Modelagem e otimização da produção de biossurfactante utilizando melaço de soja

• Autor(a) principal: Silva, Ana Carolina Borges
• Data de Publicação: 2018
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFU
• Texto Completo: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/28349; http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2019.53
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA; Biossurfactante; Modelagem; Otimização; Biosurfactant; Modeling; Optimization

Os biossurfactantes são uma das classes mais importantes de produtos químicos, sendo denominados como moléculas anfifílicas com porções hidrofílicas (polar e solúvel em água) e hidrofóbicas (apolares e insolúveis em água). Têm-se verificado um crescente aumento no interesse de biossurfactantes, pois estes apresentam caráter biodegradável e não tóxico. Dentre as classes dos biossurfactantes, destacam-se os glicolipídios, em especial os raminolipídios, que são produzidos por bactérias do tipo Pseudomonas aeruginosa e possuem alta afinidade com moléculas orgânicas hidrofóbicas e menor toxicidade ao ambiente, sendo capazes de reduzir a tensão superficial e emulsionar hidrocarbonetos. O objetivo deste estudo foi encontrar um modelo matemático para a produção de raminose em processo operado em batelada e otimizá-lo empregando processo contínuo de leito fixo. A modelagem da produção de raminose, do crescimento celular e dos consumos de lipideos e de sacarose foi estabelecida utilizando os dados experimentais obtidos na dissertação de mestrado de Rodrigues (2016). Os experimentos foram realizados em mesa agitadora a 27 ± 1,0 ºC 2 120 rpm, por 72 horas. Os modelos cinéticos propostos foram o de Saturação por Células, Monod e Contois. A técnica de identificação de parâmetros foi realizada usando um algoritmo de regressão não linear de múltiplas respostas e a integração do conjunto de equações diferenciais, para o cálculo dos parâmetros foi realizada com o auxílio do algoritmo de Runge-Kutta. Os rendimentos foram calculados em termos de biomassa e produto, tanto para dos dados experimentais quanto para os modelos cinéticos estudados e as análises qualitativas foram realizadas a fim de se caracterizar o biossurfactante produzido. A validação dos parâmetros ajustados foi realizada por meio de experimento em coluna com operação contínua, no qual a altura do reator foi de 10,9 cm e a velocidade de escoamento de 0,288 cm/h, sendo os modelos cinéticos validados utilizando os modelos PFR e Dispersão Axial. Posteriormente foi feita a otimização por visualização gráfica do comportamento da variável resposta, para o modelo de Contois, sendo as concentrações de substratos avaliadas para diferentes velocidades e a resposta obtida em termos de produtividade. Os resultados obtidos para o ajuste paramétrico foram satisfatórios e os modelos se ajustaram bem aos dados experimentais, sendo o modelo de Saturação pela Célula o que melhor representou os pontos experimentais, apresentando um valor de 19,61para o somatório dos quadrados dos resíduos. Os modelos de Monod e Contois apresentaram um valor de 47,61. Os rendimentos Yx/s demonstraram que há um maior consumo de lipídios, sendo o modelo de Contois o que apresentou a melhor conversão de biomassa em raminose. As análises qualitativas demonstraram bons resultados para a tensão superficial e o índice de emulsificação. Para a validação, o modelo que apresentou os melhores resultados para o modelo PFR foi o de Saturação pela Célula, sendo necessário reajustar os termos de manutenção. Para o modelo de Dispersão Axial, o modelo cinético de Contois demonstrou os melhores resultados, prevendo as concentrações finais para processo de maneira excelente. Os resultados obtidos pelo modelo de Contois para a otimização foram bastante satisfatórios e demonstram melhorias menos significativas para a produtividade com o aumento das concentrações de substratos e velocidade de escoamento.