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Teses de Doutorado Defendidas: 2011

Desenvolvimento de Processo Biotecnológico para a Produção de Ácido Succínico por Actinobacillus succinogenes.

Autor: Elcio Ribeiro Borges.
Orientador: Nei Pereira Jr.

Resumo

Atualmente, a maioria do ácido succínico produzido comercialmente é feito por síntese química. Entretanto, recentemente a atenção tem sido focalizada na produção microbiana de ácido succínico por microrganismos como uma alternativa para a síntese química.

Neste trabalho objetivou-se definir uma estratégia de produção de ácido succínico, por Actinobacillus succinogenes CIP 106512, em fermentações com hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar. Inicialmente, três estratégias de planejamentos experimentais sequenciais foram adotadas para a otimização do processo. Adicionalmente, o processo de Sacarificação e Fermentação Simultâneas (SSF), também foi realizado.

Em uma primeira etapa, foi desenvolvido um Planejamento Fatorial Fracionado PFF 24-1, seguido de um Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR), para se estimar o efeito de cada variável. As melhores concentrações de nutrientes para formulação do meio de cultivo, segundo o resultado predito pelo modelo foram: NaHCO3, 10,0 g/L; MgSO4, 3,0 g/L; Extrato de levedura, 2,0 g/L e KH2PO4, 5,0 g/L.

Posteriormente, um Planejamento Fatorial Fracionado PFF 25-1 foi delineado para a avaliação das seguintes condições: concentração de substrato, extrato de levedura, temperatura, agitação e pH. A validação das condições ótimas, em biorreator instrumentado, para produção de ácido succínico a partir da fração hemicelulósica do bagaço de cana-de-açúcar, resultou em uma concentração final de produto igual a 40,3 g/L, com 80,0 g/L de concentração inicial de xilose, sob agitação de 150 rpm a 37ºC.

Finalmente, um modelo cinético simples para a produção de ácido succínico em batelada, a partir de glicose, foi proposto, incluindo os termos de inibição pelo substrato e pelo produto, baseado em modelos encontrados na literatura.

Os valores ótimos foram determinados através da minimização das discrepâncias entre os dados preditos pelo modelo e os dados experimentais. O crescimento de A. succinogenes pode ser expresso por um modelo de Monod expandido, incorporando a inibição causada pela glicose e pelos ácidos orgânicos (metabólitos secundários) acumulados durante a fermentação.

Com o modelo elaborado por Luedeking-Piret foi possível descrever a formação dos subprodutos e o perfil de crescimento associado da mistura de ácidos succínico, acético e lático. Em todos os casos, as simulações do modelo mostraram-se satisfatórias e de acordo com os dados experimentais, sendo possível elucidar as características de fermentação da bactéria A succinogenes durante a eficiente conversão de glicose em ácido succínico. O modelo proposto pode ser útil para o desenvolvimento e o aperfeiçoamento dos processos para a produção de ácido succínico a partir de fontes renováveis.


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