Orientador: Telma Teixeira Franco

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

Resumo: Neste trabalho foram desenvolvidos estudos visando o estabelecimento de um processo de produção de lipídeos microbianos a partir de fontes renováveis, particularmente xilose, carboidrato derivado do processo de hidrólise de bagaço de cana-de-açúcar. Foi utilizada a levedura oleaginosa...

Resumo: Neste trabalho foram desenvolvidos estudos visando o estabelecimento de um processo de produção de lipídeos microbianos a partir de fontes renováveis, particularmente xilose, carboidrato derivado do processo de hidrólise de bagaço de cana-de-açúcar. Foi utilizada a levedura oleaginosa Lipomyces starkeyi DSM 70296, previamente selecionada no Laboratório de Engenharia Bioquímica, Biorefino e Produtos de Origem Renovável (LEBBPOR). A partir dos resultados preliminares em frascos agitados, partiu-se para estudos de batelada alimentada em biorreator (1,3 a 3L). Foram estudadas diferentes estratégias de alimentação, sendo que em batelada alimentada repetida, foram encontradas as maiores concentrações de células (85,4 g/L) e de lipídeos (41,8 g/L). Posteriormente foram estudados modos de operação em processos contínuos em meio sintético e meio contento o hidrolisado hemicelulósico (H-H). As maiores produtividades de células (0,443 g/g) e de lipídeos (0,236 g/g) foram encontradas em cultivo contínuo a 0,03h-1. Na vazão específica de alimentação de 0,06 h-1 foram obtidas as maiores produtividades de células (0,600 g/L.h) e de lipídeos (0.288 g/L.h). Análises de cromatografia em fase gasosa dos diferentes cultivos feitos revelaram que os principais constituintes deste complexo são os ácidos graxos de cadeia longa, como o ácido palmítico (C16:0), ácido esteárico (C18:0), ácido oleico (C18:1) e ácido linoleico. Foi estimado o número de cetano em torno de 61, muito próximo do biodiesel de palma. Também foram feitos estudos de balanço de massa e de energia em cultivo batelada alimentada utilizando somente xilose como fonte de carbono. O valor de calor de combustão (Qc) de 25,7 kJ/g obtido após 142 h de cultivo representa aproximadamente 56% do conteúdo energético do óleo diesel (45,4 kJ/g), indicando o potencial da L. starkeyi para biodiesel. Cultivos contínuos subsequentes foram feitos para a compreensão do processo de acúmulo de lipídeos, utilizando a ferramenta estatística de reconciliação de dados para melhorar os dados experimentais obtidos em quimiostato, reduzindo os erros experimentais para posterior cálculo de análise de fluxos metabólicos (MFA). Nesse sentido, os lipídeos produzidos por L. starkeyi apresentam relevante importância do ponto de vista acadêmico e industrial, podendo ser utilizados como matéria-prima para biodiesel e indústria oleoquímica

Abstract: Studies attempting the establishment of a microbial lipid production process from renewable resources, mainly xylose, were developed. This pentose, obtained from sugar cane bagasse hydrolysis. The oleaginous yeast Lipomyces starkeyi DSM 70296, previously selected at the Laboratory of...

Abstract: Studies attempting the establishment of a microbial lipid production process from renewable resources, mainly xylose, were developed. This pentose, obtained from sugar cane bagasse hydrolysis. The oleaginous yeast Lipomyces starkeyi DSM 70296, previously selected at the Laboratory of Biochemical Engineering, Biorefining and Products from Renewable Sources (LEBBPOR), was used throughout this thesis. After preliminary studies in shake flasks, we started fed-batch studies in fermentor (1.3 to 3L). Among the strategies studied, the highest cell mass and lipid concentrations reached up to 85.4 and 41.8 g/L, respectively, when repeated fed?batch strategy was applied. Subsequently, continuous processes were studied in synthetic medium and media containing hemicellulosic hydrolysate (H-H). The highest overall cell mass (0.443 g/g) and lipid yields (0.236 g/g) were achieved at dilution rate of 0.03 h-1. At dilution rate of 0.06 h-1, were obtained the highest productivities of cell mass (0.600 g/L.h) and lipids (0.288 g/L.h). Gas chromatography of esterified lipids revealed that the major constituents of this complex are long-chain fatty acids, such as palmitic acid (C16:0), stearic acid (C18:0), oleic acid (C18:1), and linoleic acid (C18:2) with an estimated cetane (around 61) very close to the palm biodiesel. Also have been studies of mass and energy balances from fed-batch cultivation using xylose as sole carbon source. The combustion heat (Qc) value 25.7 (kJ/g) obtained after 142 h of fed-batch cultivation, represents approximately 56% of the energy content of diesel oil (45.4 kJ/g), indicating the potential of L. starkeyi for biodiesel. Continuous cultures were made subsequently to understanding the process of lipid accumulation using a statistical tool for data reconciliation was used to improve the experimental data obtained in chemostat culture reducing the experimental errors for subsequent calculation of metabolic flux analysis (MFA). In this sense, lipids produced by L. starkeyi have relevant importance of academic and industrial point of view, as feedstock for biodiesel and oleochemical industry applications