Modelagem matemática e validação experimental do cultivo da microalga Tetradesmus obliquus em condições mixotróficas com glicerol

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Dario, Priscila Paola, 1992-
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/66695
Resumo: Orientador: Prof. Dr. André Bellin Mariano
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spelling Dario, Priscila Paola, 1992-Ramos, Luiz Pereira, 1960-Balmant, Wellington, 1982-Universidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais - PIPEMariano, André Bellin, 1977-2021-06-09T20:15:57Z2021-06-09T20:15:57Z2019https://hdl.handle.net/1884/66695Orientador: Prof. Dr. André Bellin MarianoCoorientadores: Prof. Dr. Luiz Pereira Ramos, Dr. Wellington BalmantDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais. Defesa : Curitiba, 24/06/2019Inclui referênciasEm consequência das variáveis que influenciam no desenvolvimento das microalgas, é interessante a utilização de modelos matemáticos com a capacidade de prever o crescimento, acúmulo de biomassa e metabólitos. Nesta perspectiva, o objetivo do presente trabalho consistiu na elaboração de dois modelos matemáticos simplificados a partir do metabolismo central baseados na equação de Monod, para descrever o acúmulo de biomassa, carboidratos, lipídeos e proteínas totais na microalga Tetradesmus obliquus. Os modelos foram desenvolvidos utilizando os dados obtidos através dos experimentos em escala laboratorial, realizados em condições foto autotróficas e mixotróficas. Para este último, a fonte de carbono orgânica utilizada foi o glicerol na concentração de 5 g.L-1, devido ao seu baixo custo e disponibilidade na cadeia de produção de biodiesel no Brasil. Os inóculos com concentração inicial de 0,1881 ± 0,0056 g.L-1, foram avaliados em relação à produtividade de biomassa seca, carboidratos, lipídeos, proteínas totais, pH, absorbância do cultivo e concentração celular. A adição do glicerol provocou a maior produtividade da biomassa e das macromoléculas entre o 3º e o 6º dia de cultivo, correspondendo a 0,0976 ± 0,0046 g.L-1.d-1 de biomassa, 0,0266 ± 0,0004 g.L-1.d-1 de carboidratos totais, 0,0144 ± 0,0033 g.L-1.d-1 de lipídeos totais e 0,0309 ± 0,0017 g.L-1.d-1 de proteínas totais, com relação aos outros dias e a condição com a ausência de glicerol. Além disso, foi observado no experimento mixotrófico que as microalgas atingiram a fase estacionária no intervalo dos dias 3 e 6, enquanto na condição foto autotrófica esse comportamento não foi verificado durante o período cultivado. O primeiro modelo matemático considerou a hipótese logística e o segundo a formação do composto de inibição. Para resolução dos códigos computacionais, foi utilizado o software MATLAB??, o método Nelder-Mead, a rotina Fminsearch e a subrotina ode23s. As simulações demonstraram baixo tempo computacional, aproximadamente 4 segundos. O erro quadrado normalizado foi próximo de 0,2 e 0,3 para o modelo do fator logístico e o modelo de inibição, respectivamente. A partir do modelo do fator logístico foi possível descrever o comportamento das microalgas para a condição de cultivo determinada, enfatizando a ferramenta da modelagem como método promissor na previsão dos fenômenos. Palavras-chave: Microalgas. Cultivo mixotrófico. Modelagem matemática. Validação experimental.Abstract: As a result of the variables that influence the microalgae development, it is interesting to use mathematical models with the ability to predict growth, biomass accumulation and metabolites. Thus, the objective of the present work was the elaboration of two simplified mathematical models based on the central metabolism using the Monod equation, to describe the accumulation of biomass, carbohydrates, lipids and total proteins in the Tetradesmus obliquus microalgae. The models were developed using data obtained through laboratory scale experiments, performed under photo autotrophic and myxotrophic conditions. For the latter, the source of organic carbon used was glycerol at a concentration of 5 g.L-1, due to its low cost and availability in the biodiesel production chain in Brazil. Inocula with initial concentration of 0.1881 ± 0.0056 g.L-1 were evaluated for productivity of dry biomass, carbohydrates, lipids, total proteins, pH, culture absorbance and cell concentration. The addition of glycerol caused the highest productivity of biomass and macromolecules between the 3rd and 6th day of cultivation, corresponding to 0.0976 ± 0.0046 g.L-1.d-1 biomass, 0.0266 ± 0.0004 g.L.-1.d-1 total carbohydrates, 0.0144 ± 0.0033 g.L-1.d-1 total lipids and 0.0309 ± 0.0017 g.L-1.d-1 total proteins, relative to the others days and the condition with the absence of glycerol. Furthermore, it was observed in the mixotrophic experiment that microalgae reached the stationary phase in the days 3 and 6, while in the photo autotrophic condition this behavior was not verified during the cultivated period. The first mathematical model considered the logistic hypothesis and the second the formation of the inhibition compound. For computational code resolution, the MATLAB?? software, the Nelder-Mead method, the Fminsearch routine and the ode23s subroutine were used. The simulations demonstrated low computational time, approximately 4 seconds. The normalized square error was close to 0.2 and 0.3 for the logistic factor model and the inhibition model, respectively. From the logistic factor model it was possible to describe the behavior of microalgae for the determined cultivation condition, emphasizing the modeling tool as a promising method for predicting the phenomena. Keywords: Microalgae. Mixotrophic cultivation. Mathematical modeling. Experimental Validation.[98] p. : il. (algumas color.).application/pdfMicroalgaBiocombustíveisBiomassaLipídiosEngenharia de Materiais e MetalurgiaModelagem matemática e validação experimental do cultivo da microalga Tetradesmus obliquus em condições mixotróficas com glicerolinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - D - PRISCILA PAOLA DARIO.pdfapplication/pdf5131488https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/66695/1/R%20-%20D%20-%20PRISCILA%20PAOLA%20DARIO.pdfd9a6de06fa466b719f7aa6c3a66cc253MD51open access1884/666952021-06-09 17:15:57.991open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/66695Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082021-06-09T20:15:57Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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