Orientador: Fumio Yokoya

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos

Resumo: Foi conduzido um estudo sobre métodos e condições de fermentação de melaço de cana-de-açúcar por Zymomonas mobilis CP4 e seu efeito sobre os parâmetros cinéticos de fermentação. Avaliou-se o efeito da temperatura, controle de pH e efeito de íons Ca++, K+ , Cl- e Mg ++ em meio de fermentação...

Resumo: Foi conduzido um estudo sobre métodos e condições de fermentação de melaço de cana-de-açúcar por Zymomonas mobilis CP4 e seu efeito sobre os parâmetros cinéticos de fermentação. Avaliou-se o efeito da temperatura, controle de pH e efeito de íons Ca++, K+ , Cl- e Mg ++ em meio de fermentação com sacarose. Em melaço de cana-de-açúcar foi estudado o efeito da clarificação e suplementação com nutrientes. Determinaram-se os parâmetros cinéticos de fermentação do melaço em processo descontínuo, descontínuo alimentado e contínuo em escala de laboratório; e descontínuo e descontínuo alimentado em fermentador piloto. Foram também realizados ensaios de fermentação em processo descontínuo, em escala de laboratório, utilizando caldo de cana-de-açúcar e HTM como substratos da fermentação. Determinou-se que a temperatura de 34°C é a mais apropriada para o crescimento e produção de álcool por Zymomonas mobilis CP4 em meio com sacarose e melaço; a produção de levana diminui com o aumento da temperatura e com o controle de pH durante a fermentação. Os tratamentos de clarificação do melaço, removeram Ca++ e K+, mas são aumentaram os rendimentos fermentativos. Ca ++, K+ e Cl- são inibidores do crescimento e fermentação de Zymomonas mobilis CP4, mas o Mg++ são apresentou efeito inibitório em nenhuma das condições. estudadas. A suplementação do melaço é necessária para aumentar os rendimentos fermentativos. Em processo descontínuo os melhores resultados foram em concentração de melaço de 108 g/l. A produtividade em processo contínuo foi superior a dos processos descontínuo e descontínua-alimentado. Em fermentador piloto os rendimentos fermentativos em processo descontínuo foram superiores aos do fermentado de laboratório, mas a produtividade foi menor. Em descontínuo alimentado os rendimentos foram superiores aos do ensaio em fermentador de laboratório. O melaço de cana-de-açúcar e o caldo de cana de açúcar são matérias-primas apropriadas para a fermentação, mas devem ser suplementadas para obter rendimentos fermentativos altos.

Abstract: This study was carried out to characterize the methods and parameters affecting the fermentation of Zymomonas mobilis CP4 on sugar cane molasses as sustrate. Temperature, pH, Ca++, K+, Mg++ and Cl- were the experimental variables using on a saccharose culture medium. Besides, the effects...

Abstract: This study was carried out to characterize the methods and parameters affecting the fermentation of Zymomonas mobilis CP4 on sugar cane molasses as sustrate. Temperature, pH, Ca++, K+, Mg++ and Cl- were the experimental variables using on a saccharose culture medium. Besides, the effects of clarification and nutrients suplementation of sugar cane molasses was studied. Kinetics parameters on sugar cane molasses were analyzed under different experimental conditions: a prototype lab fermenter was used in batch, fed-batch and continuous fermentations, and a pilot prototype scale was used for batch and fed-batch fermentations. At the same time, fermentation assays in a discontinuous process under laboratory scale procedures were carried out using sugar cane medium and HTM as the sustrate of the fermentation. Growth rate and ethanol production by Zymomonas mobilis CP4 in saccharose and molasses culture medium were optimum at 34 °C. Levan output decreased with increasing temperature and pH control during the fermentation. Clarification treatments in molasses decreased the amount of Ca++ and K+ but not better results in fermentation rate were observed, despite the fact that both ions and chlorides ions exert and inhibitory effect in growing and fermentation activities of Zymomonas mobilis CP4. No negative effect was observed concerning Mg ++. Besides, molasses suplementation with nutrients was necessary to increase yields. In' batch process better -kinetics results were obtained with molasses concentrations of 108 g/l. The productivity was higher in continuous process compared with batch and fed-batch processes. The fermentation output obtained with batch process were higher under pilot plant operation in contrait with laboratory scale models. Sugar cane molasses and. sugar cane culture medium were better nutritional products for fermentation purposes but most be supplemented to get better results.