| Summary: | Orientador : Prof. Dr. David Alexander Mitchell === Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. Defesa: Curitiba, 30/03/2016 === Inclui referências : f.66-72 === Área de concentração: Desenvolvimento de processos químicos === Resumo: A fermentação em estado sólido (FES) tem o potencial de ser utilizada para a produção de pectinases, que poderiam então ser utilizadas para a sacarificação de pectina em biorrefinarias de polpa cítrica. Em um estudo recente da produção de pectinases por Aspergillus niger em biorreator de leito fixo em escala piloto, foram reportados problemas com a aglomeração de partículas e encolhimento do leito. Isto provocou a formação de caminhos preferenciais, levando ao superaquecimento em regiões localizadas do leito e à falta de uniformidade da atividade pectinolítica no final do cultivo. No presente trabalho, foi investigada a utilização da agitação intermitente como uma estratégia para prevenir a aglomeração e, assim, melhorar o desempenho em um biorreator de leito fixo para a produção de pectinases. Foram comparados três regimes de agitação com um substrato que consiste da mistura de 27 kg de farelo de trigo e 3 kg de bagaço de cana de açúcar: uma única agitação (10 h), três agitações (8, 10 e 12 h) e cinco agitações (a cada 2 h de 8 a 16 h). Foi obtida boa uniformidade na atividade pectinolítica após um evento de agitação, mas se o leito ficar sem agitação por períodos em torno de 10 h, o problema da aglomeração tende a retornar, o que pode levar a perda da uniformidade. O regime com o melhor desempenho foi um cultivo de 20 h com três agitações. A aglomeração não ocorreu e, como resultado, a temperatura do leito foi mantida na faixa de 30 a 35°C, que é favorável ao crescimento de A. niger. Através desse controle da temperatura, é possível promover a homogeneidade da atividade pectinolítica, com níveis uniformes ao longo de toda a extensão do leito no momento da colheita. Para 15 amostras retiradas a partir de diferentes posições na vertical e na horizontal do leito no final desse cultivo, a atividade pectinolítica média foi de 22 U g?1, com desvio padrão da amostra de 2 U g?1. Conclui-se que a utilização de biorreatores de leito fixo com agitação intermitente é uma estratégia promissora para a produção de pectinases em FES. Palavras-chave: Fermentação em estado sólido. Biorreator de leito fixo. Aspergillus niger. Agitação intermitente. Pectinases. Uniformidade do produto. === Abstract: Solid-state fermentation (SSF) has the potential to be used for the production of pectinases, which could then be used for the saccharification of pectin in citrus waste biorefineries. In a recent study of production of pectinases by Aspergillus niger in a pilot-scale packed-bed bioreactor, we encountered problems with the agglomeration of particles and shrinkage of the substrate bed. This led to the creation of preferential flow paths, with overheating in localized regions of the bed and a lack of uniformity of pectinase levels at the end of the fermentation. In the current work, we investigated the use of intermittent agitation as a strategy for preventing agglomeration and thereby improving the performance of our pilot-scale packed-bed bioreactor. We compared three agitation regimes with a substrate mixture consisting of 27 kg of wheat bran and 3 kg of sugarcane bagasse: a single agitation (10 h), three agitations (at 8, 10 and 12 h) and five agitations (every 2 h from 8 to 16 h). Good uniformity of pectinase activity in the bed was achieved after an agitation event, but if the bed was left unmixed for periods of around 10 h, the agglomeration problems tended to return, with subsequent loss of uniformity. The best regime was that with three agitations. Agglomeration did not occur and, as a result, the bed temperature was maintained in the range of 30 to 35°C, which is favorable for growth of A. niger. Harvesting would be at 20 h, when the pectinase levels were relatively uniform within the bed: For 15 samples removed from different vertical and horizontal positions of the bed at this time, the average pectinase activity was 22 U g?1 and a sample standard deviation of 2 U g?1. We conclude that use of intermittently-mixed packed-bed bioreactors is a promising strategy for producing pectinases in SSF. Key-words: Solid-state fermentation. Packed-bed bioreactor. Aspergillus niger. Intermittent agitation. Pectinases. Product uniformity.
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