Modelagem e simulação da produção de hidromel em biorreator em batelada utilizando a levedura Saccharomyces Cerevisiae.
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2022 |
Tipo de documento: | Trabalho de conclusão de curso |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCG |
Texto Completo: | https://dx.doi.org/10.52446/cursoengbiotecnologiaCDSA.2022.tccmon.lima http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/24541 |
Resumo: | O hidromel é uma bebida alcoólica obtida a partir da fermentação, usando mel como substrato. Nesses processos é de grande importância o conhecimento da cinética, para o entendimento das taxas de crescimento celular, consumo do substrato e geração de produto. Os parâmetros cinéticos associados à modelagem e ao planejamento experimental permitem realizar simulações e determinar as melhores condições de operação. Diante disso, o presente trabalho teve por objetivo obter um modelo matemático que pudesse representar o comportamento cinético na produção do hidromel, em batelada e aplicando a levedura Saccharomyces cerevisiae. Objetivou-se também realizar a simulação para diferentes concentrações iniciais de células e de substrato, visando o alcance de condições ótimas. Foi aplicado um modelo matemático, não estruturado e não segregado, partindo de um balanço de massa para cada espécie presente no biorreator, sendo gerado um conjunto de equações diferenciais que foi resolvido utilizando o software Polymath®. Após ajuste do modelo aos dados estudados, foi realizada a simulação utilizando o planejamento composto central para definir as condições iniciais de operação. Dentre os modelos testados para crescimento celular, o de Levenspiel apresentou melhor ajuste em relação às concentrações de substrato e de produto, sendo os parâmetros cinéticos utilizados os rendimentos de células por substrato, YC/S = 0,0087 g/g, e de produto por substrato, YP/S = 0,44 g/g, a máxima velocidade específica de crescimento, μmáx = 0,00153 h-1, e a constante de Monod, Ks = 165 g.L-1. Após a simulação, verificou-se que a maior conversão de substrato, 95,78%, e o maior rendimento em produto, 74,46%, foram alcançados ao iniciar o processo com 2,4 g.L-1 de células e 90 g.L-1 de substrato. Com isso, conclui-se que o modelo aplicado, possibilitou avaliar as concentrações de substrato e de produto, tornando possível definir quais condições iniciais podem produzir melhores resultados na geração de produto e no consumo de substrato, evitando o desperdício de matéria-prima e maior rendimento, dentro das especificações contidas na norma vigente sobre bebidas. |
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Modelagem e simulação da produção de hidromel em biorreator em batelada utilizando a levedura Saccharomyces Cerevisiae.Modeling and simulation of mead production in a batch bioreactor using the yeast Saccharomyces Cerevisiae.Processos fermentativosModelagem e simulaçãoHidromelReator em bateladaLevedura Saccharomyces CerevisiaeEstequeotomia da reaçãoCinéticaFermentation processesModeling and simulationMeadBatch reactorSaccharomyces Cerevisiae yeastStecheotomy of the reactionKineticsEngenharia de Biotecnologia e BioprocessosO hidromel é uma bebida alcoólica obtida a partir da fermentação, usando mel como substrato. Nesses processos é de grande importância o conhecimento da cinética, para o entendimento das taxas de crescimento celular, consumo do substrato e geração de produto. Os parâmetros cinéticos associados à modelagem e ao planejamento experimental permitem realizar simulações e determinar as melhores condições de operação. Diante disso, o presente trabalho teve por objetivo obter um modelo matemático que pudesse representar o comportamento cinético na produção do hidromel, em batelada e aplicando a levedura Saccharomyces cerevisiae. Objetivou-se também realizar a simulação para diferentes concentrações iniciais de células e de substrato, visando o alcance de condições ótimas. Foi aplicado um modelo matemático, não estruturado e não segregado, partindo de um balanço de massa para cada espécie presente no biorreator, sendo gerado um conjunto de equações diferenciais que foi resolvido utilizando o software Polymath®. Após ajuste do modelo aos dados estudados, foi realizada a simulação utilizando o planejamento composto central para definir as condições iniciais de operação. Dentre os modelos testados para crescimento celular, o de Levenspiel apresentou melhor ajuste em relação às concentrações de substrato e de produto, sendo os parâmetros cinéticos utilizados os rendimentos de células por substrato, YC/S = 0,0087 g/g, e de produto por substrato, YP/S = 0,44 g/g, a máxima velocidade específica de crescimento, μmáx = 0,00153 h-1, e a constante de Monod, Ks = 165 g.L-1. Após a simulação, verificou-se que a maior conversão de substrato, 95,78%, e o maior rendimento em produto, 74,46%, foram alcançados ao iniciar o processo com 2,4 g.L-1 de células e 90 g.L-1 de substrato. Com isso, conclui-se que o modelo aplicado, possibilitou avaliar as concentrações de substrato e de produto, tornando possível definir quais condições iniciais podem produzir melhores resultados na geração de produto e no consumo de substrato, evitando o desperdício de matéria-prima e maior rendimento, dentro das especificações contidas na norma vigente sobre bebidas.Mead is an alcoholic beverage obtained from fermentation, using honey as substrate. In these processes, knowledge of kinetics is of great importance, for the understanding of cell growth rates, substrate consumption and product generation. The kinetic parameters associated with modeling and experimental planning allow simulations to be performed and the best operating conditions are determined. Therefore, the present work aimed to obtain a mathematical model that could represent the kinetic behavior in the production of mead, in batch and applying the yeast Saccharomyces cerevisiae. The objective was also to perform the simulation for different initial concentrations of cells and substrate, aiming at the achievement of optimal conditions. A mathematical model was applied, unstructured and unsegregated, starting from a mass balance for each species present in the bioreactor, and a set of differential equations was generated that was solved using polymath® software. After adjusting the model to the studied data, the simulation was performed using the central composite planning to define the initial operating conditions. Among the models tested for cell growth, Levenspiel presented better fit in relation to substrate and product concentrations, and kinetic parameters used cell yields per substrate, YC/S = 0.0087 g/g, and product per substrate, YP/S = 0.44 g/g, maximum specific growth speed, μ max = 0.00153 h-1, and Monod constant, Ks = 165 g.L-1. After the simulation, it was found that the highest substrate conversion, 95.78%, and the highest yield in product, 74.46%, were achieved when starting the process with 2.4 g.L-1 of cells and 90 g.L-1 of substrate. Thus, it is concluded that the applied model made it possible to evaluate the substrate and product concentrations, making it possible to define which initial conditions can produce better results in product generation and substrate consumption, avoiding raw material waste and higher yield, within the specifications contained in the current beverage standard.Universidade Federal de Campina GrandeBrasilCentro de Saúde e Tecnologia Rural - CSTRUFCGNUNES, Bruno Rafael Pereira.NUNES, B. R. P.http://lattes.cnpq.br/7697366969624190ARAÚJO, Janduy Guerra.ARAÚJO, J. G.http://lattes.cnpq.br/4595193208244565SIMÕES, Tatiana Araújo.SIMÕES, T. A.http://lattes.cnpq.br/5486655559018726LIMA, Sabrina Sousa de.2022-04-042022-04-14T16:42:02Z2022-04-142022-04-14T16:42:02Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesishttps://dx.doi.org/10.52446/cursoengbiotecnologiaCDSA.2022.tccmon.limahttp://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/24541LIMA, Sabrina Sousa. Modelagem e simulação da produção de hidromel em biorreator em batelada utilizando a levedura Saccharomyces Cerevisiae. 2022. 59f. Trabalho de Conclusão de Curso – Monografia), Curso de Engenharia de Biotecnologia e Bioprocessos, Centro de Desenvolvimento Sustentável do Semiárido, Universidade Federal de Campina Grande, Sumé – Paraíba – Brasil, 2022. Disponível em: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/24541porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCGinstname:Universidade Federal de Campina Grande (UFCG)instacron:UFCG2023-06-28T17:43:18Zoai:localhost:riufcg/24541Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://bdtd.ufcg.edu.br/PUBhttp://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/oai/requestbdtd@setor.ufcg.edu.br || bdtd@setor.ufcg.edu.bropendoar:48512023-06-28T17:43:18Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCG - Universidade Federal de Campina Grande (UFCG)false |
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O hidromel é uma bebida alcoólica obtida a partir da fermentação, usando mel como substrato. Nesses processos é de grande importância o conhecimento da cinética, para o entendimento das taxas de crescimento celular, consumo do substrato e geração de produto. Os parâmetros cinéticos associados à modelagem e ao planejamento experimental permitem realizar simulações e determinar as melhores condições de operação. Diante disso, o presente trabalho teve por objetivo obter um modelo matemático que pudesse representar o comportamento cinético na produção do hidromel, em batelada e aplicando a levedura Saccharomyces cerevisiae. Objetivou-se também realizar a simulação para diferentes concentrações iniciais de células e de substrato, visando o alcance de condições ótimas. Foi aplicado um modelo matemático, não estruturado e não segregado, partindo de um balanço de massa para cada espécie presente no biorreator, sendo gerado um conjunto de equações diferenciais que foi resolvido utilizando o software Polymath®. Após ajuste do modelo aos dados estudados, foi realizada a simulação utilizando o planejamento composto central para definir as condições iniciais de operação. Dentre os modelos testados para crescimento celular, o de Levenspiel apresentou melhor ajuste em relação às concentrações de substrato e de produto, sendo os parâmetros cinéticos utilizados os rendimentos de células por substrato, YC/S = 0,0087 g/g, e de produto por substrato, YP/S = 0,44 g/g, a máxima velocidade específica de crescimento, μmáx = 0,00153 h-1, e a constante de Monod, Ks = 165 g.L-1. Após a simulação, verificou-se que a maior conversão de substrato, 95,78%, e o maior rendimento em produto, 74,46%, foram alcançados ao iniciar o processo com 2,4 g.L-1 de células e 90 g.L-1 de substrato. Com isso, conclui-se que o modelo aplicado, possibilitou avaliar as concentrações de substrato e de produto, tornando possível definir quais condições iniciais podem produzir melhores resultados na geração de produto e no consumo de substrato, evitando o desperdício de matéria-prima e maior rendimento, dentro das especificações contidas na norma vigente sobre bebidas. |
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