando as várias condições estressantes de uma fermentação industrial com reutilização de células, para a avaliação de linhagens de levedura com diferentes capacidades de colonizarem as dornas de fermentação. Os resultados obtidos mostraram que o protocolo empregado foi capaz de reproduzir o comportamento fisiológico e tecnológico das linhagens quando submetidas no processo industrial, se constituindo numa ferramenta útil para a seleção de leveduras.
Title in English
Physiological and technological responses of industrial strains towards stressing conditions of industrial ethanol fermentation
Keywords in English
Lactobacillus
Saccharomyces cerevisiae
Ethanol
Fermentation
Abstract in English
The ethanol became entrenched as the main biofuel and Brazil owns the most economic and environmentally appropriate process. The Brazilian industrial process is unique, since it utilizes the yeast cell recycle, what allows a great fermentation velocity, but the same process enhances the toxics effects presents on the process. The fermentation subtract is composed by the mixture of sugar cane juice and molasses, however the economic advantages of the sugar over the ethanol makes that the juice get prioritized to the production of sugar and it's by-product, the molasses, go into the fermentation process. The molasses contain several toxic compounds, like sulfites, salts excess, phenols, furfural and metals. Due to the large scale of the process, the substrate cannot be sterilized before the fermentation and this cause the presence of contaminant microorganisms an always present problem. The contaminant bacteria consumes the substrate and produce toxics products like organic acids, facts that can hinder the yield of the fermentation process. When the long recycle period (approximately 250 days per season, with at least 2 cycles per day) is take in consideration, most of the yeast strains aren't capable to endure the process because of the toxicity of it and or by the competition with the contaminants. Therefore there is a continuous effort in the search of new strains best suited for the industrial process. To do so, it`s imperative the availability of a methodology that can simulate the industrial process and the alleged strains can be evaluated in terms of their performance in the industrial process with cell recycle. It`s proposed a protocol on this work, that simulates several stressful conditions of an industrial fermentation with cell recycle, to evaluate the yeast strains with different capabilities in colonize the fermentation tanks. The results indicate that the protocol utilized was capable of reproduce the physiological and technological behavior of the strains when they were submitted to the industrial process, making it a useful tool for yeast selection.
 
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Publishing Date
2018-03-14
 
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