Otimização da Produção e Caracterização de Goma Xantana Empregando Caldo de Cana

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Faria, Sandra
Data de Publicação: 2009
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFU
Texto Completo: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15050
Resumo: Xanthan gum production and its structural characterization under the conditions optimized by experimental design were the main objectives of this study. Several reports point to the sugar cane broth as an excellent raw material for the production of fermentable media, under the microbial species different action (bacteria, yeasts, fungi) in the products biosynthesis of commercial interest. In this context, the forward supply of sugarcane cultivars in Brazil, this research was motivated the development of xanthan gum by Xanthomonas campestris pv. campestris NRRL B-1459 using diluted sugar cane broth for experiments with during 24 h, through a sequence defined by two design, built from the Statistica Software. The first one selected to evaluate the effects of sucrose (12.13 to 37.87 g.L-1), yeast extract (until 6.0 g.L-1) and ammonium nitrate (until 1.714 g.L-1) concentrations in the responses that indicate the process performance (gum concentration, conversion of substrate to product (P/S), and apparent viscosity of xanthan solution). The second design complementary to the first consolidated the interactions due the agitation speed (500 to 1000 rpm) and aeration rate (0.25 to 0.75 vvm) in non-Newtonian behavior of the system. After interpretation of responses, considering the contour curves generated by the adjusted models, the costs involved in the biotransformation was selected this set of variables (27.0 g.L-1 sucrose, 1.8 g.L-1 yeast extract, 0.8 g.L-1 NH4NO3, 750 rpm and 0.35 vvm) to proceed the kinetic parameters prediction of the Weiss & Ollis (1980) model, by adjusting the experimental data (cell growth, substrate consumption and product formation) and, the structural characterization of xanthan gum. This test has reached 16.40 g.L-1 of gum, conversion YP/S equal to 0.61 g.g-1 and viscosity of 1% (w/v) 23000.0 cP at 0.75 s-1. The molecular weight (MW) and total sugar content obtained for the gum, considering the polymerization carried out at the optimum point were 4.172*106 Da and 85.3%, respectively, distributed in 43% glucose, 32% mannose and glucuronic acid 24% in the 1.79:1.33:1 proportion. The infrared spectrum recorded remarkable groups in the elucidation of the compound and, when the samples, commercial and optimized, subject to comparison, sent their bands in the regions of wavelength equivalent to the gum similarity has been confirmed. The gum also was evaluated using the Nuclear Magnetic Resonance Proton (1H NMR) technique and, therefore, identified in the last stage by common chemical shifts ( ppm) the hydrogen nucleus and the presence proton at α-anomeric and proton at β carbon of hexoses or pentoses, proton of carbon connected to oxygen, proton H6 of rhamnose and proton of glucuronic and uronic acid. Additionally to the main purposes of this study, an complementary fermentation using sugarcane broth hydrolyzate at 40 g.L-1 sucrose by invertase action, had its performance to the cell growth (7.57 g.L-1) over the biosynthesis (13.70 g.L-1) usually reported.
id UFU_123d1f93b96bad4bc4bfc6a4452d33bb
oai_identifier_str oai:repositorio.ufu.br:123456789/15050
network_acronym_str UFU
network_name_str Repositório Institucional da UFU
repository_id_str
spelling 2016-06-22T18:41:19Z2010-06-092016-06-22T18:41:19Z2009-09-18FARIA, Sandra. Otimização da Produção e Caracterização de Goma Xantana Empregando Caldo de Cana. 2009. 162 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2009.https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15050Xanthan gum production and its structural characterization under the conditions optimized by experimental design were the main objectives of this study. Several reports point to the sugar cane broth as an excellent raw material for the production of fermentable media, under the microbial species different action (bacteria, yeasts, fungi) in the products biosynthesis of commercial interest. In this context, the forward supply of sugarcane cultivars in Brazil, this research was motivated the development of xanthan gum by Xanthomonas campestris pv. campestris NRRL B-1459 using diluted sugar cane broth for experiments with during 24 h, through a sequence defined by two design, built from the Statistica Software. The first one selected to evaluate the effects of sucrose (12.13 to 37.87 g.L-1), yeast extract (until 6.0 g.L-1) and ammonium nitrate (until 1.714 g.L-1) concentrations in the responses that indicate the process performance (gum concentration, conversion of substrate to product (P/S), and apparent viscosity of xanthan solution). The second design complementary to the first consolidated the interactions due the agitation speed (500 to 1000 rpm) and aeration rate (0.25 to 0.75 vvm) in non-Newtonian behavior of the system. After interpretation of responses, considering the contour curves generated by the adjusted models, the costs involved in the biotransformation was selected this set of variables (27.0 g.L-1 sucrose, 1.8 g.L-1 yeast extract, 0.8 g.L-1 NH4NO3, 750 rpm and 0.35 vvm) to proceed the kinetic parameters prediction of the Weiss & Ollis (1980) model, by adjusting the experimental data (cell growth, substrate consumption and product formation) and, the structural characterization of xanthan gum. This test has reached 16.40 g.L-1 of gum, conversion YP/S equal to 0.61 g.g-1 and viscosity of 1% (w/v) 23000.0 cP at 0.75 s-1. The molecular weight (MW) and total sugar content obtained for the gum, considering the polymerization carried out at the optimum point were 4.172*106 Da and 85.3%, respectively, distributed in 43% glucose, 32% mannose and glucuronic acid 24% in the 1.79:1.33:1 proportion. The infrared spectrum recorded remarkable groups in the elucidation of the compound and, when the samples, commercial and optimized, subject to comparison, sent their bands in the regions of wavelength equivalent to the gum similarity has been confirmed. The gum also was evaluated using the Nuclear Magnetic Resonance Proton (1H NMR) technique and, therefore, identified in the last stage by common chemical shifts ( ppm) the hydrogen nucleus and the presence proton at α-anomeric and proton at β carbon of hexoses or pentoses, proton of carbon connected to oxygen, proton H6 of rhamnose and proton of glucuronic and uronic acid. Additionally to the main purposes of this study, an complementary fermentation using sugarcane broth hydrolyzate at 40 g.L-1 sucrose by invertase action, had its performance to the cell growth (7.57 g.L-1) over the biosynthesis (13.70 g.L-1) usually reported.A produção de goma xantana e a sua caracterização estrutural decorrente das condições otimizadas através de planejamentos experimentais foram os principais objetivos desse estudo. Vários relatos apontam o caldo de cana-de-açúcar como excelente matéria-prima para a elaboração de meios fermentescíveis, sob a ação de diferentes espécies microbianas, (bactérias, leveduras, fungos) na biossíntese de produtos de interesse comercial. Nesse contexto, frente à oferta de cana nos cultivares do Brasil, esta pesquisa foi motivada ao desenvolvimento de goma xantana por Xanthomonas campestris pv. campestris NRRL B-1459 utilizando caldo de cana diluído para experimentos com duração de 24 h, através de uma seqüência definida por duas matrizes, construídas a partir do Software Statistica. A primeira delas, selecionada para verificar os efeitos das concentrações de sacarose (12,13 a 37,87 g.L-1), extrato de levedura (máximo de 6,0 g.L-1) e nitrato de amônio (máximo de 1,714 g.L-1) nas respostas que indicam a performance do processo (concentração de goma, conversão de substrato à produto (P/S), e viscosidade aparente da xantana em solução). A segunda matriz complementar à primeira, consolidou as interações advindas da velocidade de agitação (500 a 1000 rpm) e da taxa de aeração (0,25 a 0,75 vvm) no comportamento não-newtoniano do sistema. Após interpretação das respostas, considerando as curvas de contorno geradas pelos modelos ajustados, os custos envolvidos na biotransformação, selecionou-se esse conjunto de variáveis (27,0 g.L-1 de sacarose; 1,8 g.L-1 de extrato de levedura; 0,8 g.L-1 NH4NO3; 750 rpm e 0,35 vvm) para prosseguir à predição dos parâmetros cinéticos do modelo de Weiss & Ollis (1980), por ajuste dos dados experimentais (crescimento celular, consumo de substrato e formação de produto) e, à caracterização da estrutural da goma xantana. Esse ensaio promoveu 16,40 g.L-1 de goma, conversão YP/S igual a 0,61 g.g-1 e viscosidade da solução 1% (m/v) 23000,0 cP a 0,75 s-1. A massa molecular (MW) e o teor de açúcar total obtidos para a xantana, considerando a polimerização conduzida no ponto ótimo foram 4,172*106 Da e 85,3%, respectivamente, assim distribuídos, em glucose 43%, manose 32% e ácido glucurônico 24% na proporção 1,79:1,33:1. O espectro de infravermelho registrou grupos marcantes na elucidação do composto e, quando as amostras, comercial e otimizada, sujeitas à comparação, emitiram suas bandas em regiões de comprimento de ondas equivalentes, a similaridade das xantanas se confirmou. A goma, ainda, foi avaliada pela técnica da Ressonância Magnética Nuclear de Próton (RMN 1H) sendo, portanto, identificada em último estágio por deslocamentos químicos ( ppm) comuns ao núcleo de hidrogênio como a presença de prótons α-anoméricos e prótons de carbonos β de hexoses ou pentoses, prótons de carbonos conectados a oxigênio, próton de H6 de ramnose e prótons de ácidos glucurônicos e urônicos. Adicionalmente aos principais propósitos deste estudo, uma fermentação complementar utilizando hidrolisado de caldo de cana a 40 g.L-1 de sacarose, por ação da invertase, teve seu desempenho voltado para a propagação celular (7,57 g.L-1) em detrimento à biossíntese (13,70 g.L-1) normalmente reportada.Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas GeraisDoutor em Engenharia Químicaapplication/pdfporUniversidade Federal de UberlândiaPrograma de Pós-graduação em Engenharia QuímicaUFUBREngenhariasCaldo-de-canaGoma xantanaPropriedades reológicasCaracterização molecularBiopolímerosCana-de-açúcarSugar cane brothBiopolymersXanthan gumRheological propertiesMolecular characterizationCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICAOtimização da Produção e Caracterização de Goma Xantana Empregando Caldo de Canainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisFrança, Francisca Pessoa dehttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4783597Y2Cardoso, Vicelma Luizhttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4787074J7Terrones, Manuel Gonzalo Hernandezhttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4723156U2Resende, Miriam Maria dehttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4703538D3Petkowicz, Carmen Lucia de Oliveirahttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4728088T4Faria, Sandrainfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFUTHUMBNAILsandra.pdf.jpgsandra.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1404https://repositorio.ufu.br/bitstream/123456789/15050/3/sandra.pdf.jpg8f9189c5246fd43ff178baf1e452bd41MD53ORIGINALsandra.pdfapplication/pdf6017119https://repositorio.ufu.br/bitstream/123456789/15050/1/sandra.pdf9145edbaddcb550da065f92fbe54be35MD51TEXTsandra.pdf.txtsandra.pdf.txtExtracted texttext/plain324511https://repositorio.ufu.br/bitstream/123456789/15050/2/sandra.pdf.txtabdedde6f3625c56eca31d572820b107MD52123456789/150502017-06-27 10:16:59.398oai:repositorio.ufu.br:123456789/15050Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2017-06-27T13:16:59Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false
dc.title.por.fl_str_mv Otimização da Produção e Caracterização de Goma Xantana Empregando Caldo de Cana
title Otimização da Produção e Caracterização de Goma Xantana Empregando Caldo de Cana
spellingShingle Otimização da Produção e Caracterização de Goma Xantana Empregando Caldo de Cana
Faria, Sandra
Caldo-de-cana
Goma xantana
Propriedades reológicas
Caracterização molecular
Biopolímeros
Cana-de-açúcar
Sugar cane broth
Biopolymers
Xanthan gum
Rheological properties
Molecular characterization
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
title_short Otimização da Produção e Caracterização de Goma Xantana Empregando Caldo de Cana
title_full Otimização da Produção e Caracterização de Goma Xantana Empregando Caldo de Cana
title_fullStr Otimização da Produção e Caracterização de Goma Xantana Empregando Caldo de Cana
title_full_unstemmed Otimização da Produção e Caracterização de Goma Xantana Empregando Caldo de Cana
title_sort Otimização da Produção e Caracterização de Goma Xantana Empregando Caldo de Cana
author Faria, Sandra
author_facet Faria, Sandra
author_role author
dc.contributor.advisor-co1.fl_str_mv França, Francisca Pessoa de
dc.contributor.advisor-co1Lattes.fl_str_mv http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4783597Y2
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Cardoso, Vicelma Luiz
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4787074J7
dc.contributor.referee1.fl_str_mv Terrones, Manuel Gonzalo Hernandez
dc.contributor.referee1Lattes.fl_str_mv http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4723156U2
dc.contributor.referee2.fl_str_mv Resende, Miriam Maria de
dc.contributor.referee2Lattes.fl_str_mv http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4703538D3
dc.contributor.referee3.fl_str_mv Petkowicz, Carmen Lucia de Oliveira
dc.contributor.referee3Lattes.fl_str_mv http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4728088T4
dc.contributor.author.fl_str_mv Faria, Sandra
contributor_str_mv França, Francisca Pessoa de
Cardoso, Vicelma Luiz
Terrones, Manuel Gonzalo Hernandez
Resende, Miriam Maria de
Petkowicz, Carmen Lucia de Oliveira
dc.subject.por.fl_str_mv Caldo-de-cana
Goma xantana
Propriedades reológicas
Caracterização molecular
Biopolímeros
Cana-de-açúcar
topic Caldo-de-cana
Goma xantana
Propriedades reológicas
Caracterização molecular
Biopolímeros
Cana-de-açúcar
Sugar cane broth
Biopolymers
Xanthan gum
Rheological properties
Molecular characterization
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
dc.subject.eng.fl_str_mv Sugar cane broth
Biopolymers
Xanthan gum
Rheological properties
Molecular characterization
dc.subject.cnpq.fl_str_mv CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
description Xanthan gum production and its structural characterization under the conditions optimized by experimental design were the main objectives of this study. Several reports point to the sugar cane broth as an excellent raw material for the production of fermentable media, under the microbial species different action (bacteria, yeasts, fungi) in the products biosynthesis of commercial interest. In this context, the forward supply of sugarcane cultivars in Brazil, this research was motivated the development of xanthan gum by Xanthomonas campestris pv. campestris NRRL B-1459 using diluted sugar cane broth for experiments with during 24 h, through a sequence defined by two design, built from the Statistica Software. The first one selected to evaluate the effects of sucrose (12.13 to 37.87 g.L-1), yeast extract (until 6.0 g.L-1) and ammonium nitrate (until 1.714 g.L-1) concentrations in the responses that indicate the process performance (gum concentration, conversion of substrate to product (P/S), and apparent viscosity of xanthan solution). The second design complementary to the first consolidated the interactions due the agitation speed (500 to 1000 rpm) and aeration rate (0.25 to 0.75 vvm) in non-Newtonian behavior of the system. After interpretation of responses, considering the contour curves generated by the adjusted models, the costs involved in the biotransformation was selected this set of variables (27.0 g.L-1 sucrose, 1.8 g.L-1 yeast extract, 0.8 g.L-1 NH4NO3, 750 rpm and 0.35 vvm) to proceed the kinetic parameters prediction of the Weiss & Ollis (1980) model, by adjusting the experimental data (cell growth, substrate consumption and product formation) and, the structural characterization of xanthan gum. This test has reached 16.40 g.L-1 of gum, conversion YP/S equal to 0.61 g.g-1 and viscosity of 1% (w/v) 23000.0 cP at 0.75 s-1. The molecular weight (MW) and total sugar content obtained for the gum, considering the polymerization carried out at the optimum point were 4.172*106 Da and 85.3%, respectively, distributed in 43% glucose, 32% mannose and glucuronic acid 24% in the 1.79:1.33:1 proportion. The infrared spectrum recorded remarkable groups in the elucidation of the compound and, when the samples, commercial and optimized, subject to comparison, sent their bands in the regions of wavelength equivalent to the gum similarity has been confirmed. The gum also was evaluated using the Nuclear Magnetic Resonance Proton (1H NMR) technique and, therefore, identified in the last stage by common chemical shifts ( ppm) the hydrogen nucleus and the presence proton at α-anomeric and proton at β carbon of hexoses or pentoses, proton of carbon connected to oxygen, proton H6 of rhamnose and proton of glucuronic and uronic acid. Additionally to the main purposes of this study, an complementary fermentation using sugarcane broth hydrolyzate at 40 g.L-1 sucrose by invertase action, had its performance to the cell growth (7.57 g.L-1) over the biosynthesis (13.70 g.L-1) usually reported.
publishDate 2009
dc.date.issued.fl_str_mv 2009-09-18
dc.date.available.fl_str_mv 2010-06-09
2016-06-22T18:41:19Z
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2016-06-22T18:41:19Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.citation.fl_str_mv FARIA, Sandra. Otimização da Produção e Caracterização de Goma Xantana Empregando Caldo de Cana. 2009. 162 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2009.
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15050
identifier_str_mv FARIA, Sandra. Otimização da Produção e Caracterização de Goma Xantana Empregando Caldo de Cana. 2009. 162 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2009.
url https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15050
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de Uberlândia
dc.publisher.program.fl_str_mv Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
dc.publisher.initials.fl_str_mv UFU
dc.publisher.country.fl_str_mv BR
dc.publisher.department.fl_str_mv Engenharias
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de Uberlândia
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFU
instname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
instacron:UFU
instname_str Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
instacron_str UFU
institution UFU
reponame_str Repositório Institucional da UFU
collection Repositório Institucional da UFU
bitstream.url.fl_str_mv https://repositorio.ufu.br/bitstream/123456789/15050/3/sandra.pdf.jpg
https://repositorio.ufu.br/bitstream/123456789/15050/1/sandra.pdf
https://repositorio.ufu.br/bitstream/123456789/15050/2/sandra.pdf.txt
bitstream.checksum.fl_str_mv 8f9189c5246fd43ff178baf1e452bd41
9145edbaddcb550da065f92fbe54be35
abdedde6f3625c56eca31d572820b107
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
repository.mail.fl_str_mv diinf@dirbi.ufu.br
_version_ 1802110552583962624