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Abstract:
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O presente trabalho tem como objetivo estudar a influência da fonte de nitrogênio, pH e transferência de oxigênio no crescimento da bactéria Bacillus polymyxa, consumo de substrato e formação dos aromas acetoína e 2,3-butanodiol. Estas substâncias são responsáveis pelo aroma de produtos lácticos, além de atuarem como potencializadores de outros aromas. Os cultivos foram realizados em três etapas diferentes, utilizando o meio de cultura Phosphate Ammonium Yeast (PAY) e glicose como fonte de carbono. Na primeira etapa, desenvolvida em frascos aletados, utilizou-se três diferentes fontes de nitrogênio, extrato de levedura, sulfato de amônio e uréia, sendo que a proporção deste componente no meio de cultura foi a mesma para os todos os ensaios realizados. Na segunda etapa, também em frascos aletados, o volume do meio de cultura (400, 500 e 600 mL) e o pH (4,5, 5,5 e 6,5) foram modificados, realizando o controle deste último parâmetro durante todo o cultivo, ou somente ajustando-o no início do processo. E a terceira etapa foi executada em biorreator de 4L, visando uma ampliação de escala. A concentração celular foi determinada associando dois métodos diferentes, a turbidimetria e a gravimetria. A glicose foi quantificada utilizando o kit glicose-PP (Gold Analisa) e a concentração dos aromas foi determinada através da cromatografia gasosa. Os resultados obtidos nos ensaios realizados em frascos agitados mostraram que o extrato de levedura é a melhor fonte de nitrogênio, obtendo-se 9,8 g/L de concentração celular, 24,2 g/L de 2,3-butanodiol e 15,0 g/L de acetoína, além de concentrações residuais de glicose muito próximas de zero. Este ensaio também apresentou os melhores resultados na segunda etapa de experimentos, onde se estudou a influência do pH e da transferência de oxigênio, sendo este último avaliado através da modificação do volume do meio de cultura. As condições de cultivo utilizadas neste ensaio foram pH inicial de 6,5 e volume de meio de cultura de 400 mL. Com o controle do pH, resultados semelhantes de biomassa e produtos foram obtidos, 9,8 g/L de células, 19,9 g/L de 2,3-butanodiol e 13,7 g/L de acetoína, mostrando que o controle deste parâmetro não afeta significativamente a formação dos aromas. No entanto, maiores velocidades de crescimento foram obtidas com o controle dos diferentes pHs estudados, além de favorecer o consumo da glicose. O ensaio realizado em biorreator mostrou que a aeração contínua prejudica a formação dos produtos, atingindo concentrações de 3,5 g/L de 2,3-butanodiol e 4,3 g/L de acetoína. Elevada produção de células foi alcançada, 7,6 g/L, indicando que o oxigênio favorece o crescimento do microrganismo no início do cultivo. A partir de um determinado período do processo, este componente não deve ser desejado, pois a formação dos produtos ocorre por processo fermentativo, e a presença deste afeta consideravelmente a concentração final dos aromas. This work aims to study the influence of the source of nitrogen, pH and the transfer of oxygen on the growth of the bacterium Bacillus polymyxa, consumption of substrate and production of the aromas acetoin and 2,3-butanediol. These substances are responsible for the aroma of lactic products, and serve as power of other flavorings. The fermentations have been conducted in three different stages, using the means of culture Yeast Ammonium Phosphate (PAY), and glucose as a source of carbon. In the first step, developed in erlenmeyers flasks with baffles is used for yeast extract, ammonium sulphate and urea as a source of nitrogen, and the proportion of this component in the means of culture was the same for all tests. In the second stage, also in erlenmeyers flasks with baffles, the volume of the means of culture (400, 500 and 600 mL) and pH (4.5, 5.5 and 6.5) were modified, making the control of the latter parameter throughout the fermentation, or only adjusted at the beginning of the process. And the third stage was performed at bioreactor of 4L, seeking an ampliation of scale. The cellular concentration was determined linking two different methods, turbidimetry and gravimetry. The glucose was measured using the kit glucose-PP (Gold Analisa) and the aromas concentrations were determined by gas chromatography. The results achieved in the flasks with baffles showed that the yeast extract is the best source of nitrogen, attaining 9.8 g/L of cellular concentration, 24.2 g/L of 2,3-butanediol and 15.0 g/L of acetoin, besides residual concentrations of glucose very close to zero. This test also showed the best results in the second stage of experiments, where were the influence of pH and the transfer of oxygen studied, the latter being evaluated by the volume change of the means of culture. The conditions of cultivation used were initial pH of 6.5 and volume of means of cultivation of 400 mL. With the control of pH, similar results were obtained, 9.8 g/L of cells, 19.9 g/L of 2,3-butanediol and 13.7 g/L of acetoin, showing that the control of this parameter does not affect significantly the formation of the products. However, higher rates were obtained with the control of different pHs studied, and encourage the consumption of glucose. The test performed in bioreactor showed that the continuous aeration affects the formation of the products, reaching concentrations of 3.5 g/L of 2,3-butanediol and 4.3 g/L of acetoin. High production of cells was achieved, 7.6 g/L, indicating that the oxygen promotes the growth of microorganism early in the cultivation. From a certain period of the process, this component should not be desired, since the formation of the products occurs by process fermentative, and the presence of this affects considerably the final concentration of aromas. |
