Avaliação experimental de diferentes modos de operação de um biorreator de leito empacotado multicamadas para produção de celulases por cultivo em estado sólido

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Rodrigues, Natalia Alvarez
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSCAR
Texto Completo: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14144
Resumo: In the last years, the interest in solid state fermentation (SSF) for the most diverse applications have been increased due to the possibility of using agro-industrial residues and the low generation of wastewater. The packed bed bioreactor (PBB) is one of the most commonly used equipment in these processes, however it presents problems in removing the metabolic heat generated. Another challenge is to carry these cultivations continuously. Thus, the main objective of the present work was to evaluate different modes of operation of a multilayer PBB applied in the production of endoglucanase by SSF. Initially, in plastic packings, the influence of temperature on the growth kinetics of the fungus Myceliophthora thermophila I-1D3b and an alternative method of inoculation through the mixture between fermented and non-fermented solids, called solid-solid inoculation, were evaluated. In experiments in the modular PBB, the effects of the flow configuration of water in the jacket and of the percolating air using the fungus Aspergillus niger C and of the modes of operation in classic batch, batch with movement and continuous, with M. thermophila as inoculum, were evaluated. At the end of all cultivations, extraction of soluble with distilled water was carried out and the endoglucanase activity was determined. The logistic equation fit well to the soluble proteins and endoglucanase activity profiles; the highest rate constants were observed at 45 °C. The solid-solid inoculation method proved to be experimentally feasible, although the yields of in terms of endoglucanase were lower compared to liquid inoculation with spore suspension. The cultivations in PBB showed that changing the fluid flow configuration, as well as the different modes of operation, did not influence on the maximum and average temperatures recorded throughout the cultivation, neither on the endoglucanase activity. In addition, in continuous operation the PBB behaved like a plug flow reactor and a steady state was achieved. It was also observed that in the continuous processes, the maximum CO2 production rate was 42% lower than in batches, indicating that in this operation mode there was a lower heat generation rate at the peak of growth. Therefore, the continuous operation mode proved to be applicable and advantageous for SSF processes in multilayer BLEs.
id SCAR_07b4436627d7e13b1c7752b216c41a4d
oai_identifier_str oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/14144
network_acronym_str SCAR
network_name_str Repositório Institucional da UFSCAR
repository_id_str 4322
spelling Rodrigues, Natalia AlvarezCasciatori, Fernanda Perpétuahttp://lattes.cnpq.br/1269950652196294Farinas, Cristiane Sanchezhttp://lattes.cnpq.br/9933650905615452http://lattes.cnpq.br/89284366324379538c55ed0c-c79e-4727-a74e-e9bf66074ac72021-04-19T22:03:18Z2021-04-19T22:03:18Z2021-02-26RODRIGUES, Natalia Alvarez. Avaliação experimental de diferentes modos de operação de um biorreator de leito empacotado multicamadas para produção de celulases por cultivo em estado sólido. 2021. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2021. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14144.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14144In the last years, the interest in solid state fermentation (SSF) for the most diverse applications have been increased due to the possibility of using agro-industrial residues and the low generation of wastewater. The packed bed bioreactor (PBB) is one of the most commonly used equipment in these processes, however it presents problems in removing the metabolic heat generated. Another challenge is to carry these cultivations continuously. Thus, the main objective of the present work was to evaluate different modes of operation of a multilayer PBB applied in the production of endoglucanase by SSF. Initially, in plastic packings, the influence of temperature on the growth kinetics of the fungus Myceliophthora thermophila I-1D3b and an alternative method of inoculation through the mixture between fermented and non-fermented solids, called solid-solid inoculation, were evaluated. In experiments in the modular PBB, the effects of the flow configuration of water in the jacket and of the percolating air using the fungus Aspergillus niger C and of the modes of operation in classic batch, batch with movement and continuous, with M. thermophila as inoculum, were evaluated. At the end of all cultivations, extraction of soluble with distilled water was carried out and the endoglucanase activity was determined. The logistic equation fit well to the soluble proteins and endoglucanase activity profiles; the highest rate constants were observed at 45 °C. The solid-solid inoculation method proved to be experimentally feasible, although the yields of in terms of endoglucanase were lower compared to liquid inoculation with spore suspension. The cultivations in PBB showed that changing the fluid flow configuration, as well as the different modes of operation, did not influence on the maximum and average temperatures recorded throughout the cultivation, neither on the endoglucanase activity. In addition, in continuous operation the PBB behaved like a plug flow reactor and a steady state was achieved. It was also observed that in the continuous processes, the maximum CO2 production rate was 42% lower than in batches, indicating that in this operation mode there was a lower heat generation rate at the peak of growth. Therefore, the continuous operation mode proved to be applicable and advantageous for SSF processes in multilayer BLEs.Nos últimos anos, o interesse pela fermentação em estado sólido (FES) para as mais diversas aplicações tem aumentado devido à possibilidade de empregar resíduos agroindustriais e pela baixa geração de efluentes. O biorreator de leito empacotado (BLE) é um dos equipamentos mais comumente empregados nesses processos, contudo apresenta problemas na remoção do calor metabólico gerado. Outro desafio é conduzir esses cultivos de forma contínua. Dessa forma, o objetivo principal do presente trabalho foi avaliar diferentes modos de operação de um BLE multicamadas aplicado na produção de endoglucanase por FES. Inicialmente, em embalagens plásticas, foram avaliados a influência da temperatura sobre a cinética de crescimento do fungo Myceliophthora thermophila I-1D3b e um método alternativo de inoculação através da mistura entre sólidos fermentados e não fermentados, denominado como inoculação sólido-sólido. Nos ensaios em BLE, foram estudados os efeitos da configuração de escoamento de água na camisa e de ar percolante utilizando o fungo Aspergillus niger C e dos modos de operação batelada clássica, batelada com movimentação e contínuo, tendo M. thermophila como inóculo. Ao final dos cultivos, foi realizada a extração de proteínas solúveis com água destilada e foi determinada a atividade de endoglucanase. A equação logística ajustou-se bem aos perfis de proteínas solúveis e atividade de endoclucanase; as maiores constantes de taxa foram observadas a 45 °C. O método de inoculação sólido-sólido mostrou-se viável experimentalmente, embora os rendimentos em termos de atividade de endoglucanase tenham sido menores em comparação à inoculação líquida com suspensão de esporos. Os cultivos em BLE mostraram que a mudança da configuração de escoamento de fluidos, bem como os diferentes modos de operação não tiveram influência sobre as temperaturas máximas e médias registradas ao longo do cultivo, e tampouco sobre a atividade de endoglucanase. Além disso, na operação contínua o BLE se comportou como um reator de fluxo pistonado e um estado estacionário foi atingido. Também foi observado que no processo contínuo a taxa de produção máxima de CO2 foi 42% menor do que nas bateladas, indicando que nesse modo de operação houve menor taxa de geração de calor no pico de crescimento. Portanto, o modo de operação contínuo provou-se aplicável e vantajoso para os processos de FES em BLEs multicamadas.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)FAPESP: 2018/16689-1porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessBioprocessosFungos filamentososCultivo em estado sólidoLeitos empacotadosModo de operaçãoBiorreatoresBioprocessesFilamentous fungiSolid state cultivationPackeds bedsOperation modeBioreactorsENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICAENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICAAvaliação experimental de diferentes modos de operação de um biorreator de leito empacotado multicamadas para produção de celulases por cultivo em estado sólidoExperimental evaluation of different modes of operation of a multilayer packed bed biorreactor for production of cellulases by solid state cultivationinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis60060084d47a5b-ed41-4c4c-869d-7a2604d94854reponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALDissertação de Mestrado Natalia Alvarez Rodrigues pdf.pdfDissertação de Mestrado Natalia Alvarez Rodrigues pdf.pdfDissertação de Mestradoapplication/pdf9059772https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14144/1/Disserta%c3%a7%c3%a3o%20de%20Mestrado%20Natalia%20Alvarez%20Rodrigues%20pdf.pdf07b880db5cebd05699a42d84af6f68b4MD51Carta Comprovante _ Dissertação_Natalia Alvarez Rodrigues.pdfCarta Comprovante _ Dissertação_Natalia Alvarez Rodrigues.pdfCarta comprovanteapplication/pdf93723https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14144/2/Carta%20Comprovante%20_%20Disserta%c3%a7%c3%a3o_Natalia%20Alvarez%20Rodrigues.pdf06fdaebc5ab78a7666677aae3dc2e7b2MD52CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14144/3/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD53TEXTDissertação de Mestrado Natalia Alvarez Rodrigues pdf.pdf.txtDissertação de Mestrado Natalia Alvarez Rodrigues pdf.pdf.txtExtracted texttext/plain215331https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14144/4/Disserta%c3%a7%c3%a3o%20de%20Mestrado%20Natalia%20Alvarez%20Rodrigues%20pdf.pdf.txtf3925514d2c03e4c87641a61851478eeMD54Carta Comprovante _ Dissertação_Natalia Alvarez Rodrigues.pdf.txtCarta Comprovante _ Dissertação_Natalia Alvarez Rodrigues.pdf.txtExtracted texttext/plain1292https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14144/6/Carta%20Comprovante%20_%20Disserta%c3%a7%c3%a3o_Natalia%20Alvarez%20Rodrigues.pdf.txt64cf0e7ba80262e9c6aa1576cd133397MD56THUMBNAILDissertação de Mestrado Natalia Alvarez Rodrigues pdf.pdf.jpgDissertação de Mestrado Natalia Alvarez Rodrigues pdf.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6365https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14144/5/Disserta%c3%a7%c3%a3o%20de%20Mestrado%20Natalia%20Alvarez%20Rodrigues%20pdf.pdf.jpged31fc229ccb57ada0e05268422e0f2bMD55Carta Comprovante _ Dissertação_Natalia Alvarez Rodrigues.pdf.jpgCarta Comprovante _ Dissertação_Natalia Alvarez Rodrigues.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg12925https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14144/7/Carta%20Comprovante%20_%20Disserta%c3%a7%c3%a3o_Natalia%20Alvarez%20Rodrigues.pdf.jpg692a1ff91ec898cad85f6d745891e20dMD57ufscar/141442023-09-18 18:32:09.501oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/14144Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:32:09Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
dc.title.por.fl_str_mv Avaliação experimental de diferentes modos de operação de um biorreator de leito empacotado multicamadas para produção de celulases por cultivo em estado sólido
dc.title.alternative.eng.fl_str_mv Experimental evaluation of different modes of operation of a multilayer packed bed biorreactor for production of cellulases by solid state cultivation
title Avaliação experimental de diferentes modos de operação de um biorreator de leito empacotado multicamadas para produção de celulases por cultivo em estado sólido
spellingShingle Avaliação experimental de diferentes modos de operação de um biorreator de leito empacotado multicamadas para produção de celulases por cultivo em estado sólido
Rodrigues, Natalia Alvarez
Bioprocessos
Fungos filamentosos
Cultivo em estado sólido
Leitos empacotados
Modo de operação
Biorreatores
Bioprocesses
Filamentous fungi
Solid state cultivation
Packeds beds
Operation mode
Bioreactors
ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICA
ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
title_short Avaliação experimental de diferentes modos de operação de um biorreator de leito empacotado multicamadas para produção de celulases por cultivo em estado sólido
title_full Avaliação experimental de diferentes modos de operação de um biorreator de leito empacotado multicamadas para produção de celulases por cultivo em estado sólido
title_fullStr Avaliação experimental de diferentes modos de operação de um biorreator de leito empacotado multicamadas para produção de celulases por cultivo em estado sólido
title_full_unstemmed Avaliação experimental de diferentes modos de operação de um biorreator de leito empacotado multicamadas para produção de celulases por cultivo em estado sólido
title_sort Avaliação experimental de diferentes modos de operação de um biorreator de leito empacotado multicamadas para produção de celulases por cultivo em estado sólido
author Rodrigues, Natalia Alvarez
author_facet Rodrigues, Natalia Alvarez
author_role author
dc.contributor.authorlattes.por.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/8928436632437953
dc.contributor.author.fl_str_mv Rodrigues, Natalia Alvarez
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Casciatori, Fernanda Perpétua
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/1269950652196294
dc.contributor.advisor-co1.fl_str_mv Farinas, Cristiane Sanchez
dc.contributor.advisor-co1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/9933650905615452
dc.contributor.authorID.fl_str_mv 8c55ed0c-c79e-4727-a74e-e9bf66074ac7
contributor_str_mv Casciatori, Fernanda Perpétua
Farinas, Cristiane Sanchez
dc.subject.por.fl_str_mv Bioprocessos
Fungos filamentosos
Cultivo em estado sólido
Leitos empacotados
Modo de operação
Biorreatores
topic Bioprocessos
Fungos filamentosos
Cultivo em estado sólido
Leitos empacotados
Modo de operação
Biorreatores
Bioprocesses
Filamentous fungi
Solid state cultivation
Packeds beds
Operation mode
Bioreactors
ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICA
ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
dc.subject.eng.fl_str_mv Bioprocesses
Filamentous fungi
Solid state cultivation
Packeds beds
Operation mode
Bioreactors
dc.subject.cnpq.fl_str_mv ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICA
ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
description In the last years, the interest in solid state fermentation (SSF) for the most diverse applications have been increased due to the possibility of using agro-industrial residues and the low generation of wastewater. The packed bed bioreactor (PBB) is one of the most commonly used equipment in these processes, however it presents problems in removing the metabolic heat generated. Another challenge is to carry these cultivations continuously. Thus, the main objective of the present work was to evaluate different modes of operation of a multilayer PBB applied in the production of endoglucanase by SSF. Initially, in plastic packings, the influence of temperature on the growth kinetics of the fungus Myceliophthora thermophila I-1D3b and an alternative method of inoculation through the mixture between fermented and non-fermented solids, called solid-solid inoculation, were evaluated. In experiments in the modular PBB, the effects of the flow configuration of water in the jacket and of the percolating air using the fungus Aspergillus niger C and of the modes of operation in classic batch, batch with movement and continuous, with M. thermophila as inoculum, were evaluated. At the end of all cultivations, extraction of soluble with distilled water was carried out and the endoglucanase activity was determined. The logistic equation fit well to the soluble proteins and endoglucanase activity profiles; the highest rate constants were observed at 45 °C. The solid-solid inoculation method proved to be experimentally feasible, although the yields of in terms of endoglucanase were lower compared to liquid inoculation with spore suspension. The cultivations in PBB showed that changing the fluid flow configuration, as well as the different modes of operation, did not influence on the maximum and average temperatures recorded throughout the cultivation, neither on the endoglucanase activity. In addition, in continuous operation the PBB behaved like a plug flow reactor and a steady state was achieved. It was also observed that in the continuous processes, the maximum CO2 production rate was 42% lower than in batches, indicating that in this operation mode there was a lower heat generation rate at the peak of growth. Therefore, the continuous operation mode proved to be applicable and advantageous for SSF processes in multilayer BLEs.
publishDate 2021
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2021-04-19T22:03:18Z
dc.date.available.fl_str_mv 2021-04-19T22:03:18Z
dc.date.issued.fl_str_mv 2021-02-26
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.citation.fl_str_mv RODRIGUES, Natalia Alvarez. Avaliação experimental de diferentes modos de operação de um biorreator de leito empacotado multicamadas para produção de celulases por cultivo em estado sólido. 2021. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2021. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14144.
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14144
identifier_str_mv RODRIGUES, Natalia Alvarez. Avaliação experimental de diferentes modos de operação de um biorreator de leito empacotado multicamadas para produção de celulases por cultivo em estado sólido. 2021. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2021. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14144.
url https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14144
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.relation.confidence.fl_str_mv 600
600
dc.relation.authority.fl_str_mv 84d47a5b-ed41-4c4c-869d-7a2604d94854
dc.rights.driver.fl_str_mv Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
eu_rights_str_mv openAccess
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
dc.publisher.program.fl_str_mv Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQ
dc.publisher.initials.fl_str_mv UFSCar
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFSCAR
instname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)
instacron:UFSCAR
instname_str Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)
instacron_str UFSCAR
institution UFSCAR
reponame_str Repositório Institucional da UFSCAR
collection Repositório Institucional da UFSCAR
bitstream.url.fl_str_mv https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14144/1/Disserta%c3%a7%c3%a3o%20de%20Mestrado%20Natalia%20Alvarez%20Rodrigues%20pdf.pdf
https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14144/2/Carta%20Comprovante%20_%20Disserta%c3%a7%c3%a3o_Natalia%20Alvarez%20Rodrigues.pdf
https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14144/3/license_rdf
https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14144/4/Disserta%c3%a7%c3%a3o%20de%20Mestrado%20Natalia%20Alvarez%20Rodrigues%20pdf.pdf.txt
https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14144/6/Carta%20Comprovante%20_%20Disserta%c3%a7%c3%a3o_Natalia%20Alvarez%20Rodrigues.pdf.txt
https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14144/5/Disserta%c3%a7%c3%a3o%20de%20Mestrado%20Natalia%20Alvarez%20Rodrigues%20pdf.pdf.jpg
https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14144/7/Carta%20Comprovante%20_%20Disserta%c3%a7%c3%a3o_Natalia%20Alvarez%20Rodrigues.pdf.jpg
bitstream.checksum.fl_str_mv 07b880db5cebd05699a42d84af6f68b4
06fdaebc5ab78a7666677aae3dc2e7b2
e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34
f3925514d2c03e4c87641a61851478ee
64cf0e7ba80262e9c6aa1576cd133397
ed31fc229ccb57ada0e05268422e0f2b
692a1ff91ec898cad85f6d745891e20d
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
MD5
MD5
MD5
MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1802136388970217472