Abstract
No presente trabalho foi realizado o estudo cinético da fermentação em batelada com o objetivo de descrever a produção de etanol utilizando a levedura Saccharomyces cerevisiae. A fermentação alcoólica foi realizada em biorreator sob agitação de 175 rpm, condição de temperatura igual a 32ºC e pH igual a 3,0. Com o intuito de descrever o comportamento do crescimento microbiano, da formação de produto e do consumo de substratos foram propostos três modelos matemáticos: um modelo clássico baseado nos balanços de massa para o reator batelada; um modelo baseado na cinética microbiana ponderada pela concentração máxima de microrganismo; e, por último, um modelo proposto na tentativa de prever o comportamento de decaimento celular observado experimentalmente. O modelo que melhor se ajustou aos dados experimentais foi o modelo clássico proposto com base na cinética de Monod. Todos os modelos foram implementados em FORTRAN e resolvidos aplicando a sub-rotina DASSL, por fim, o programa ESTIMA foi utilizado para realizar a estimação dos parâmetros cinéticos de cada modelo, a função objetivo adotada foi a de mínimos quadrados. Os valores estimados dos parâmetros obtidos para o modelo que melhor se ajustou aos dados experimentais foram estatisticamente significativos e fisicamente realistas e descreveram com boa precisão os dados experimentais: µmáx = 0,1155 h-1; K1 = 0,8984 h-1; K = 0,4738 h-1; YX/S = 0,0242; YX/P = 0,0451 e KS = 24,3852 g.L-1.
Highlights
In the present study was investigated the kinetic of batch fermentation with the purpose to describe the ethanol production by Saccharomyces cerevisiae
In order to describe the behavior of microbial growth, product formation and substrate consumption, three mathematical models were proposed: a classic model based on mass balances for the batch reactor; a model based on microbial kinetics weighted by the maximum concentration of microorganism; and a model proposed in an attempt to predict the cellular decay behavior observed experimentally
The model that best fitted the experimental data was the classic model based on Monod kinetics
Summary
Desde o início deste século, um grande incentivo para o uso de biocombustíveis em substituição à gasolina vem sendo fomentado pelas mais diversas entidades, governamentais ou não. Para a produção de etanol, a levedura Saccharomyces cerevisiae é a espécie mais utilizada, apesar de outros microrganismos serem explorados com este fim, como é o caso a bactéria Zymomonas mobilis [3]. Uma vez que o modelo cinético esteja definido, o mesmo poderá ser utilizado para descrever a produção sob diferentes condições de processo [4]. O objetivo principal do presente trabalho foi determinar os parâmetros cinéticos que descrevem os dados experimentais da fermentação alcoólica em batelada utilizando a Saccharomyces cerevisiae, propondo um modelo matemático para predição do processo fermentativo, bem como estimar os parâmetros deste modelo utilizando o algoritmo de enxame de partículas implementado no programa ESTIMA
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