dissertação
Produção de L(+)-ácido lático a partir de subprodutos agroindustriais por Lactobacillus rhamnosus ATCC 9595
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Universidade Federal de Lavras
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Departamento de Ciência dos Alimentos
Programa de Pós-Graduação
Programa de Pós-graduação em Ciência dos Alimentos
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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 lático (AL) é empregado nas indústrias de alimentos, química, farmacêutica, têxtil e de embalagens. Ele pode ser produzido por síntese química e por fermentação. Em processos fermentativos, o custo de meio de cultivo é um dos fatores a ser reduzido. Nesse sentido, o uso de subprodutos agroindustriais, como batata (fonte de carbono) e água de maceração de milho (fonte de nitrogênio), pode ser uma opção economicamente viável. Este trabalho foi realizado com o objetivo de seguir uma estratégia sequencial para a seleção de variáveis da composição do meio de fermentação por meio de um delineamento tipo Plackett-Burman (PB) e a posterior otimização do meio para a produção de L(+)-ácido lático por Lactobacillus rhamnosus ATCC 9595. Foram substituídas fontes convencionais de carbono e nitrogênio por subprodutos agroindustriais, como excedentes da produção de batata e água de maceração de milho, e foi também realizada a ampliação de escala por meio do uso de biorreator. No PB 12 foram avaliados oito fatores: concentrações de glicose, extrato de levedura, acetato de sódio, K2HPO4, MgSO4..7 H2O, MnSO4. 4H2O, CaCO3 e Tween 80. Apenas CaCO3 foi significativo para a produção de ácido lático. Na segunda etapa, empregou-se o delineamento composto central rotacional (DCCR) com fatorial completo 23, a glicose foi substituída pela farinha de batata previamente hidrolisada, o extrato de levedura por água de maceração de milho e foram variadas as concentrações de CaCO3. A maior concentração de AL (183,83 g/L) foi obtida utilizando-se 220 g/L de farinha de batata, 55 g/L de água de maceração de milho e 45 g/L de CaCO3, durante 72 horas, a 37 °C, obtendo-se 2,553 g/L.h de produtividade e 94,2% rendimento. Em biorreator foram produzidos 180,45 g/L de AL, sendo o meio composto por 210 g/L de farinha de batata, 65 g/L de água de maceração de milho e 55 g/L de CaCO3, apresentando produtividade de 2,506 g/L.h e rendimento de 96,7%. Os resultados do presente estudo demostraram que a utilização de farinha de batata e água de maceração de milho, juntamente com o uso de neutralizantes de acidez, como o CaCO3, para a produção de ácido lático por fermentação pelo Lactobacillus rhamnosus, é viável. O Plackett-Burman, o planejamento composto central e a metodologia de analise de superfície de resposta são métodos eficazes para a melhoria e a otimização de processos fermentativos.
Abstract
The lactic acid (LA) is used in the food, chemical, pharmaceutical, textile and packaging. The AL can be produced by chemical synthesis, by fermentation. In fermentation processes, the cost of culture medium is one factor to be reduced. In this sense, the use of agro-industrial by-products such as potatoes (carbon source) and corn steep liquor (nitrogen source) can be economically viable options. This study aimed to apply a screening design for selecting composition variables of the fermentation medium through a PlackettBurman design type (PB) and further optimization of the medium for the production of L (+)-lactic acid by Lactobacillus rhamnosus ATCC 9595 by replacing conventional sources of carbon and nitrogen by agro industrial byproducts, excess potato production and corn steep liquor, and a scale-up was also performed using a bioreactor. In PB12 eight factors were evaluated: glucose concentrations, yeast extract, sodium acetate, K2HPO4, MgSO4.7 H2O, MnSO4. 4H2O, CaCO3 and Tween 80. Only CaCO3 was significant for the production of LA. In the second stage, it was used the Central Composite Rotatable Design (CCRD) with full factorial 23, the glucose was replaced by potato flour previously hydrolyzed, the yeast extract was replaced by corn steep liquor and there were several concentrations of CaCO3. The highest concentration of LA (183.83 g/L) was obtained using 220 g/L of potato flour, 55 g/L of corn steep liquor and 45 g/L of CaCO3 during 72 h at 37°C, there was obtained 2.553 g/L.h productivity and 94.2% yield.180.45 g/L of LA was produced in bioreactor with a medium composed of 210 g/L of potato flour, 65 g/L of corn steep liquor and 55 g/L of CaCO3 presenting productivity of 2,506 g/L.h and yield of 96.7%. The results of this study demonstrated that the use of potato flour and corn steep liquor, with use of acid neutralizing such as CaCO3 for the production of lactic acid by fermentation by Lactobacillus rhamnosus is feasible. The PlackettBurman, central composite design and response surface analysis methodology are effective methods for the improvement and optimization of fermentation processes.
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Citação
CUNHA, M. C. da. Produção de L(+)-ácido lático a partir de subprodutos agroindustriais
por Lactobacillus rhamnosus ATCC 9595. 2016. 140 p. Dissertação (Mestrado em Ciência dos Alimentos)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2016.