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Tipo do documento: Dissertação
Título: Implementação de reator de leito fixo recheado com biomassa microbiana encapsulada em alginato para a produção de frutooligossacarídeos
Título(s) alternativo(s): Implementation of a packed bed reactor filled with alginate-encapsulated microbial biomass for the production of fructooligosaccharides
Autor: PRATA, Mateus Galvão 
Primeiro orientador: PERNA, Rafael Firmani
Primeiro coorientador: GUENTER, Theo
Primeiro membro da banca: XAVIER, Michelle da Cunha Abreu
Segundo membro da banca: VILLALBA MORALES, Sergio Andres
Resumo: Frutooligossacarídeos (FOS) são oligômeros de cadeia curta, constituídos por polímeros de frutose ligados à sacarose. Os FOS são classificados como prebióticos devido aos excelentes benefícios fisiológicos ocasionados pela sua ingestão regular. Os resultados promissores alcançados pela aplicação de frutosiltransferases (FTase) procedentes do fungo Aspergillus oryzae micelial imobilizado em matriz de alginato de cálcio na produção de FOS em regime batelada, subsidiam a transposição do processo para o regime de fluxo contínuo. Diante disso, este trabalho propôs a implementação de um reator de leito fixo (PBR) enzimático aplicado na produção de FOS via reação de transfrutosilação. A influência da temperatura e da vazão na atividade enzimática foi investigada por meio de delineamento composto central rotacional com triplicata no ponto central. Foi realizado, ainda, o estudo dos efeitos da concentração de substrato e da vazão volumétrica de alimentação na atividade do biocatalisador e obtidos os parâmetros cinéticos da reação enzimática. Os parâmetros de transferência de massa foram estimados e avaliou-se a estabilidade operacional do processo na ausência e presença de reciclo. As superfícies de resposta e curvas de contorno foram construídas e obteve-se, como os melhores parâmetros operacionais, a reação conduzida a 50°C, com o reator alimentado com solução de sacarose 400g.L-1 a uma vazão de 7,5mL.min-1. A respeito da cinética enzimática, os dados experimentais foram ajustados pelo modelo corporativo de Hill, indicando afinidade positiva entre enzima e substrato. O coeficiente de transferência de massa externo (k_c=1,0x10^(-2) m.s^(-1)) e o fator efetividade (η_m=0,974)η_m, calculado para a transferência de massa interna à partícula, comprovaram a baixa limitação imposta pelas etapas de transporte mássico à taxa de desenvolvimento da reação. O estudo da estabilidade operacional indicou retenção de 96 % da atividade enzimática após 12h de processo. Portanto, pode-se concluir que a implementação de reator PBR, recheado com biocatalisador encapsulado em gel de alginato de cálcio, mostrou-se promissora para a aplicação na produção enzimática de FOS.
Abstract: Fructooligosaccharides (FOS) are short chain oligomers, consisting of fructose polymers linked to sucrose. FOS are classified as prebiotics due to the excellent physiological benefits caused by their regular intake. The promising results achieved by the application of fructosyltransferases (FTase) from the mycelial fungus Aspergillus oryzae immobilized in a calcium alginate matrix in the production of FOS in a batch regime, support the transposition of the process to the continuous flow regime. Therefore, this work proposed the implementation of an enzymatic fixed bed reactor (PBR) applied in the production of FOS via transfrutosylation reaction. The combined influence of temperature and flow on enzymatic activity was investigated by means of a central rotational composite design with triplicate at the central point. The effects of the substrate concentration and the volumetric flow rate on the activities of the biocatalyst were also studied and the kinetic parameters of the enzymatic reaction were obtained. The mass transfer parameters were estimated and the operational stability of the process was evaluated in the absence and presence of recycle. The response surfaces and contour curves were constructed and the reaction conducted at 50°C was obtained as the best operational parameters, with the reactor fed with sucrose solution 400g.L-1 at a flow rate of 7.5mL.min-1. Regarding the enzymatic kinetics, the experimental data were adjusted by Hill's corporate model, indicating positive affinity between enzyme and substrate. The external mass transfer coefficient (k_c=1,0x10^(-2) m.s^(-1)) and the effectiveness factor (η_m=0.974), calculated for the internal mass transfer to the particle, demonstrate the low limitation imposed by the mass transport steps on the rate of reaction development. The study of operational stability indicated 96% retention of the enzymatic-catalytic activity after 12h of the process. Therefore, it can be concluded that the implementation of PBR reactor, filled with biocatalyst encapsulated in calcium alginate gel, has shown promise for application in the enzymatic production of FOS.
Palavras-chave: Enzimas microbianas.
Cinética enzimática.
Massa – Transferência.
Aspergillus oryzae.
Alginatos.
Área(s) do CNPq: ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal de Alfenas
Sigla da instituição: UNIFAL-MG
Departamento: Instituto de Ciência e Tecnologia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Citação: PRATA, Mateus Galvão. Implementação de reator de leito fixo recheado com biomassa microbiana encapsulada em alginato para a produção de frutooligossacarídeos. 2020. 102 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Alfenas, Poços de Caldas, 2020.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Endereço da licença: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
URI: https://bdtd.unifal-mg.edu.br:8443/handle/tede/1738
Data de defesa: 8-Mai-2020
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