EFEITO DAS PROPRIEDADES ESTRUTURAIS DO SUBSTRATO SOBRE AS CONDIÇÕES TÉRMICAS EM UM BIORREATOR DE FERMENTAÇÃO SÓLIDA

EFEITO DAS PROPRIEDADES ESTRUTURAIS DO SUBSTRATO SOBRE AS CONDIÇÕES TÉRMICAS EM UM BIORREATOR DE FERMENTAÇÃO SÓLIDA

CASCIATORI, FERNANDA PERPÉTUA; CASCIATORI, PRISCILA APARECIDA; THOMÉO, JOÃO CLÁUDIO

Artigo Completo:

O presente trabalho teve como objetivo avaliar o efeito das propriedades estruturais do substrato sobre as condições térmicas em biorreatores de fermentação em estado sólido (FES) em leito empacotado, mediante a geração de calor em decorrência das atividades metabólicas do fungo. A FES é um processo biotecnológico viável para o suprimento de enzimas hidrolíticas à cadeia de produção de etanol de segunda geração (2G), alternativa energética sustentável, mas encontra barreiras na carência de estudos de engenharia que viabilizem a operação dos biorreatores em escala industrial. O fungo termófilo Myceliophthora thermophila I-1D3b foi cultivado em diferentes substratos em biorreator de leito empacotado encamisado com 7,62 cm de diâmetro interno e 0,4 m de comprimento. Os substratos empregados foram uma mistura de fibras de bagaço de cana e farelo de trigo (7:3 m/m), farelo de trigo puro e uma mistura de bagaço de cana em pó e farelo de trigo (1:1 m/m). As temperaturas do ar percolante e da camisa foram mantidas a 45 ºC e a vazão de ar foi 60 L/h. Ao longo da fermentação, observou-se elevação de temperatura expressiva quando do emprego de farelo de trigo puro e da mistura de bagaço de cana em pó e farelo de trigo como substratos, denotando que a baixa porosidade do leito comprometeu a remoção de calor do interior da matriz sólida nesses casos. Quando do cultivo em substrato contendo fibras de bagaço de cana, meio mais poroso, o crescimento do fungo foi bem distribuído pela matriz e a elevação de temperatura foi desprezível, mantendo-se a condição térmica desejável no biorreator.

O presente trabalho teve como objetivo avaliar o efeito das propriedades estruturais do substrato sobre as condições térmicas em biorreatores de fermentação em estado sólido (FES) em leito empacotado, mediante a geração de calor em decorrência das atividades metabólicas do fungo. A FES é um processo biotecnológico viável para o suprimento de enzimas hidrolíticas à cadeia de produção de etanol de segunda geração (2G), alternativa energética sustentável, mas encontra barreiras na carência de estudos de engenharia que viabilizem a operação dos biorreatores em escala industrial. O fungo termófilo Myceliophthora thermophila I-1D3b foi cultivado em diferentes substratos em biorreator de leito empacotado encamisado com 7,62 cm de diâmetro interno e 0,4 m de comprimento. Os substratos empregados foram uma mistura de fibras de bagaço de cana e farelo de trigo (7:3 m/m), farelo de trigo puro e uma mistura de bagaço de cana em pó e farelo de trigo (1:1 m/m). As temperaturas do ar percolante e da camisa foram mantidas a 45 ºC e a vazão de ar foi 60 L/h. Ao longo da fermentação, observou-se elevação de temperatura expressiva quando do emprego de farelo de trigo puro e da mistura de bagaço de cana em pó e farelo de trigo como substratos, denotando que a baixa porosidade do leito comprometeu a remoção de calor do interior da matriz sólida nesses casos. Quando do cultivo em substrato contendo fibras de bagaço de cana, meio mais poroso, o crescimento do fungo foi bem distribuído pela matriz e a elevação de temperatura foi desprezível, mantendo-se a condição térmica desejável no biorreator.

Palavras-chave:

DOI: 10.5151/ENEMP2015-LE-286

Referências bibliográficas

• [1] CASCIATORI, F. P.; LAURENTINO, C. L.; LOPES, K. C. M.; SOUZA, A. G.; THOMÉO, J. C. Stagnant Effective Thermal Conductivity of Agro-Industrial Residues for Solid-State Fermentation. International Journal of Food Properties, v. 16, p. 1578-1593, 2013.
• [2]
• [3] CASCIATORI, F. P.; LAURENTINO, C. L.; TABOGA, S. R.; CASCIATORI, P. A.; THOMÉO, J. C. Structural Properties of Beds Packed with Agro-Industrial Solid By-Products Applicable for Solid-State Fermentation: Experimental Data and Effects on Process Performance. Chemical Engineering Journal, v. 255, p. 214-224, 2014.
• [4]
• [5] DORTA, B.; ARCAS, J. Sporulation of Metarhizium anisopliae in Solid-State Fermentation with Forced Aeration. Enzyme Microbial Technology, v. 23, p. 501–505, 1998.
• [6]
• [7] KUMAR, D.; JAIN, V. K.; SHANKER, G.; SRIVASTAVA, A. Utilisation of Fruits Waste for Citric Acid Production by Solid-State Fermentation. Process Biochemistry, v. 38, p. 1731-1738, 2003.
• [8]
• [9] MISHIMA, D.; TATEDA, M.; IKE, M.; FUJITA, M. Comparative Study on Chemical Pretreatments to Accelerate Enzymatic Hydrolysis of Aquatic Macrophyte Biomass used in Water Purification Processes. Bioresource Technology, v. 97, p. 2166-2172, 2006.
• [10]
• [11] MITCHELL, D. A.; KRIEGER, N.; BEROVIC, M. Solid-State Fermentation Bioreactors: Fundamentals, Design and Operation. Berlin: Springer-Verlag, 2006.
• [12]
• [13] PANDEY, A. Solid-State Fermentation. Biochemical Engineering Journal, v. 13, p. 81-84, 2003.
• [14]
• [15] PANDEY, A.; SELVAKUMAR, P.; SOCCOL, C. R.; NIGAM, P. Solid-State Fermentation for the Production of Industrial Enzymes. Current Science, v. 77, p. 149-163, 1999.
• [16]
• [17] PANDEY, A.; SOCCOL, C. R.; NIGAM, P.; SOCCOL, V. T. Biotechnological Potential of Agro-Industrial Residues. I. Sugarcane Bagasse. Bioresource Technology, v. 74, p. 69-80, 2000.
• [18]
• [19] TSOTSAS, E. Heat and Mass Transfer in Packed Beds with Fluid Flow. VDI Heat Atlas. Berlin: Springer-Verlag, 2010.
• [20]
• [21] ZOTIN, F. M. Z. O efeito parede em colunas de recheio. 1985. 85p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 1985.

Como citar:

CASCIATORI, FERNANDA PERPÉTUA; CASCIATORI, PRISCILA APARECIDA; THOMÉO, JOÃO CLÁUDIO; "EFEITO DAS PROPRIEDADES ESTRUTURAIS DO SUBSTRATO SOBRE AS CONDIÇÕES TÉRMICAS EM UM BIORREATOR DE FERMENTAÇÃO SÓLIDA", p-297-302. In: In Anais do XXXVII Congresso Brasileiro de Sistemas Particulados - ENEMP 2015 [=Blucher Engineering Proceedings]. São Paulo: Blucher, 2015. . São Paulo: Blucher, 2015.
ISSN 23591757, DOI 10.5151/ENEMP2015-LE-286