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http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/24966| Tipo do documento: | Dissertação |
| Título: | Produção de ácido glicônico por Aspergillus niger 10V10 em biorreator instrumentado utilizando matérias-primas alternativas |
| Título(s) alternativo(s): | Gluconic acid production by Aspergillus niger 10V10 in an instrumented bioreactor using alternative raw materials |
| Autor: | Amaral, Nathália Pereira do ![]() |
| Primeiro orientador: | Sant’Ana, Gizele Cardoso Fontes |
| Segundo orientador: | Nascimento, Felipe Valle do |
| Primeiro coorientador: | Melo, Verônica Ferreira |
| Primeiro membro da banca: | Costa, Antonio Carlos Augusto da |
| Segundo membro da banca: | Baêsso, Renato Cerqueira Guarçoni |
| Terceiro membro da banca: | Mathias, Thiago Rocha dos Santos |
| Resumo: | O ácido glicônico (AG) é um ácido orgânico amplamente utilizado nas indústrias de construção, alimentícia, farmacêutica, têxtil, metalúrgica e de couro, sendo considerado seguro pelo FDA e autorizado como aditivo alimentar na União Europeia. Sua produção industrial é majoritariamente realizada por via microbiológica, utilizando linhagens do fungo Aspergillus niger em fermentação submersa, com glicose como fonte de carbono. O Brasil, grande produtor agrícola, dispõe de biomassas residuais como casca de arroz (CA) e bagaço de cana-de-açúcar (BG), que, apresentam grande potencial como matéria-prima para a obtenção de açúcares que possam ser empregados na bioprodução de AG. Este trabalho tem como objetivo a produção de AG a partir de glicose, sacarose e hidrolisados de biomassas residuais (BG e CA), por meio do cultivo submerso da cepa de A. niger 10V10 em biorreator tanque agitado (Biostat A Plus, Sartorius). O cultivo submerso utilizando glicose como fonte de carbono foi realizado com uma concentração inicial a partir de 158 g/L, o cultivo utilizando sacarose iniciou-se a uma concentração inicial de 305 g/L. Para o cultivo com os hidrolisados, diferentes razões de sólido (biomassa)/líquido (solução de ácido sulfúrico) foram avaliadas, e as condições que se mostraram mais promissoras foram selecionadas para formulação do meio de cultivo, os quais foram utilizados em ensaios no biorreator. Os ensaios foram conduzidos a 32°C, 550 rpm, pH 5,5, com aeração inicial de 0,8 vvm, até 18 horas de cultivo, sendo posteriormente alterado para 1,2 vvm. Nos ensaios, foram observadas diferentes morfologias do fungo, como pellets ou dispersas, apesar das condições operacionais e do meio de cultivo serem mantidos idênticos. Isso sugere que pequenas variações puderam ter influenciado a morfologia do fungo. Nos ensaios utilizando glicose em concentração inicial de 158g/L, foi produzido aproximadamente 129g/L de AG, com eficiência de conversão de 92% e produtividade volumétrica de 1,7 g.L-1.h-1, enquanto no ensaio mais promissor com sacarose (concentração inicial de 305g/L) produziu-se aproximadamente 138 g/L de AG, com eficiência de 76% e produtividade volumétrica de 1,4 g.L-1.h-1. Para os hidrolisados a concentração inicial de glicose foi de 1,18 g/L para CA e 1,20g/L para BG, com eficiência do bioprocesso de 1,27% e 0,38%, e produtividade volumétrica de 0,009 g.L-1.h-1 e 0,005 g.L-1.h-1, respectivamente. Nos ensaios com sacarose foi possível observar o acúmulo de frutose, tornando-se também um coproduto com aplicações industriais. Nos ensaios conduzidos com os hidrolisados BG e CA não foi observada a obtenção de AG, mas a formação de ácido oxálico. A cepa demonstrou robustez na produção de AG quando alimentada com glicose e sacarose puras. No entanto, é necessário otimizar as condições de hidrólise para garantir a liberação eficiente e em alta concentração dos substratos para a produção de AG. |
| Abstract: | Gluconic acid (GA) is an organic acid widely used in the construction, food, pharmaceutical, textile, metallurgical, and leather industries, being considered safe by the FDA and approved as a food additive in the European Union. Its industrial production is primarily carried out via microbiological processes, using strains of the fungus Aspergillus niger in submerged fermentation, with glucose as the carbon source. Brazil, a large agricultural producer, has residual biomass such as rice husk (RH) and sugarcane bagasse (SB), which have great potential as raw materials for obtaining sugars that can be used in the bioproduction of GA. The aim of this work is the production of GA from glucose, sucrose, and hydrolysates from residual biomass (SB and RH), through submerged cultivation of the A. niger 10V10 strain in a stirred-tank bioreactor (Biostat A Plus,Sartorius) . The submerged cultivation using glucose as a carbon source was carried out with an initial concentration of 158 g/L, while the cultivation using sucrose started with an initial concentration of 305 g/L. For cultivation with hydrolysates, different solid (raw material)/liquid (sulfuric acid solution) ratios were evaluated, and the conditions that proved most promising were selected for the formulation of the culture medium, which were used in bioreactor tests. The assays were conducted at 32°C, 550 rpm, pH 5.5, with an initial aeration of 0.8 vvm, which was later changed to 1.2 vvm after 18 hours of cultivation. Different fungal morphologies, such as pellets or dispersed forms, were observed in the assays, even though operational conditions and the culture medium were kept identical. This suggests that small variations may have influenced the fungal morphology. In the assays with an initial glucose concentration of 158 g/L, approximately 129 g/L of GA was produced, with a conversion efficiency of 92% and a volumetric productivity of 1.7 g.L⁻¹.h⁻¹. With an initial sucrose concentration of 305 g/L, approximately 138 g/L of GA was produced, with an efficiency of 76% and a volumetric productivity of 1.4 g.L⁻¹.h⁻¹. For the hydrolysates, the initial glucose concentration was 1.18 g/L for RH and 1.20 g/L for SB, with efficiencies of 1.27% and 0.38%, and volumetric productivities of 0.009 g.L⁻¹.h⁻¹ and 0.005 g.L⁻¹.h⁻¹, respectively. In the sucrose assays, it was possible to observe the accumulation of fructose, which also became a coproduct with industrial applications. In the assays conducted with RH and SB hydrolysates, GA production was not observed, but oxalic acid formation occurred. The strain demonstrated robustness in GA production when fed with pure glucose and sucrose. However, it is necessary to optimize the hydrolysis conditions to ensure the efficient and high-concentration release of substrates for GA production. |
| Palavras-chave: | Ácido glicônico Glicose Sacarose Biomassas Aspergillus niger Gluconic acid Glucose Sucrose Biomass |
| Área(s) do CNPq: | ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Instituição: | Universidade do Estado do Rio de Janeiro |
| Sigla da instituição: | UERJ |
| Departamento: | Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Química |
| Programa: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química |
| Citação: | AMARAL, Nathália Pereira do. Produção de ácido glicônico por Aspergillus niger 10V10 em biorreator instrumentado utilizando matérias-primas alternativas. 2025. 92 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Instituto de Química, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2025. |
| Tipo de acesso: | Acesso Embargado |
| URI: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/24966 |
| Data de defesa: | 27-Fev-2025 |
| Aparece nas coleções: | Mestrado em Engenharia Química |
Arquivos associados a este item:
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| CRN - Nathália Pereira do Amaral - 2025.pdf | 302,53 kB | Adobe PDF | Baixar/Abrir Pré-Visualizar Solictar uma cópia | |
| Termo - Nathália Pereira do Amaral - 2025.pdf | 455,89 kB | Adobe PDF | Baixar/Abrir Pré-Visualizar Solictar uma cópia | |
| Dissertação - Nathália Pereira do Amaral - Completa - 2025.pdf | 2,27 MB | Adobe PDF | Baixar/Abrir Pré-Visualizar Solictar uma cópia |
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