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

Bruno Chaboli Gambarato, Samuel Conceição de Oliveira

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.

Palavras-chave


Modelagem; Fermentação alcoólica; Comportamento Oscilatório

Texto completo:

PDF

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.

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.

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.

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.

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.

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.

JARZEBSKI, A. B. Modelling of oscillatory behaviour in continuous ethanol fermentation. Biotechnology Letters. v. 14, p. 137-142, 1992.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

VEERAMALLU, U., AGRAWAL, P. A structured kinetic model for Zymomonas mobilis ATCC10988. Biotechnology and Bioengineering. v. 36, p. 694–704, 1990.


Apontamentos

  • Não há apontamentos.


Direitos autorais



Cadernos UniFOA

Campus Três Poços - Av. Paulo Erlei A. Abrantes, 1325 - Três Poços
Prédio 3 - Sala 2 (Casarão)
Volta Redonda - RJ - CEP: 27240-560
Tel.: (24) 3340-8400 – Ramal: 8350

Indexado em:





  • Este obra está licenciado com uma Licença Creative Commons Atribuição 4.0 Internacional.