Estudo de modelo matemático do comportamento oscilatório em processos contínuos de fermentação alcoólica com Zymomonas mobilis

Autores

  • Bruno Chaboli Gambarato Centro Universitário de Volta Redonda Cursos de Engenharia Civil e Engenharia Ambiental Universidade de São Paulo - Escola de Engenharia de Lorena - Departamento de Biotecnologia
  • Samuel Conceição de Oliveira Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Araraquara, UNESP – Univ Estadual Paulista, Departamento de Bioprocessos e Biotecnologia. Rodovia Araraquara - Jaú km 1, CEP:14801-902 – Araraquara – SP

DOI:

https://doi.org/10.47385/cadunifoa.v9.n24.173

Palavras-chave:

Modelagem, Fermentação alcoólica, Comportamento Oscilatório

Resumo

Neste trabalho, foi estudado o modelo matemático oscilatório proposto por Daugulis et al. (1997) referente a um processo contínuo de fermentação alcoólica, de modo a compreender sua estrutura, variáveis, fenômenos e hipóteses postuladas. O estudo foi realizado de modo a compreender como os mecanismos de inibição por produto e substrato, e como os mecanismos adaptativos do microrganismo são levados em consideração pelo modelo, resultando no comportamento oscilatório desejado. Por fim, foram realizadas simulações com perturbações do tipo degrau na taxa de diluição e na concentração de substrato na alimentação, de modo a extrapolar o comportamento do modelo.

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Referências

AGRAWAL, M.; MAO, Z.; CHEN, R.R. Adaptation yields a highly efficient xylose-fermenting Zymomonas mobilis strain. Biotechnology and Bioengineering. v. 108 (4), p. 777-785, 2011. DOI: https://doi.org/10.1002/bit.23021

BAI, F. W.; ANDERSON, W. A.; MOO-YOUNG, M. Ethanol fermentation technologies from sugar and starch feedstocks. Biotechnology Advances. v. 26 (1), p. 89-105, 2008. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2007.09.002

BAILEY, J. A.; OLLIS, D. F. Biochemical engineering fundamentals, 2nd Edition. New York: Mc.Graw-Hill, 1986.

BONOMI, A.; SCHMIDELL, W. Modelagem matemática e simulação de processos fermentativos. In: SCHMIDELL, W.; LIMA, U. A; AQUARONE, E.; BORZANI, W. Biotecnologia Industrial: Engenharia Bioquímica. São Paulo: Edgard Blücher Ltda., 2001. v. 2, p. 123-178.

BRUCE, L. J.; AXFORD, D. B.; CISZEK, B.; DAUGULIS, A. J.. Extractive fermentation by Zymomonas mobilis and the control of oscillatory behaviour. Biotechnology Letters. v. 13, p. 291-296, 1991. DOI: https://doi.org/10.1007/BF01041487

CECCATO-ANTONINI, S. R. Microbiologia da fermentação alcoólica: a importância do monitoramento microbiológico em destilarias. São Carlos. EdUFSCar, 2010. 105p.

CHEN, R.; AGRAWAL, M. Industrial applications of a novel aldo/keto reductase of Zymomonas mobilis. US Patent Application 20120196342. 2012.

CHEN, R.; WANG, Y.; SHIN, H.; AGRAWAL, M.; MAO, Z. Strains of Zymomonas mobilis for fermentation of biomass. US Patent Application 2009269797. 2009.

COMBERBACH, D. M.; GHOMMIDH, C.; BU'LOCK, J. D. Steady-state stability and dynamic behavior of continuous ethanol fermentation at high cell densities. Enzyme and Microbial Technology. v. 9, p. 676-684, 1987. DOI: https://doi.org/10.1016/0141-0229(87)90127-X

DAUGULIS, A. J.; McLELLAN, P. J.; LI, J. Experimental Investigation and Modeling of Oscillatory Behavior in the Continuous Culture of Zymomonas mobilis. Biotechnology and Bioengineering. v. 56, p. 99-105, 1997. DOI: https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-0290(19971005)56:1<99::AID-BIT11>3.3.CO;2-R

FERRAZ, A. I.; RODRIGUES, A.C. Biotecnologia, Ambiente e Desenvolvimento Sustentável. PubIndústria. 2011. 282p.

GHOMMIDH, C.; VAIJA, J.; BOLARINWA, S.; NAVARRO, J. M. Oscillatory behaviour of Zymomonas in continuous cultures: A simple stochastic model. Biotechnology Letters. v. 11, p. 659-664, 1989. DOI: https://doi.org/10.1007/BF01025278

JARZEBSKI, A. B. Modelling of oscillatory behaviour in continuous ethanol fermentation. Biotechnology Letters. v. 14, p. 137-142, 1992. DOI: https://doi.org/10.1007/BF01026241

LEE, K. J., ROGERS, P. L. The fermentation kinetics of ethanol production by Zymomonas mobilis. The Chemical Engineering Journal. v. 27, p. B31–B38, 1983. DOI: https://doi.org/10.1016/0300-9467(83)80067-7

LI, J. Experimental investigation and mathematical modelling of oscillatory behaviour in the ethanol fermentation by Zymomonas mobilis. 1996. Ph.D. Thesis, Queen’s University, Kingston, Ontario., 1996

LI, J., McLELLAN, P. J., DAUGULIS, A. J. Inhibition effects of ethanol concentration history and ethanol concentration change rate on Zymomonas mobilis. Biotechnology Letters. v. 17, p. 321–326, 1995. DOI: https://doi.org/10.1007/BF01190646

McLELLAN, P. J.; DAUGULIS, A. J.; LI, J. The incidence of oscillatory behavior in the continuous fermentation of Zymomonas mobilis. Biotechnology Progress. v. 15 (4), p. 667-680, 1999. DOI: https://doi.org/10.1021/bp990070d

OLIVEIRA, S. C. Modelagem Matemática de um Processo Contínuo de Fermentação Alcoólica em Reator Tipo Torre com Reciclo de Leveduras Floculantes. 2000. Tese (Doutorado em Ciências) - Escola Politécnica, USP, São Paulo, 2000.

PEREGO Jr., L. Fermentação Alcoólica Contínua de Mosto de Melaço: Influência da Concentração do Mosto e da Vazão Específica de Alimentação na Estabilidade do Sistema a 32ºC. 1979. Dissertação (Mestrado em Ciências), Faculdade de Ciências Farmacêuticas, USP, São Paulo, 1979.

PHISALAPHONG, M.; SRIRATTANA N.; TANTHAPANICHAKOON, W. Mathematical modeling to investigate temperature effect on kinetic parameters of ethanol fermentation. Biochemical Engineering Journal. v. 28 (1), p. 36-43, 2006. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bej.2005.08.039

RASH, M.; BARKER, G. C.; SACHAU, K.; JAKOBSEN, M.; ARNEBORG, N. Characterisation and modeling of oscillatory behavior related to reuterin production by Lactobacillus reuteri. International Journal of Food Microbiology. v. 73 (2,3), p. 383-394, 2002. DOI: https://doi.org/10.1016/S0168-1605(01)00661-4

ROGERS, P.L.; JEON, Y.J.; LEE, K.J.; LAWFORD, H.G. Zymomonas mobilis for fuel ethanol and higher value products. Advance Biochemistry Engineering/Biothecnology. v.108, p. 263-288. 2007. DOI: https://doi.org/10.1007/10_2007_060

SEO, J.S.; CHONG, H.; PARK, H. S.; YOON, K.O.; JUNG, C.; KIM, J.J.; HONG, J.H.; KIM, H.; KIM, J.H.; KIL, J.I.; PARK, C.J.; OH, H.M.; LEE, J.S.; JIN, S.J.; UM, H.W.; LEE, H.J.; OH, S.J.; KIM, J.Y.; KANG, H.L.; LEE, S.Y.; LEE, K.J.; KANG, H.S. The genome sequence of the ethanologenic bacterium Zymomonas mobilis ZM4. Nature Biotechnology. v. 23(1), p.63-68. 2005. DOI: https://doi.org/10.1038/nbt1045

TAO, F.; MIAO, J.Y.; SHI, G.Y.; ZHANG, K.C. Ethanol fermentation by an acid-tolerant Zymomonas mobilis under non-sterilized condition. Process Biochemistry. v. 40(1), p. 183-187. 2005. DOI: https://doi.org/10.1016/j.procbio.2003.11.054

VEERAMALLU, U., AGRAWAL, P. A structured kinetic model for Zymomonas mobilis ATCC10988. Biotechnology and Bioengineering. v. 36, p. 694–704, 1990. DOI: https://doi.org/10.1002/bit.260360707

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Publicado

10-04-2014

Como Citar

GAMBARATO, Bruno Chaboli; DE OLIVEIRA, Samuel Conceição. Estudo de modelo matemático do comportamento oscilatório em processos contínuos de fermentação alcoólica com Zymomonas mobilis. Cadernos UniFOA, Volta Redonda, v. 9, n. 24, p. 25–35, 2014. DOI: 10.47385/cadunifoa.v9.n24.173. Disponível em: https://revistas.unifoa.edu.br/cadernos/article/view/173. Acesso em: 13 mar. 2025.

Edição

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Tecnologia e Engenharias
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