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Mémoire de Maîtrise
DOI
https://doi.org/10.11606/D.59.2022.tde-18052022-140116
Document
Auteur
Nom complet
Rafael de Moraes Altafini
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
Ribeirão Preto, 2022
Directeur
Jury
Spiller, Valeria Reginatto (Président)
Pereira Junior, Nei
Silva, Maria Bernadete Amancio Varesche
Titre en portugais
Otimização das condições de fermentação de glicerol por Clostridium beijerinckii Br21 para a obtenção de 1,3-propanodiol
Mots-clés en portugais
1,3-propanodiol
DCCR
Extrato de levedura
Ferro
FeSO4
Glicerol
PLS
Sulfato
Resumé en portugais
A busca por novas fontes de energia e a substituição da matriz energética tem levado ao aumento do uso do biodiesel, um combustível renovável. Sua produção, através da transesterificação, resulta na formação de glicerol, um triol muito utilizado na indústria de alimentos e farmacêuticas. No entanto, o glicerol residual ou bruto, obtido pela produção do biodiesel, é contaminado e não pode ser utilizado nessas indústrias. Portanto, alternativas para o glicerol bruto vêm sendo estudados, entre elas a sua utilização como substrato para a fermentações industriais. Dentre os produtos obtidos pela fermentação do glicerol estão o gás hidrogênio, o etanol, o butanol, o ácido butírico e o 1,3-propanodiol (1,3-PDO). O 1,3-PDO é um diol utilizado como monômero de polímeros de alto valor agregado, sendo o mais valorizado o polipropileno tereftalato (PPT). Nesse trabalho foi estudada a produção do 1,3-PDO por Clostridium beijerinckii Br21, uma bactéria isolada pelo grupo de pesquisa. Foi avaliada a influência de diferentes meios de cultura, descritos na literatura, com a finalidade de otimizar a sua composição. O meio que promoveu a maior concentração de 1,3-PDO a partir do glicerol foi o meio denominado de WIS, o qual serviu de base para os experimentos futuros. Uma regressão por mínimos quadrados parciais (PLS) revelou que os principais compostos com influência positiva sobre a produção do 1,3-PDO são o K2HPO4, o extrato de levedura e o FeSO4. Ao se estudar essas substâncias foi observado que o aumento do extrato de levedura e a adição de FeSO4 ao meio WIS resultam na maior produção de 1,3-PDO, enquanto que o K2HPO4 auxiliou na manutenção do pH. A otimização do meio realizada com auxílio um delineamento central composto rotacional 2² (DCCR 2²), com glicerol e FeSO4 como variáveis, resultou em um aumento de 51,3% na produção de 1,3-PDO pelo C. beijerinckii Br21, comparado ao meio WIS. Por fim, a suplementação do meio com FeCl3·6H2O e K2SO4 evidenciou que o íon ferro favorece e que o íon sulfato resulta na diminuição da produção de 1,3-PDO, provavelmente pela oxidação do produto na presença de sulfato.
Titre en anglais
Optimization of glycerol fermentation conditions by Clostridium beijerinckii Br21 to obtain 1,3-propanediol
Mots-clés en anglais
1,3-propanediol
Clostridium beijerinckii
DCCR
FeSO4
Glycerol
PLS
Yeast extract
Resumé en anglais
The search for new energy sources and the substitution of the energetic matrix lead to a high use of biodiesel, a renewable fuel. Its production through transesterification also produces glycerol, a triol widely used in food and pharmaceutical industries. On the other hand, the residual or crude glycerol obtained in the biodiesel production is not pure and cannot be used in such industries. Thus, new uses for the crude glycerol has been investigated, one of them is as substrate for microorganisms in industrial fermentations. Among the products obtained from glycerol fermentation are the hydrogen gas, ethanol, butanol, butyric acid and 1,3-propanediol. 1,3-PDO is a diol widely used as some polymer monomer with high added value, the most valued being polypropylene terephthalate (PPT), used in automobile carpets. In this project we studied 1,3-PDO production by Clostridium beijerinckii Br21, a bacterium isolated by our research group. We evaluated the influence of different culture medium, described in the literature, in order to select one and optimize its composition. The culture medium that promoted the highest 1,3-PDO concentration from glycerol was the one denominated WIS, which served as basis for future experiments. A partial least squares regression (PLS) revealed that the main compounds with a positive influence on 1,3-PDO production are K2HPO4, yeast extract and FeSO4. When studying these medium components, it was observed that the increase in yeast extract and the addition of FeSO4 to the WIS medium resulted in a higher production of 1,3-PDO, while K2HPO4 aided to maintain the pH. The medium optimization performed with the aid of a rotational composite central design 2 2 (DCCR 2²), with glycerol and FeSO4 as variables, resulted in a 51.3% increase in the production of 1,3- PDO by C. beijerinckii Br21 in comparison to the original WIS medium. Finally, the supplementation of the medium with FeCl3·6H2O and K2SO4 showed that the iron ion favors and the sulfate ion decreases the production of 1,3-PDO, probably due to the oxidation of the product in the presence of sulfate.
 
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Date de Publication
2022-05-20
 
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