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metadata.teses.dc.title: Aproveitamento de subprodutos da indústria de alimentos para produção de ácido propiônico por fermentação e purificação usando sistemas aquosos bifásicos
metadata.teses.dc.title.alternative: The use of by-products of the food industry for the production of propionic acid by fermentation and purification using aqueous two-phase systems
metadata.teses.dc.creator: Ngome, Moisés Tomás
metadata.teses.dc.creator.Lattes: http://lattes.cnpq.br/5987199951280694
metadata.teses.dc.contributor.advisor1: Alves, José Guilherme Lembi Ferreira
metadata.teses.dc.contributor.advisor-co1: Piccoli, Roberta Hilsdorf
metadata.teses.dc.contributor.referee1: Piccoli, Roberta Hilsdorf
metadata.teses.dc.contributor.referee2: Bernal, Olga Lucía Mondragón
metadata.teses.dc.contributor.referee3: Verissimo, Lizzy Ayra Alcantara
metadata.teses.dc.contributor.referee4: Santisteban, Bernardo Onagar Yépez Silva
metadata.teses.dc.subject: Soro de leite
Água de maceração de milho
Extração líquido-líquido
Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR)
Propionibacterium spp.
Lactobacillus spp.
Whey
Corn steep liquor
Liquid-liquid extraction
Central composite rotational design
Rotational Central Composite Design (RCCD)
metadata.teses.dc.date.issued: 11-Mar-2019
metadata.teses.dc.description.sponsorship: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
metadata.teses.dc.identifier.citation: NGOME, M. T. Aproveitamento de subprodutos da indústria de alimentos para produção de ácido propiônico por fermentação e purificação usando sistemas aquosos bifásicos. 2019. 109 p. Tese (Doutorado em Ciência dos Alimentos)–Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2019.
metadata.teses.dc.description.resumo: O ácido propiônico está entre os 30 produtos químicos aplicados como conservante de alimentos e de ração animal, intermediário químico na síntese de fibras de celulose, herbicidas, perfumes e produtos farmacêuticos. O ácido propiônico pode ser produzido por síntese química e por fermentação. Em processos fermentativos, o custo do meio de cultivo é um dos fatores a ser reduzido. Além disso, tecnologias convencionais de purificação são o grande gargalo de todo o processo de produção, em termos de complexidade e alto custo, porque envolvem várias operações unitárias e, portanto, em cada passo, alguma quantidade de molécula alvo é perdida, resultando em grande perda global. Nesse sentido, o uso de subprodutos para o processo fermentativo como soro de leite (fonte de carbono) e água de maceração de milho (AMM) (fonte de nitrogênio), seguida de purificação do ácido propiônico, usando Sistemas Aquosos Bifásicos (SAB) que é uma tecnologia simples, podem ser opções economicamente viáveis. Assim, foi objetivo deste trabalho estudar a viabilidade do aproveitamento de subprodutos da indústria de alimentos para biossíntese de ácido propiônico por cultura mista e sua purificação do mosto fermentado usando SAB. Para isso, o experimento foi dividido em três etapas nas quais foi usado Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR). Na primeira etapa, empregou-se fatorial completo 2 3 , em que glicose e extrato de levedura foram substituídos por soro láteo. Foram testados três fatores (concentração das células, da lactose e do CaCO3) e foi usada cultura mista de Propionibacterium freundenreichii ATCC 6207 e Lactobacillus paracasei subsp. paracasei. Apenas lactose e CaCO3 foram significativos (p<0,05) e conseguiu-se produzir ácido propiônico numa concentração de 23,27 g L -1 . Valores entre 20 a 45 g L -1 de lactose e acima de 26 g L -1 de CaCO3 aumentaram a biossíntese do ácido propiônico. Na segunda etapa, foi conduzido um DCCR com 11 tratamentos, sendo glicose e extrato de levedura s ubstituídos por soro lácteo e AMM e foi usada cultura mista de Propionibacterium acidipropionicii NRRL B-3568 e Lactobacillus paracasei. Neste caso, os fatores testados foram lactose e AMM. Tanto a lactose como AMM foram significativos (p<0,05) com a maior produção do ácido propiônico de 6,85 g L -1 . Este valor foi obtido com uso de 40 g L -1 de lactose e 65 g L -1 de AMM. Por fim, na terceira etapa, foram conduzidos novos experimentos empregando DCCR para avaliar a partição do ácido propiônico puro e a purificação de ácido propiônico em um sistema aquoso bifásico com polietilenoglicol (PEG) e citrato de sódio. As duas variáveis independentes foram PEG e citrato de sódio e foram testadas 2 massas molares de PEG (1500 e 4000). Foram determinados coeficientes de partição e relação de fases no processo de partição e purificação do ácido propiônico. Ainda na purificação, os melhores resultados foram analisados quanto à eficiência do processo. Os menores coeficientes de partição de ácido propiônico foram obtidos nos sistemas 24% m m -1 de PEG e 15% m m -1 de citrato de sódio, tanto para PEG1500, como para PEG4000, com valores inferiores a 0,4. Os melhores sistemas obtidos , para purificação dos ácidos orgânicos, com os menores coeficientes de partição de ácidos totais (KAT), foram 16,7% m m -1 PEG e 13,5% m m -1 citrato, para PEG1500 com KAT igual a 0,21 com uma eficiência de 58,03% e o sistema 24% m m -1 PEG e 15% m m -1 citrato com PEG4000, KAT de 0,15. A eficiência do processo de purificação, para esse último, sistema foi de 68,15%. A utilização de soro lácteo, água de maceração de milho e CaCO 3, para a biossíntese de ácido propiônico com uso da cultura mista de bactérias propiônicas e láticas, é viável. Nas condições testadas, a Propionibacterium freundenreichii apresentou melhores resultados da produção do ácido propiônico do que Propionibacterium acidipropionicii.
metadata.teses.dc.description.abstract: Propionic acid is among the 30 best chemicals used as a component for products with various applications: food and animal feed preservatives, chemical intermediates in the synthesis of cellulose fibers, herbicides, perfumes and pharmaceuticals. Propionic acid can be produced by chemical synthesis and by fermentation. In fermentative processes, the cost of growing medium is on e of the factors to be reduced. In addition, conventional purification technologies are also great bottleneck of the entire production process in terms of complexity and high cost because they involve several steps of unit operations and therefore at each step some amount of target molecule is lost, resulting in a large global loss. In this sense, the use of by-products such as whey (carbon source) and corn steep liquor (CSL) (nitrogen source) and then purification using Aqueous Two-Phase System (ATPS), which is a simple technology, can be economically feasible. Thus, the objective of this work was to study the viability of the use of by-products of the food industry for propionic acid biosynthesis and purification of the same in the fermented medium using ATPS. The experiment was divided into three stages. Central Composite Rotational Design (CCRD) was used at all stages. In the first step, 2 3 complete factorial was used, where glucose and yeast extract were replaced by whey. Three factors (cell, lactose and CaCO3 concentration) were tested and mixed culture of Propionibacterium freundenreichii ATCC 6207 and Lactobacillus paracasei were used. Only lactose and CaCO3 were significant (p<0.05), and propionic acid at a concentration of 23.27 g L -1 was produced. Values between 20 and 45 g L -1 of lactose and above 26 g L -1 of CaCO 3 increased the biosynthesis of propionic acid. In the second step, a CCRD with 11 treatments, glucose and yeast extract replaced by whey and CSL, was used and mixed culture of Propionibacterium acidipropionicii NRRL B-3568 and Lactobacillus paracasei were used. In this case, the factors tested were lactose and CSL. Both lactose and CSL were significant (p<0.05) with the highest propionic acid production of 6.85 g L -1 . This value was obtained with the use of 40 g L -1 lactose and 65 g L -1 CSL. Finally, in the third step, 4 CCRD were conducted to evaluate the partition of pure propionic acid and the purification of propionic acid in a biphasic aqueous system with PEG and sodium citrate. The two independent variables were PEG and sodium citrate and 2 PEG molar masses (1500 and 4000) were tested. Partition coefficients and phase relations were determined in the partition and purification process of propionic acid. Still in the purification, the best results were analyzed for the efficiency of the process. The lowest propionic acid partition coefficients were obtained in the 24% w w -1 PEG and 15% w w -1 sodium citrate systems for both PEG1500 and PEG4000, with values lower than 0.4. The best systems for purification of organic acids, with the lowest total acid partition coefficients (K AT), were 16.7% w w -1 PEG and 13.5% w w -1 citrate, for PEG1500 with KAT equal to 0.21 with an efficiency of 58.03% and the system 24% w w -1 PEG and 15% w w -1 citrate with PEG4000, KAT of 0.15. The efficiency of the purification process for the latter system was 68.15%. The use of whey, CSL and CaCO3, for the biosynthesis of propionic acid with the use of the mixed culture of propionic and lactic bacteria is feasible. In the conditions tested, Propionibacterium freundenreichii showed better results in the production of propionic acid than Propionibacterium acidipropionicii.
metadata.teses.dc.description: Arquivo retido, a pedido do autor(a), até março de 2020.
metadata.teses.dc.identifier.uri: http://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/33174
metadata.teses.dc.publisher: Universidade Federal de Lavras
metadata.teses.dc.language: por
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