Publicação: Fermentação alcoólica empregando leveduras floculantes em sistema de reatores torre
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
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Coorientador
Cardoso, Vicelma Luiz
Resumo
A produção de bioetanol é uma alternativa interessante para a substituição dos combustíveis à
base de petróleo. Com intuito de diminuir os custos desta produção, estudos são
impulsionados na direção de encontrar leveduras e processos alternativos que alcancem altos
rendimentos e produtividades para a fermentação alcoólica. O uso de leveduras floculantes se
mostra interessante por facilitar a separação e, consequentemente, a reutilização de células
pelo processo de decantação. No presente trabalho, estudou-se o uso de
Saccharomycescerevisiae de características floculantes em processo contínuo com dois
reatores torre em série com decantadores intermediários e recirculação celular. Os testes
utilizaram meio sintético e as análises de etanol e açúcares foram feitas por cromatografia
líquida. Foram analisadas seis cepasfloculantes pelo estudo da capacidade fermentativa, que
resultou na escolha da cepa C2/00 Saccharomycescerevisiae, doada pelo CPQBA. Após a
escolha da cepa foram analisadas a influência da temperatura, pH e agitação na floculação e
no rendimento da fermentação alcóolica, sendo verificado que os melhores resultados foram
obtidos a 32°C, pH 4,5 a 5,0 e 150 rpm de agitação. A velocidade de sedimentação da
levedura floculante foi influenciada pelo pH, obtendo a maior velocidade de sedimentação
específica, 0,240 min-1 a pH 5,0 e para valores de pH em torno de 4,0 foi obtido 0,178 min-1.
Estes valores de velocidade de decantação permitem uma boa separação dos flocos do meio
sobrenadante nos decantadores durante o processo fermentativo, facilitando a recirculação de
células.Verificou-se a eficiência do uso de antibióticos naturais e comerciais no controle da
contaminação microbiana da fermentação e obteve-se resultados satisfatórios com o emprego
de Kamoran a 6ppm, Beta Bio a 35 ppm e 50 ppm de ácido nalidíxico e ampicilina. Estudouse
várias condições de processo para se chegar ao sistema de dois fermentadores tipo torre
ligados em série com decantadores intermediários, que promoveram a recirculação de células
garantindo o funcionamento no processo contínuo e obtendo altos valores de rendimento e
produtividade. Foi realizado um Planejamento Composto Central com intuito de analisar a
influência simultânea da concentração de sacarose na alimentação (S0), vazão de reciclo para
o primeiro reator (V) e tempo de residência total (TR), sendo que os melhores resultados
foram obtidos no ponto central (S0 = 225 g/L; V = 5 mL/s e TR = 6h), os quais foram:
rendimento de 92,4%, produtividade de 17,37 g/L.h e 16,03 g/L de açúcar residual. Após os
estudos utilizando meio sintético, realizou-se experimentos com meios industriais (caldo-decana),
para verificar o funcionamento e eficiência do sistema de reatores em estudo e obtevese
um rendimento de 93.8%, resultado este promissor quando comparado aos valores obtidos
industrialmente.
Abstract
Bioethanol production is an interesting alternative for the replacement of petroleum-based
fuels. In order to reduce the production costs, studies have been driven toward finding
alternative strains and processes that achieve high yields and productivities for alcoholic
fermentation. The use of flocculant yeast is interesting because it shows facilitate separation
and thus reusing cells by decantation process. In the present work the use of a
flocculantSaccharomyces cerevisiae strain in continuous process was studied employing two
tower reactors in series. In the experiments synthetic mediumwas used and the ethanol and
sugar analyzes were done by liquid chromatography. Six flocculant yeast strains were
evaluated for their fermentative capacity, which resulted in the choice of the strain C2/00,
donated by CPQBA. After choosing the strain, the influence of temperature, pH and agitation
rate on flocculation and fermentation yield were analyzed, and the best results were obtained
at 32°C, pH 4.5 to 5.0 and 150 rpm.The sedimentation velocity of flocculant yeast was
influenced by pH, obtaining the highest sedimentation specific velocity, 0.240 min-1 at pH 5.0
and at pH 4.0 was obtained 0.178 min-1. These velocities values alloweda good separation of
flakes in the supernatant medium during the fermentation process, facilitating the cells
recirculation. It was studied the effectiveness of using natural and commercial antibiotics to
control contamination of fermentation and obtained satisfactory results with the use of the
Kamoran 6ppm , Beta Bio 35 ppm and 50 ppm for nalidixic acid and ampicillin. It was
analyzed several process conditions until reaching the configuration of two tower reactors
connected in series with decanters for effluents of both reactors and cell recirculation to the
respective reactor. This system was operated satisfactorily and the recirculation of cells
ensured a better mixture in the reactor, reaching high yields and high productivities. A Central
Composite Design (CCD) was applied to study the simultaneous influence of sucrose
concentration in the system feed (S0), recycle flow rate for reactor first(V) and total residence
time (TR). The best results were obtained at the central point (S0 = 225 g/L, V = 5 mL/s and
TR = 6 h), which were yield 92.4%, productivity of 17.37 g/L.h and 16.03 g/L residual sugar.
After studies using synthetic medium, experiments wererealizedwith sugar cane juice as sugar
sourcein the reactor system under study and it was obtained a yield of 93.8%.
Palavras-chave
Bioetanol, Fermentação alcoólica, Saccharomyces cerevisiae floculante, Reatores torre em série, Bioethanol fermentation, Flocculant Saccharomyces cerevisiae, Tower reactors in series, Saccharomyces cerevisiae, Bioetanol, Biorreatores
Citação
SANTOS, Líbia Diniz. Fermentação alcoólica empregando leveduras floculantes em sistema de reatores torre. 2014. 148 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2014. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.te.2014.17