dissertação
Ampliação de escala e purificação parcial de ácido propiônico obtido por fermentação usando Propionibacterium freudenreichii subsp ATCC6207
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Universidade Federal de Lavras
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Escola de Ciências Agrárias de Lavras
Programa de Pós-Graduação
Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos
Agência de fomento
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Tipo de impacto
Áreas Temáticas da Extenção
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
Dados abertos
Resumo
O ácido propiônico (AP) é obtido atualmente por síntese química a partir de matéria-prima derivada do petróleo. Buscando abordagens sustentáveis, as pesquisas têm sido voltadas ao uso de microrganismos e biomassa renovável no processo de produção de AP. A demanda por AP tem crescido nos últimos anos por ser considerado um aditivo seguro pela Food and Drug Administration (FDA), sendo muito aplicado pelas indústrias químicas e de alimentos em razão da sua atividade antimicrobiana. O presente trabalho teve como objetivo avaliar a produção de AP em biorreator usando meio de fermentação com permeado de soro leite (PSL) como fonte de carbono e água de maceração de milho (AMM) como fonte de nitrogênio e investigar sua purificação usando criogéis de troca iônica. O primeiro tratamento foi realizado com fermentação descontínua por 120 h, em triplicata, com controle e variação do pH em biorreator com meio composto por PSL, contendo 40 g L-1 de lactose e 65 g L-1 de AMM e inóculo preparado com Propionibacterium freudenreichii subsp ATCC 6207. A cada 24 horas, amostras foram retiradas para determinar as concentrações de lactose, pH, ácidos orgânicos (ácido acético, propiônico e lático) e contagem de bactérias propiônicas. O segundo tratamento foi conduzido com fermentação descontínua alimentada, com controle da concentração de lactose e do pH. O meio fermentado foi composto por PSL e AMM e mesmo inóculo. A concentração de lactose ao longo da fermentação por batelada alimentada no biorreator foi mantida entre 5 e 15 g L-1. Também foram retiradas amostras para análises dos ácidos orgânicos (acético, propiônico e lático) e para contagem de bactérias propiônicas. Comparando-se os dois tratamentos, verificou-se que o processo em batelada foi mais eficaz na produção de AP, com rendimento de 7,41 g.L-1 e produtividade de e 0,103 g.L-1.h-1 com 72 h de fermentação. Nos testes de purificação, a adsorção do PA foi estudada em diferentes pH (4, 5, 6 e 7) usando criogéis funcionalizados com taurina (Criogel-Tau). A matriz que apresentou maior capacidade de adsorção de AP (256,13 mg g-1) e menor capacidade de adsorção de ácido acético (29,34 mg g-1) foi com o pH 4. O presente estudo apresenta uma alternativa para obtenção e purificação de ácido propiônico, com aproveitamento de subprodutos da indústria alimentícia.
Abstract
Propionic acid (PA) is currently obtained by chemical synthesis from petroleum-derived feedstock. Seeking sustainable approaches, research has focused on the use of microorganisms and renewable biomass in the production process of PA. The demand for PA has grown in recent years because it is considered a safe additive by the Food and Drug Administration (FDA), being widely applied by the chemical and food industries due to its antimicrobial activity. The present work aimed to evaluate the production of PA in bioreactor using fermentation medium with whey permeate (PSL) as carbon source and corn step liquor (AMM) as nitrogen source and to investigate its purification using ion exchange cryogels. The first treatment was carried out with discontinuous fermentation for 120 h, in triplicate, with control and pH variation in a bioreactor with medium composed of PSL, containing 40 g L-1 lactose and 65 g L-1 AMM and inoculum prepared with Propionibacterium freudenreichii subsp ATCC 6207. Every 24 hours, samples were taken to determine lactose concentrations, pH, organic acids (acetic, propionic, and lactic acid), and propionic bacteria counts. The second treatment was conducted with discontinuous fed fermentation, with control of lactose concentration and pH. The fermented medium was composed of PSL and AMM and the same inoculum. The lactose concentration throughout the fed-batch fermentation in the bioreactor was maintained between 5 and 15 g L-1. Samples were also taken for analysis of organic acids (acetic, propionic and lactic) and for counting propionic bacteria. Comparing the two treatments, it was found that the batch process was more efficient in PA production, with yield of 7.41 g.L-1 and productivity of e 0.103 g.L-1.h-1 with 72 h of fermentation. In purification tests, the adsorption of PA was studied at different pH (4, 5, 6 and 7) using taurine functionalized cryogels (Criogel-Tau). The matrix that presented the highest adsorption capacity for PA (256.13 mg g-1) and the lowest adsorption capacity for acetic acid (29.34 mg g-1) was at pH 4. The present study presents an alternative for obtaining and purifying propionic acid, using by-products from the food industry.
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TAVARES, L. A. Ampliação de escala e purificação parcial de ácido propiônico obtido por fermentação usando Propionibacterium freudenreichii subsp ATCC6207. 2021. 95 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Alimentos) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2021.