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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.97.2017.tde-14092016-164445
Document
Author
Full name
Isabela Silveira Ferreira
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Lorena, 2014
Supervisor
Committee
Roberto, Inês Conceição (President)
Fietto, Luciano Gomes
Medeiros, Maria Bernadete de
Title in Portuguese
Estudo da produção de etanol a partir de glicose empregando a levedura termotolerante kluveromyces marxianus NRRL Y-6860
Keywords in Portuguese
Etanol
Fermentação
Glicose
Kluyveromyces marxianus
Suplementação Nutricional
Abstract in Portuguese
O presente trabalho teve como principal objetivo estudar o desempenho fermentativo da levedura Kluyveromyces marxianus NRRL Y-6860 em meio semissintético, contendo glicose como fonte de carbono. Numa primeira etapa, avaliou-se o efeito de diferentes temperaturas (35, 40, 43 e 45ºC), assim como o efeito inibitório do etanol adicionado ao meio (0, 15, 30, 45, 60g/L) sobre os parâmetros do bioprocesso. A partir da temperatura de cultivo selecionada foi então avaliado o efeito da suplementação nutricional e da concentração de inóculo sobre o perfil fermentativo desta linhagem. Os ensaios foram realizados em frascos Erlenmeyer de 125 mL, contendo 50 mL de meio, 120 g/L de glicose, agitados a 100 rpm. Dentre as temperaturas avaliadas, os melhores resultados (consumo de 70% de glicose, produção de etanol de 38 g/L) foram obtidos a 43ºC, o que correspondeu a uma produtividade volumétrica em etanol (QP) de 3,2 g/L. h e eficiência de 80%. Nesta temperatura, os resultados da adição de etanol em diferentes concentraçõe sno inídio da fermentação revelaram qu eo aumento na concentração do álcool afetou negativamente a fermentabilidade de K. marxianus, constatando-se completa inibição quando foi adicionado 45 g/L de etanol. Posteriormente, avaliou-se o efeito dos nutrientes (KH2PO4 de 0,5 a 1,5 g/L; (NH4)2SO4 de 1,0 a 3,0 g/L; MgSO4 de 0,1 a 0,5 g/L e extrato de levedura de 3,0 a 7,0 g/L) e da concentração inicial de células (de 1,0 a 5,0 g/L) sobre a produção de etanol pela levedura. Os ensaios foram realizados de acordo com um planejamento fatorial fracionado 25-1, visando identificar e quantificar o efeito individual das variáveis experimentais e de suas interações sobre o bioprocesso, sendo avaliadas as respostas: máxima concentração de etanol e glicose consumida. Os resultados da análise estatística mostraram que a concentração inicial de células exerceu um efeito positivo sobre ambas as respostas, já o extrato de levedura apresentou um efeito negativo, enquanto que o KH2PO4 proporcionou um efeito positivo somente sobre a concentração máxima de etanol, ao nível de 90% de confiança. A análise estatística também revelou que os efeitos de interação entre as variáveis não foram significativas. Com base nestes resultados, concluiu-se que o desempenho fermentativo de K. marxianus NRRL Y-6860, a 43ºC, foi favorecido após estudo da composição nutricional e da concentração de inóculo, com aumento de 19, 24, 25 e 16% sobre o consumo de glicose, produção de etanol, QP e eficiência do processo, respectivamente, quando comparados aos resultados obtidos na primeira etapa do trabalho. Além disso, com os ensaios do planejamento foi possível reduzir o nível de (NH4)2SO4, MgSO4 e extrato de levedura.
Title in English
Study of ethanol production from glucose using a thermotolerant yeast Kluyveromyces marxianus NRRL Y-6860
Keywords in English
Ethanol
Fermentation
Glucose
Kluyveromyces marxianus
Nutritional supplementation
Abstract in English
In the present work the fermentation perfomance of the yeast Kluyveromyces marxianus NRRL Y-6860 in semi-synthetic medium containing glucose as carbon source was investigated. Initially, it was assessed the effect of different temperatures (35, 40, 43 and 45ºC) and the degree of ethanol toxicity (0, 15, 30, 45, 60 g/L) on the bioprocess parameters. From the selected temperature, it was then evaluated the effect of nutritional supplementation and inoculum concentration on the fermentation profile of this yeast. Fermentations assays were conducted in 125 mL Erlenmeyer flasks containing 50 mL of medium, 120 g/L glucose, at 100 rpm agitation speed. Among all temperatures evaluated the best results (70% consumption of glucose, 40 g/L of ethanol) were obtained at 43ºC, corresponding to volumetric ethanol productivity (QP) of 3.2 g/L.h and 80% efficiency. The results of ethanol toxicity in the fermentation at 43ºC, showed that increasing alcohol concentration decreased the fermentability of K. marxianus, being observed a complete inhibitiion when 45 g/L of ethanol was added in the medium. Afterward, the effect of nutrients (KH2PO4 0.5 to 1.5 g/L, (NH4)2SO4 from 1.0 to 3.0 g/L, MgSO4 from 0.1 to 0.5 g/L yeast extract and 3.0 to 7.0 g/L) and the initial concentration of cells (1.0 to 5.0 g/L) on the ethanol production by K. marxianus was investigated. The assays were perfomed according to a fractional factorial design 25-1, to identify and quantify the individual variables effects and their interactions on the bioprocess. The satistical analysis results showed that the initial cell concentrations ahd a positive effect on maximum ethanol concentration and consumed glucose. On the other hand, yeast extract had negative effect, while KH2PO4 concentration provided a positive effect only on the ethanol maximum concentration, at 90% confidence level. Statistical analysis also revealed that the interaction effects between variables were not significant. Based on these results, it was concluded the fermentation perfomance of K. marxianus NRRL Y-6860, at 43ºC, was favored after study the nutritional composition and inoculum concentration, since increased 19, 24, 25 and 16% of glucose consumption, ethanol production, QP and process efficiency, respectively, when compared to results obtained in the first phase of the present work. Furthermore, with the experimental design was possible to reduce th elevel of (NH4)2SO4, MgSO4 and yeast extract.
 
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Publishing Date
2017-11-20
 
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