Orientador: Gonçalo Amarante Guimarães Pereira

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia

Resumo: O ácido propiônico possui grande importância para a economia devido às suas diversas aplicações nas indústrias químicas e alimentícias. Atualmente, ele é produzido a partir de derivados do petróleo, mas as atuais preocupações ambientais relacionadas às emissões de carbono provenientes de...

Resumo: O ácido propiônico possui grande importância para a economia devido às suas diversas aplicações nas indústrias químicas e alimentícias. Atualmente, ele é produzido a partir de derivados do petróleo, mas as atuais preocupações ambientais relacionadas às emissões de carbono provenientes de fontes fósseis tornam a sua produção por rotas biológicas e fontes renováveis um processo cada vez mais atraente. O ácido propiônico também pode ser produzido a partir do metabolismo heterofermentativo da Propionibacterium acidipropionici. Embora existam diversos estudos que visem à otimização do processo de produção de ácido propiônico por rotas biológicas, ainda não existe nenhum processo eficiente que possa ser escalonado a um nível industrial. Consequentemente, o foco deste trabalho está no uso de ferramentas de planejamento experimental para a produção de ácido propiônico a partir de xarope de cana-de-açúcar (caldo de cana-de-açúcar concentrado), levando-se em conta três respostas de extrema importância para este bioprocesso: rendimento, produtividade volumétrica e a resposta de menor formação de ácido succínico (RMS). Na primeira parte do trabalho foi realizada a adequação de um método cromatográfico para a quantificação dos açúcares presentes no xarope de cana-de-açúcar, a identificação da linhagem P. acidipropionici ATTC 4875 como a mais adequada para a produção de ácido propiônico e o estudo do papel do extrato de levedura como fonte de nitrogênio para o meio de cultura. Utilizando-se o delineamento experimental Plackett & Burman, foram estudados 8 fatores com o objetivo de avaliar a sua importância no processo. Dos 8 fatores, três (temperatura, concentração de extrato de levedura e concentração de xarope de cana-de-açúcar) foram selecionados por apresentarem influência significativa no processo de produção de ácido propiônico. Em uma segunda etapa, utilizando um delineamento composto central rotacional (DCCR), foram determinados os valores ótimos desses fatores como sendo 35 ºC de temperatura, 22 g/L de extrato de levedura e 54 g/L de concentração de xarope de cana-de-açúcar. Com estas condições, obteve-se um rendimento de 47% (m/m), uma produtividade volumétrica de 0,89 g/L. h e uma RMS de 94%. Estes resultados significaram um incremento de 5%, 196% e 8% no rendimento, na produtividade volumétrica e na RMS, respectivamente, quando comparados à condição de cultivo inicial

Abstract: Propionic acid is of great importance for economy because of its variety of applications in the chemical and food industries. It is currently produced from petroleum, but due to environmental concerns related to carbon emissions from fossil fuels the production based on renewable...

Abstract: Propionic acid is of great importance for economy because of its variety of applications in the chemical and food industries. It is currently produced from petroleum, but due to environmental concerns related to carbon emissions from fossil fuels the production based on renewable biological routes is becoming more attractive. Propionic acid can be produced through the heterofermentative metabolism of Propionibacterium acidipropionici. Despite the existence of several studies aimed at optimization of propionic acid production through biological routes, no efficient process that can be scaled up to an industrial level has been developed yet. Consequently, the goal of this project is the use of chemometric tools for the production of propionic acid from sugar cane syrup (concentrated sugar cane juice), taking into account three responses of extreme importance to an industry level process: yield, volumetric productivity and the response of lowest succinic acid formation (RMS). The first steps were the adaptation of a chromatography method for the quantification of sugars present in sugar cane syrup, the identification of strain P. acidipropionici ATCC 4875 as the most suitable organism for propionic acid production and the role of yeast extract as a nitrogen source in the culture medium. Using the experimental design method, developed by Plackett and Burman, 8 factors were evaluated to assess their importance in the process. Three of these eight factors (temperature, yeast extract concentration and sugar cane syrup concentration) were selected because of their significant influence on propionic acid production. In a second step, central composite design (CCD) was used to determine the optimum values of these factors, being 35°C for temperature, 22 g/L of yeast extract and 54 g/L of sugar cane syrup. Under these conditions, a yield of 47% (w/w), a volumetric productivity of 0.89 g/L. h and a RSM of 94% were obtained. These results represented an increase of 5%, 196% and 8% in yield, volumetric productivity and RMS, respectively, compared to the initial culture condition