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Pesquisa desenvolve biorreator rotativo para produção de enzimas



16/04/2014

Fonte: Nayara Dalossi/Unesp

Lina Maria Grajales Agudelo, aluna do programa de pós-graduação em engenharia de alimentos, defendeu, na Unesp de São José de Rio Preto, a pesquisa "Desenvolvimento de um biorreator rotativo para produção de enzimas celulolíticas por fermentação em estado sólido".

RESUMO

O objetivo geral deste trabalho foi desenvolver um biorreator de tambor rotativo para produzir enzimas celulolíticas por tecnologia de fermentação em estado sólido, utilizando o fungo termofílico Myceliophthora thermophila I1D3b e empregando bagaço de cana-de-açúcar e farelo de trigo como substratos.

O desenvolvimento do projeto foi realizado em cinco etapas. A primeira consistiu em visualizar a movimentação e mistura, radial e axial, de fibras de bagaço de cana-de-açúcar misturadas com farelo de trigo, na proporção de 70 e 30% (peso), respectivamente, com a finalidade de avaliar as melhores condições de mistura fornecidas pelos componentes internos do reator.

A avaliação foi realizada em dois equipamentos distintos: um tambor rotativo de parede móvel de acrílico, de 30cm de diâmetro e 60cm de comprimento, com defletores longitudinais retos e um tambor de aço com agitação interna através de pás e dimensões similares ao anterior.

No primeiro equipamento havia a possibilidade de trabalhar-se com ou sem um tubo interno, o qual estava imerso nas partículas, cuja função era simular a inserção de ar no biorreator a ser empregado no processo fermentativo. As variáveis adotadas nos ensaios foram frequência de rotação do tambor e grau de enchimento, e a resposta foi o número de rotações necessárias à homogeneidade radial e à dispersão axial.

Os resultados mostraram que a mistura radial das partículas de bagaço de cana e farelo de trigo depende diretamente da quantidade de material carregado dentro do tambor e é independente da frequência de rotação. A homogeneidade foi obtida mais rapidamente no tambor com agitação interna através de pás, porém, foi observada aglomeração do material na parte frontal do equipamento.

A análise da movimentação de partículas mostrou que, independentemente da velocidade de rotação, os experimentos realizados em presença do tubo simulador de aeração evidenciaram pontos de baixa movimentação em torno do tubo imerso.
O regime de movimentação detectado não se encontra dentro dos regimes estabelecidos na literatura. A dispersão axial no tambor com agitação interna através de pás foi maior do que a do tambor rotativo com defletores, porém no fundo do equipamento foi observada heterogeneidade entre as partículas, enquanto que no tambor rotativo foi observada mistura homogênea em todo o comprimento do tambor.

A segunda etapa objetivou avaliar a capacidade de retenção de água pelas partículas sólidas, de modo a determinar, dentre as condições operacionais vazão de líquido, volume de líquido, intermitência de aspersão e número de aspersores, a que proporcionasse umidades homogêneas ao final dos ensaios.

A maior homogeneidade na umidade das partículas foi obtida para a maior vazão de aspersão, 2500mL/min, sendo que as demais variáveis não afetaram significativamente a umidade final.

A terceira etapa consistiu em determinar se a atividade das endoglucanases produzidas pelo fungo Myceliophtora thermophila 1ID3b, cultivado na mistura bagaço-farelo, é afetada pela agitação mecânica do meio de cultivo, realizando-se a fermentação em um protótipo de biorreator de parede rotativa de 10 cm de diâmetro por 20 cm de comprimento, constatando-se que o fungo foi tolerante à rotação do tambor.

Na quarta etapa, o biorreator de aço-inoxidável de parede rotativa de 30 cm de diâmetro e 60 cm de comprimento foi analisado termicamente frente a variações da aspersão de água e da rotação do tambor, tendo a variação temporal e espacial de temperatura como variável de resposta.

Estes ensaios mostraram que a ação sinérgica da aspersão de água e a rotação do tambor contribuem para a homogeneidade térmica, uma vez que ensaios realizados com o tambor estacionário e sem aspersão de água apresentaram gradientes radiais de temperatura expressivos, que foram praticamente eliminados em experimentos com rotação do tambor.

As quatro etapas supra mencionadas forneceram as condições de operação necessárias à realização das fermentações no biorreator rotativo de bancada, que foi capaz de reunir várias etapas do processo fermentativo no mesmo equipamento.

Na quinta etapa, foram produzidas enzimas celulolíticas e suas atividades foram superiores às obtidas em sacos plásticos, podendo-se concluir que o equipamento desenvolvido e as condições operacionais estabelecidas são adequados à produção destas enzimas e potencialmente aplicáveis a equipamentos de maior porte.

Comissão Examinadora
Prof.(a). Dr.(a). João C. Thoméo (Unesp/SJRP) (orientador)
Prof.(a). Dr.(a). José Teixeira Freire (Univ. Fed. de São Carlos)
Prof.(a). Dr.(a). Marcos A. de S. Barrozo (Univ. de Uberlândia)
Prof.(a). Dr.(a). Beatriz V. Kilikian (Univ. de São Paulo)
Prof.(a). Dr.(a). Roberto da Silva (Unesp/SJRP)

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