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Mémoire de Maîtrise
DOI
https://doi.org/10.11606/D.97.2021.tde-21092021-162257
Document
Auteur
Nom complet
Samara Cardoso Alves
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
Lorena, 2021
Directeur
Jury
Prata, Arnaldo Márcio Ramalho (Président)
Esteves, Thais Suzane Milessi
Silva, João Paulo Alves
Titre en portugais
Avaliação da produção de 2,3-butanodiol a partir de glicerol por Klebsiella oxytoca em diferentes condições de pH em frascos agitados
Mots-clés en portugais
2\\,3-Butanodiol
Controle do pH
Glicerol residual
Monitoramento automatizado
Resumé en portugais
O 2,3-butanodiol é um álcool que demonstra ter um potencial para a aplicação como intermediário em vários processos químicos industriais. Esse composto é usado na síntese de 1,3-butadieno, intermediário da borracha sintética, e de diacetil, aplicado na indústria de alimentos e, ainda, como combustível para veículos automotivos. Por outro lado, também é intermediário na síntese de poliésteres biodegradáveis. A produção de 2,3-butanodiol por processos fermentativos pode ser justificada pela demanda deste composto no mercado, sobretudo em função de sua aplicabilidade como intermediário químico. A produção de 2,3-butanodiol (2,3-BD) por Klebsiella oxytoca utilizando o glicerol como fonte de carbono, demonstra ser uma vantagem sob o ponto de biotecnológico sustentável, por se tratar de um subproduto abundante obtido da produção de biodiesel. Entretanto, durante o cultivo de K. oxytoca em glicerol para a produção de 2,3-BD é preciso o controle de pH. Quando o processo é desenvolvido em frasco agitado, o controle do pH do meio torna-se complicado. Nesse sentido o objetivo do presente trabalho foi definir uma estratégia de variação controlada de pH durante o cultivo, de forma a proporcionar seu melhor desempenho possível para a produção de 2,3-BD em frascos Erlenmeyer agitados, empregando-se uma concentração inicial de substrato igual 40 g/L. Primeiramente foi realizada a montagem do sistema de controle automático de pH em frasco Erlenmeyer. O primeiro conjunto experimental consistiu em avaliar valores de pH inicial sem o controle de pH. No segundo conjunto foram avaliados valores de pH inicial com controle, mantendo o mesmo valor inicial até o final da fermentação. No terceiro conjunto foram realizados ensaios com um valor de pH inicial igual a 7. Neste caso o pH foi mantido constante a partir do instante que atingiu valores pré-determinados. Por fim, realizaram-se ensaios fermentativos em biorreator com a melhor estratégia de controle de pH. Com o primeiro conjunto experimental obteve-se a maior concentração do produto (2,71 ± g/L) empregando-se pH inicial igual a 5,5, enquanto valores de pH inicial mais altos favoreceram o crescimento celular, enquanto valores mais baixos favoreceram a formação de produto. O controle de pH da fermentação desde o início em 6,0 proporcionou melhores resultados para o rendimento e produtividade volumétrica de 2,3-BD, comparado aos demais valores (7,0; 6,5; 5,5 e 5,2), com uma produção de 3,64 ±0,00 g/L. Empregando-se 60 g/L de substrato e controle do pH em 6,0 foram obtidos 10,96 ±0,02 g/L de 2,3-BD em frasco agitado e 10,94 ±0,00 g/L em biorreator. As fermentações realizadas em frascos, aplicando-se o sistema de controle automático de pH, não apresentaram diferença significativa em relação às fermentações em biorreator, apontando a eficácia do sistema em reproduzir as condições de um biorreator, em relação ao monitoramento e ao controle do pH.
Titre en anglais
Evaluation of the production of 2.3-butanediol from glycerol by Klebsiella oxytoca under different pH conditions in stirred flasks
Mots-clés en anglais
2\,3-Butanediol
Automated monitoring
pH control
Residual glycerol
Resumé en anglais
2,3-Butanediol is an alcohol that has the potential to be used as an intermediate in various industrial chemical processes. This compound is used in the synthesis of 1,3-butadiene, an intermediate of synthetic rubber, and diacetyl, used in the food industry and also as fuel for automotive vehicles. On the other hand, it is also an intermediary in the synthesis of biodegradable polyesters. The production of 2.3-butanediol by fermentative processes can be justified by the demand for this compound in the market, mainly due to its applicability as a chemical intermediate. The production of 2,3-butanediol (2,3-BD) by Klebsiella oxytoca using glycerol as a carbon source, demonstrates to be an advantage in terms of sustainable biotechnology, as it is an abundant by-product of biodiesel production. However, during the cultivation of K. oxytoca in glycerol for the 2.3-butanediol production, pH control is necessary. When the process is carried out in a shaken flask, the pH control of the medium becomes complicated. In this sense, the objective of the present work was to define a controlled pH variation strategy during cultivation, in order to provide its best possible performance for the production of 2.3-butanediol in agitated Erlenmeyer flasks, using an initial substrate concentration equal 40 g/L. First, the automatic pH control system was assembled in an Erlenmeyer flask. The first experimental set consisted of evaluating initial pH values without pH control. In the second, initial pH values with control were evaluated, maintaining the same initial value until the end of fermentation. In the third set, tests were carried out with an initial pH value equal to 7.0. In this case, the pH was kept constant from the moment it reached predetermined values. Finally, fermentative tests were carried out in a bioreactor with the best pH control strategy. With the first experimental set, the highest product concentration (2.71 ± g/L) was obtained using an initial pH equal to 5.5, while higher initial pH values favored cell growth, while lower values favored cell growth. product formation. The control of fermentation pH from the beginning at 6.0 provided better results for the yield and volumetric productivity of 2.3 butanediol, compared to the other values (7.0; 6.5; 5.5 and 5.2), with a production of 3.64 ± 0.00 g/L. Using 60 g/L of substrate and pH control at 6.0, 10.96 ± 0.02 g/L of 2.3-butanediol were obtained in a shaken flask and 10.94 ± 0.00 g/L in a bioreactor. The fermentations carried out in flasks using the automatic pH control system did not show any significant difference in relation to fermentations in a bioreactor, pointing out the system's effectiveness in reproducing the conditions of a bioreactor, in relation to pH control.
 
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Date de Publication
2021-09-21
 
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