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Campo DCValorIdioma
dc.creatorDIAS, Giancarlo de Souza-
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/1105068218834771por
dc.contributor.advisor1PERNA, Rafael Firmani-
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/759146096913562por
dc.contributor.advisor-co1VILLALBA MORALES, Sergio Andres-
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7673526126442085por
dc.contributor.referee1MAIORANO, Alfredo Eduardo-
dc.contributor.referee2ROLEMBERG, Marlus Pinheiro-
dc.date.accessioned2021-02-23T13:12:28Z-
dc.date.issued2020-03-27-
dc.identifier.citationDIAS, Giancarlo de Souza. Implementação de reator de leito fixo empacotado com biomassa catalítica de Aspergillus oryzae IPT-301 para a produção de frutooligossacarídeos. 2020. 95 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Alfenas, Poços de Caldas, 2020.por
dc.identifier.urihttps://bdtd.unifal-mg.edu.br:8443/handle/tede/1729-
dc.description.resumoFrutooligossacarídeos (FOS) são açúcares prebióticos de baixa caloria que apresentam diversos benefícios à saúde humana. São disponibilizados comercialmente mediante produção sintética, por reação de transfrutosilação, utilizando enzimas microbianas como a frutosiltransferase (FTase, E.C.2.4.1.9) e sacarose como substrato. Dentre os microrganismos potencialmente produtores destas enzimas, destaca-se o Aspergillus oryzae IPT-301, sintetizando FTase micelial (enzima aderida a biomassa microbiana) com elevada atividade de transfrutosilação (At). Atualmente, a produção de FOS é conduzida em biorreatores em batelada, um processo lento e oneroso. Portanto, torna-se necessária a implementação de sistemas de reação contínuos, em reatores de leito fixo (PBR), que aumentem o volume de produção de FOS e diminuam seus custos de produção. Para isso, o uso de biocatalisadores na forma de células íntegras (biomassa catalítica) para a produção do açúcar torna-se vantajoso por exibirem suporte natural para própria enzima. Diante deste contexto, este trabalho propôs implementar um sistema de reação contínuo em reator PBR, empacotado com biomassa catalítica de Aspergillus oryzae IPT-301, visando obter elevada atividade de transfrutosilação para a produção de FOS. Para isso, buscou-se, inicialmente, avaliar a influência dos parâmetros de projeto (diâmetro das esferas de biomassa e altura do leito catalítico) no tempo médio de residência, por meio da caracterização da Distribuição do Tempo de Residência (DTR). Entretanto, por se tratar de um leito poroso, foi necessário saturar a biomassa catalítica com azul de metileno (AM) para reduzir os erros associados a adsorção do corante no leito catalítico. Posteriormente, foi estudada a influência da temperatura do meio reacional (40 ºC, 50 ºC e 60 ºC), da concentração de sacarose (173 g L-1 a 573 g L-1) e da vazão volumétrica de alimentação de substrato (5,0 mL min-1 a 20,0 mL min-1) nos perfis de atividade de transfrutosilação. Também foram obtidos os parâmetros cinéticos mediante ajustes dos modelos de Michaelis-Menten e Hill aos dados experimentais e, por fim, realizados estudos de transferência de massa interna (TMI) e externa (TME) assim como ensaios de estabilidade operacional com e sem reciclo no reator PBR. Para a saturação da biomassa catalítica in situ, foram necessários dois ciclos de adsorção/purga e, como a melhor condição de projeto, obteve-se um leito catalítico de 13,0 cm de altura constituído por esferas de biomassa de 6,0 ± 0,4 mm de diâmetro. Os melhores perfis de atividade enzimática foram obtidos operando o reator PBR a 50 ºC, alimentado com solução de sacarose de 473 g L-1, pH 5,5, a uma vazão volumétrica de 11,5 mL min-1. A cinética enzimática foi melhor ajustada ao modelo de Michaelis-Menten. Sob essas condições, permitiu-se observar que a reação não foi limitada pelos efeitos de TMI e TME. Os ensaios de estabilidade operacional mostraram, nos primeiros 420 min de reação, uma redução de 25 % na atividade enzimática, mantendo-se estável após esse período. Comparado ao processo batelada, sob as mesmas condições operacionais, verificou-se que o processo contínuo apresentou os melhores resultados para a atividade de transfrutosilação e estabilidade operacional. Diante dos resultados obtidos, pode-se concluir que a implementação do processo contínuo, para a produção de FOS, mostrou-se promissora ao se alcançar perfis elevados de atividades enzimáticas em reator PBR recheado com biomassa catalítica microbiana.por
dc.description.abstractFructooligosaccharides (FOS) are low-calorie prebiotic sugars that have several benefits to human health. They are commercially available through synthetic production, by transfrutosylation reaction, using microbial enzymes such as fructosyltransferase (FTase, E.C.2.4.1.9) and sucrose as substrate. Among the microorganisms potentially producers of this enzymes, Aspergillus oryzae IPT-301 stands out, synthesizing mycelial FTase (enzyme adhered to microbial biomass) with high transfrutosylation activity (At). Currently, the production of FOS is carried out in batch bioreactors, a slow and costly process. Therefore, it is necessary to implement continuous reaction systems, in fixed bed reactors (FBR), which increase the volume of FOS production and decrease its production costs. For this, the use of biocatalysts in the form of whole cells (catalytic biomass) for the production of sugar becomes advantageous because they exhibit natural support for the enzyme itself. In this context, this work proposed to implement a continuous reaction system in a FBR reactor, packed with catalytic biomass of Aspergillus oryzae IPT-301, aiming at obtaining high transfrutosylation activity for the production of FOS. To this end, we initially sought to obtain the best design conditions (diameter of the biomass spheres and height of the catalytic bed) through studies and characterization of the Residence Time Distribution (RTD). However, since it is a porous bed, it was necessary to saturate the catalytic biomass with methylene blue (AM) to reduce the errors associated with the adsorption of the dye in the catalytic bed. Subsequently, the influence of operational parameters on the transfrutosylation activity profiles was studied, evaluating the effect of the temperature of the reaction medium (40 ºC, 50 ºC and 60 ºC), of the sucrose concentration (173 g L-1 at 573 g L-1) and the volumetric flow rate of substrate feed (5.0 mL min-1 to 20.0 mL min-1) in order to obtain the best reaction conditions. The kinetic parameters were also obtained by adjusting the Michaelis-Menten and Hill models to the experimental data and, finally, internal (TMI) and external (TME) mass transfer studies were carried out, as well as operational stability tests with and without recycling in the PBR reactor. For the saturation of the catalytic biomass in situ, two cycles of adsorption/purge were necessary and, as the best design condition, a catalytic bed of 13.0 cm in height was made up of spheres of biomass of 6.0 ± 0,4 mm in diameter. The best profiles of enzymatic activity were obtained operating the PBR reactor at 50 ºC, fed with sucrose solution of 473 g L-1, pH 5.5 and a volumetric flow rate of 11.5 mL min-1. A kinetic enzyme was better fitted to the Michaelis-Menten model. Under these conditions, it is possible to observe that the reaction was not limited by the effects of TMI and TME. The stability tests showed, in the first 420 minutes of reaction, a 25% reduction in enzyme activity, remain stable after this period. Compared to the batch process, under the same operational conditions, it was found that the continuous process presented the best results for the activity of transfrutosylation and operational stability. In view of the results obtained, it can be concluded that the implementation of the continuous process, for the production of FOS, has shown promise when reaching high profiles of enzymatic activities in a PBR reactor filled with microbial catalytic biomass.eng
dc.description.provenanceSubmitted by Thaís Aparecida de Lima (thais.aplima@unifal-mg.edu.br) on 2020-12-22T21:03:37Z No. of bitstreams: 2 Dissertacao_GiancarloDeSouzaDias_2020_PPGEQ.pdf: 1994294 bytes, checksum: 696f419e11fd086ad8f67adb7da10e4b (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5)eng
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dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais - FAPEMIGpor
dc.formatapplication/pdf*
dc.languageporpor
dc.publisherUniversidade Federal de Alfenaspor
dc.publisher.departmentInstituto de Ciência e Tecnologiapor
dc.publisher.countryBrasilpor
dc.publisher.initialsUNIFAL-MGpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Químicapor
dc.rightsAcesso Abertopor
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/-
dc.subjectCinética enzimática.por
dc.subjectAspergillus oryzae.por
dc.subjectMassa – Transferência.por
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICApor
dc.titleImplementação de reator de leito fixo empacotado com biomassa catalítica de Aspergillus oryzae IPT-301 para a produção de frutooligossacarídeospor
dc.title.alternativeImplementation of a fixed bed reactor packed with Aspergillus oryzae IPT-301 catalytic biomass for the production of fructooligosaccharideseng
dc.typeDissertaçãopor
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