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Produção de biocelulose utilizando resíduos agroindustriais: influência das condições de processo

Petroleo e Energia
15 de outubro de 2019
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    A vinhaça é um resíduo da indústria de produção de etanol que também pode ser utilizada como substrato em processos microbiológicos. Sua riqueza nutricional está ligada à origem do mosto (Rossetto, 1987). A sua demanda química de oxigênio (DQO) pode variar de 80-130 g/L dependendo da matéria-prima e do processo produtivo do etanol, sendo gerada na proporção de 12 a 15 litros para cada litro de etanol produzido (Rossetto, 1987).

    Nesse contexto, este trabalho teve como objetivo utilizar subprodutos/resíduos agroindustriais (soro de leite, melaço e vinhaça) como substratos alternativos visando diminuir os custos de produção de biocelulose. Além disso, verificar a influência da estratégia de alimentação, batelada e batelada alimentada, na produção de biocelulose, por Gluconacetobacter hansenii (ATCC 23769).

    2 Material e Métodos

    2.1 Equipamentos

    A produção de biocelulose foi realizada em: (i) erlenmeyers; (ii) biorreator BIOFLO 2000 da “New Brunswick Scientific” com capacidade de 10 L, diâmetro de 20 cm e área superficial de 314 cm², e (iii) biorreator BIOLAFITE da “New Brunswick Scientific” com capacidade de 1,85 L, diâmetro de 12 cm e área superficial de 113 cm².

    2.2 Inóculo

    O inóculo era composto de cultura pura de Gluconacetobacter hansenii (ATCC 23769), adquirida da Coleção de Culturas Tropical (CCT) da Fundação André Tosello de Pesquisa e Tecnologia – SP, e foi preservada em geladeira (4 °C), em tubos de ensaio contendo meio cultura sólido Manitol inclinado.

    2.3 Meios de Cultivo

    O meio Manitol, utilizado para a preservação do G. hansenii, era composto de: D-manitol: 25,0 g/L; bacto-peptona: 3,0 g/L; extrato de levedura: 5,0 g/L; ágar: 15,0 g/L.

    O meio Hestrin e Schramm (HS) (Hestrin e Schramm, 1954), utilizado no preparo do inóculo e também como meio-padrão para a produção da biocelulose, era composto de glicose: 20,0 g/L; bacto-peptona: 5,0 g/L; extrato de levedura: 5,0 g/L; ácido cítrico: 1,15,0 g/L e Na2HPO4: 2,7 g/L.

    Os meios melaço (M), soro de leite (S), vinhaça e soro de leite (V/S) tinham a mesma composição do meio HS, alterando-se somente a fonte de carbono glicose por, respectivamente, melaço, soro de leite, e vinhaça (75 %) e soro de leite (25 %).

    Ressalta-se que foi utilizado soro de leite industrial desidratado (ELEGÊ BRASIL FOODS S.A, 2018) com teor de umidade de 2 % com a seguinte composição: proteínas (11%); glicídios (76%); lipídeos (1%) e outros (12%), cuja dissolução foi feita com água de torneira. O melaço e a vinhaça foram provenientes de uma usina de açúcar e álcool, cuja diluição foi feita com água de torneira.

    Os meios de cultivo, após seu preparo, foram autoclavados (autoclave modelo Fabre Primar Industrial LTDA-103) por 15 minutos a 121°C e 1 kgf/cm².

    2.4 Análises Físico-Químicas

    A determinação da concentração de matéria orgânica foi realizada através da demanda química de oxigênio (DQO), de acordo com o Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (1995). Na determinação da concentração de carboidratos foi utilizado o método do fenol e ácido sulfúrico (Dubois et al., 1956).

    2.5 Procedimento Experimental

    Preparo do Inóculo e Inoculação

    O inóculo foi preparado com G.hansenii (ATCC 23769) propagado em meio ágar manitol sólido inclinado. Com o auxílio de uma alça de platina, retiraram-se três alçadas de microrganismo, o qual foi transferido para 50 mL de meio HS contido em erlenmeyer de 250 mL, sendo cultivado por 24h a 30ºC e 150 rpm.

    Os meios de cultivo contido nos erlenmeyers e nos biorreatores foram inoculados, de forma asséptica, respectivamente com 10,0 mL e 200 mL da suspensão de G. hansenii pré-cultivado por 24h a 30ºC e 150 rpm.

    Produção de celulose bacteriana

    Na Tabela 1 são apresentadas as condições de cultivo estático da celulose bacteriana realizada em batelada (B) e em alimentada (BA) nos meios de cultivo, S, M e V/S, na qual se têm, também, as concentrações iniciais de substrato (CS0), o volume de meio (Vmeio), o volume de reator (Vreator) e tempo total de cultivo (t). O cultivo foi realizado de modo estático, em temperatura ambiente descrito a seguir:

    (i) em batelada (B) (Condições S/B/50; M/B/50 e VS/B/50) e em batelada alimentada (BA) (Condições S/BA/50; M/BA/50 e VS/BA/50) em erlenmeyers de 250 mL (Vreator), com diâmetro de 8 cm e área superficial de 50,27 cm², contendo 50 mL (Vmeio). Para as condições em batelada alimentada, o volume alimentado (VA) foi de 3,0 mL e o período entre as alimentações (PEA) foi de três dias;

    (ii) em batelada alimentada (BA) em biorreator BIOFLO 2000 de 10 L contendo 750 mL (Vmeio). O volume alimentado (VA) foi de 8,75 mL; o período entre as alimentações (PEA), de 4,75 dias e a vazão de alimentação, de 2,0 mL/min (Condição S/BA/750);

    (iii) em batelada alimentada (BA) em biorreator BIOLAFITE de 1,85 L contendo 560 mL (Vmeio). O volume alimentado (VA) foi de 7,62 mL; o período entre as alimentações (PEA) foi de 4,0 dias e a vazão de alimentação, de 3,65 mL/min (Condição S/BA/640).

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