Publicação: Otimização da produção do ácido láctico através da fermentação do soro de queijo por Lactobacillus helveticus
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
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Orientador
Coorientador
Barrozo, Marcos Antonio de Souza
Resumo
Neste trabalho estudou-se a fermentação homoláctica do soro de queijo, utilizando
uma cepa do Lactobacillus helveticus (ATCC 15009). Os experimentos foram conduzidos em
um fermentador em batelada, com controles de agitação, temperatura e pH, por um período de
32 horas. Foram analisadas as influências de quatro variáveis sobre a produção do ácido
láctico: temperatura, pH, concentração do substrato lactose e concentração do extrato de
levedura, utilizado como suplemento do meio de fermentação. Os efeitos dessas variáveis e de
suas interações foram analisadas pela metodologia da superfície de resposta. As maiores
influências foram exercidas pelo pH e pela concentração do extrato de levedura. Através de
uma análise canônica da superfície de resposta ajustada, determinou-se os valores ótimos das
variáveis que levaram à máxima produção de ácido láctico: 82 g/L de lactose, 23,36 g/L de
extrato de levedura, temperatura de 40 ºC e pH 6,8. Nestas condições, a concentração do
ácido láctico atingiu 59 g/L. Um estudo cinético revelou que a fermentação do soro de queijo
pelo Lactobacillus helveticus é inibida pelo substrato e pelo produto. Foram testados modelos
para descrever o crescimento microbiano, o consumo de substrato e a formação do produto. A
equação logística representou adequadamente o crescimento do Lactobacillus helveticus. Os
maiores desvios ocorreram no início da fermentação e na fase estacionária, onde a condição
de velocidade instantânea de crescimento igual a zero não é prevista pelo modelo. As medidas
de vício de Box e de curvatura de Bates e Watts referentes a este modelo demonstraram que
existe confiabilidade estatística para os estimadores de mínimos quadrados dos parâmetros. O
ajuste do modelo de crescimento de Amrane (1999) aos resultados experimentais foi
ligeiramente melhor do que o obtido pela equação logística. Entretanto, as medidas de vício
de Box e de curvatura de Bates e Watts demonstraram que as inferências estatísticas sobre as
estimações dos parâmetros não são válidas e, portanto, a possibilidade de utilização deste
modelo foi descartada. Os modelos de consumo de substrato de Pirt e de formação de produto
de Luedeking e Piret ajustaram-se bem aos resultados experimentais.
Abstract
In this work the homolactic fermentation of cheese whey using Lactobacillus
helveticus (ATCC 15009) was studied. The experiments were carried out in a batch reactor,
with agitation, temperature and pH control during a period of 32 hours. The influences of four
variables according to a composite design on the production of lactic acid were analyzed:
temperature, pH, concentration of lactose and concentration of yeast extract, used as a
supplement for the fermentation medium. The effects of these variables and its interactions
were analyzed by the response surface methodology. The biggest influences were exerted by
pH and by the concentration of yeast extract. Through a canonic analysis of the adjusted
response surface, the optimal variables values that led to the biggest production of lactic acid
were determined: 82 g/L of lactose, 23.36 g/L of yeast extract at 40 ºC and pH 6.8. In these
conditions, the concentration of the lactic acid reached 59 g/L. Through a kinetic study, it was
proved that the homolactic fermentation of whey is inhibited by the substrate as well as by the
product. Models were tested to describe the microbial growth, the substrate consumption and
the product formation. The logistic equation represented well the growth of the Lactobacillus
helveticus. The biggest deviations occurred at the beginning of the fermentation and at the
stationary phase, where the condition of instantaneous rate of growth equal to zero is not
predicted by the model. The measures of bias from Box and of curvature from Bates and
Watts referring to this model demonstrated that there is a statistic confidence for the least
square estimators of the parameters. The adjustment of the growth model from Amrane
(1999) for the experimental data was slightly better than the one obtained from the logistic
equation. However, the measures of bias from Box and of curvature from Bates and Watts
demonstrated that the statistical inferences on the parameters estimative are not valid.
Therefore, the possibility of using this model was discarded. The models of substrate
consumption from Pirt and of formation of product from Luedeking and Piret fitted well to the
experimental data.
Palavras-chave
Soro de queijo, Ácido láctico, Otimização, Lactobacillus helveticus, Whey, Lactic acid, Lactobacillus helveticus, Optimization, Soro do leite
Citação
LEITE, Marcelo Teixeira. Otimização da produção do ácido láctico através da fermentação do soro de queijo por Lactobacillus helveticus. 2006. 179 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2006.