Caracterização da transferência de oxigênio em sistema aerado e agitado para aplicação na produção de biossurfactante

Abstract

Os biossurfactantes são compostos anfifílicos produzidos por microrganismos e são capazes de diminuir as tensões superficiais e interfaciais. A surfactina, produzida por Bacillus subtilis, é um dos biossurfactantes que apresenta melhor atividade superficial. O fornecimento de oxigênio dissolvido suficiente é essencial para garantir a eficiência do processo de produção da surfactina. Por isso, é necessário avaliar a capacidade de transferência de oxigênio do sistema de agitação e aeração por meio do coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (kLa), para poder definir-se a melhor condição de agitação mecânica e aeração a ser aplicada no sistema produtivo. Além disso, a composição do meio de cultivo e o biossurfactante produzido interferem na transferência de oxigênio, assim como a geometria do reator utilizado no processo. Diante do que foi exposto, este estudo propõe a caracterização da transferência de oxigênio em meio de cultivo, que é utilizado para a produção da surfactina, para avaliar a influência dos seus compostos na transferência de oxigênio e quais deles tem maior impacto no kLa. Além disso, avaliou-se a influência de diferentes concentrações de surfactante na transferência de oxigênio, bem como a influência da geometria do reator nos valores de kLa. Os ensaios foram conduzidos em água destilada e em meio salino composto por 10 g.L-1 de glicose e suplementado com extrato de levedura, em reator de 3 e 5L de volume útil e o surfactante utilizado foi o SDS (dodecil sultato de sódio), devido ao seu baixo custo. Os resultados mostraram que a salinidade do meio de cultivo afeta positivamente a transferência de oxigênio e que o KH2PO4 é o composto que individualmente possui maior influência na transferência de oxigênio, sendo que sua ausência diminui bastante o valor de kLa do líquido. Observou-se ainda que baixas concentrações de SDS aumentam a transferência de oxigênio em água, mas ao se aumentar a concentração de surfactante os valores de kLa diminuem devido à resistência que o acúmulo de surfactante na superfície da bolha de ar causa na difusão do oxigênio no líquido. Por fim, a geometria do reator influenciou no kLa, apresentando uma maior transferência de oxigênio no reator de maior volume.

Abstract : Biosurfactants are amphiphilic compounds produced by microorganisms that are able to reduce the surface and interfacial tensions. Surfactin, produced by Bacillus subtilis, is one of the biosurfactants that has the high superficial activity. The supply of sufficient dissolved oxygen is essential to ensure the efficiency of the surfactin production process. Therefore, it is necessary to evaluate the oxygen transfer capacity of the agitation and aeration system through the volumetric oxygen transfer coefficient (kLa), in order to be able to define the best condition of mechanical agitation and aeration to be applied in the production system. In addition, the composition of the culture medium and the biosurfactant produced interfere on the oxygen transfer, as well as the geometry of the reactor used in the process. In view of what was mentioned above, this study proposes the characterization of oxygen transfer in culture medium, which is used for the production of surfactin, to evaluate the influence of its compounds on the oxygen transfer and which of them has the greatest impact on kLa. In addition, the influence of different concentrations of surfactant on the oxygen transfer, as well as the influence of the reactor geometry on the kLa values were evaluated. The assays were conducted in distilled water and in saline medium composed of 10 g.L-1 glucose and supplemented with yeast extract in a 3 and 5 L volume reactor and the surfactant used was SDS (sodium dodecyl sulfate) due to its low cost. The results showed that the salinity of the culture medium positively affects oxygen transfer and that KH2PO4 is the compound that individually has the greatest influence on oxygen transfer, and its absence greatly decreases the kLa value. It was also observed that low concentrations of SDS increase the transfer of oxygen in water, but by increasing the concentration of surfactant the values of kLa decrease due to the resistance that the accumulation of surfactant in the surface of the air bubble causes in the diffusion of the oxygen in the liquid. Finally, the reactor geometry had an influence on kLa, presenting a greater oxygen transfer in the higher volume reactor.