Orientadores: Telma Teixeira Franco, Saartje Hermalsteens

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica

Resumo: Neste trabalho foram desenvolvidos estudos visando o estabelecimento de um processo de produção de lipídeos microbianos a partir de fontes renováveis, particularmente xilose, carboidrato derivado do processo de hidrólise de bagaço de cana-de-açucar e que em breve deverá estar disponível para...

Resumo: Neste trabalho foram desenvolvidos estudos visando o estabelecimento de um processo de produção de lipídeos microbianos a partir de fontes renováveis, particularmente xilose, carboidrato derivado do processo de hidrólise de bagaço de cana-de-açucar e que em breve deverá estar disponível para fermentação. Inicialmente foi verificada a influência da fonte de nitrogênio e a relação inicial carbono-nitrogênio sobre o processo de acúmulo delipídeos utilizando duas linhagens características. A utilização de sulfato de amônio juntocom extrato de levedura em uma relação C/N de 50 g/g foi adequada para o processo de produção de lipídeos. A seguir, 25 leveduras oleaginosas foram testadas quanto a sua capacidade de assimilação de xilose e produção de lipídeos. A produtividade de produção de lipídeos e elevado rendimento energético da levedura Lipomyces starkeyi DSM 70296 permitiram sua escolha para as etapas posteriores. Estudos de inibição por substrato foram desenvolvidos e diferentes modelos matemáticos foram ajustados aos dados experimentais. O modelo de Mulchandani representou adequadamente a cinética de inibição. Um modelo do cultivo em batelada simples foi desenvolvido baseado nos dados cinéticos obtidos, o qual foi validado para cultivo com limitação de nitrogênio em biorreator de dois litros. A análise de composição dos lipídeos obtidos mostrou semelhança à de fontes vegetais. Finalmente, dois modos de operação em batelada alimentada foram testados, o modo de alimentação simples aumentou significativamente a produtividade do processo quando comparado ao processo em batelada simples convencional. A alimentação usando pH-amônio/auxostat seguida de alimentação de carbono dobrou a concentração celular final obtida nos modos anteriores, mantendo níveis de acúmulo aceitáveis. Assim, um processo de produção de lipídeos a partir de pentoses foi viabilizado, adicionalmente o lipídeo produzido atende as especificações necessárias do valor cetano para a produção de biodiesel.

Abstract: Studies attempting the establishment of a microbial lipid production process from
renewable resources, mainly xylose, were developed. This pentose, obtained from sugar cane
bagasse hydrolysis, is expected to be available in large quantities and is going to be used as a
substrate in...

Abstract: Studies attempting the establishment of a microbial lipid production process from
renewable resources, mainly xylose, were developed. This pentose, obtained from sugar cane
bagasse hydrolysis, is expected to be available in large quantities and is going to be used as a
substrate in fermentation processes in the near future. Initially, the effects of nitrogen source
and initial carbon to nitrogen ratio over the lipid accumulation process were tested using two
typical oleaginous strains. The joint use of ammonium sulphate plus yeast extract at an initial
C/N ratio of 50 g/g were determined as adequate conditions for induction of lipid production with these yeasts. Subsequently in this work, 25 oleaginous yeasts were tested in order to evaluate the ability to consume xylose and lipid production. As a result of this stage,
Lipomyces starkeyi DSM 70296 was selected regarding its highest productivity and energetic yield over all the set of yeasts evaluated. Thus, this strain was used in the development of the
later studies. Substrate inhibition studies were developed and several mathematical models were adjusted to the experimental data. The Mulchandani model fitted well the substrate inhibition kinetics. Based on the kinetics obtained in shake flask fermentation, a batch model that represents the behavior of the principal variables in the time was developed. The model proposed was validated successfully using a set of data from two liters bioreactor cultivation. The composition of the obtained lipids was very similar of those from vegetal sources. Finally, two fed-batch operation modes were tested intending to get higher lipid productivities. In this direction, simple carbon fed-batch operation showed better productivities than those obtained from simple batch. Nitrogen fed using the pHamonium/auxostat mode followed by carbon fed duplicated the final cellular concentration obtained in the other modes tested, maintaining an adequate lipid content. Therefore, a process for lipid production was developed, additionally; the lipids obtained attend the cetane value specifications required for biodiesel production.