BIOQUIMICA

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UNIVERSIDADE FEDRAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO – UFERSA 
BACHARELADO EM ENGENHARIA QUÍMICA 
ENGENHARIA BIOQUÍMICA 
 
PROJETO DE UM FERMENTADOR A PARTIR DA DISSERTAÇÃO: VIABILIDADE 
TÉCNICA E ECONÔMICA DA PRODUÇÃO DE ETANOL A PARTIR DO SUCO DE 
CAJU POR Saccharomyces cerevisiae FLOCULANTE. 
 
José Caio Chaves Holanda 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
A dissertação trata-se do desenvolvimento de um bioprocesso tecnicamente e 
economicamente viável para produção de etanol a partir do suco de caju, utilizando a levedura 
Saccharomyces cerevisiae (CCA008) geneticamente modificada contendo gene floculante 
(FLO5α). 
Para a manutenção, propagação e obtenção da concentração de inóculo desejada 
utilizou-se o meio complexo YEPD (Yeast ExtractPeptone-Dextrose), na qual é constituído de 
10 g/l de levedura, 20 g/l por litro , 20 g/l de glicose e 20 g/l de ágar Sabouraud. Ocorreu-se 
também o ajuste do pH para 4,5 com H2SO4, bem como estabilidade térmica de 4°C em tubos 
na cutura. 
O processo fermentativo analisou em um biorreator batelada de 1 L Tec-Bio, Modelo 
1,5, Tecnal, SP, Brasil) com volume de 750 ml de suco de caju (Figura 1), a influência da 
temperatura, concentração de inóculo e agitação na condição ótima que maximiza o processo. 
O tempo de observação foi de 10 horas com intervalos de 2 horas para análise da concentração 
de célula, substrato e produto. 
 
Figura 1 – Representação esquemática do Biorreator Tec-Bio 1,5 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: PINHEIRO, 2015 
Como resultado, a dissertação apresenta dados cinéticos referentes de fermentação 
referentes às temperaturas de 26, 30, 34, 38 e 42°C, concentração de inóculo de 3, 5, 8 e 10 g.L-
1) e da velocidade de agitação (80, 150, 300, 490, 650 e 800 rpm. 
 
2 OBJETIVO 
 
Projetar um fermentador a partir de dados cinéticos encontrados na literatura. 
 
3 METODOLOGIA 
 
3.1 Levantamento dos dados cinéticos 
 
Para o projeto deste fermentador, será levado em consideração os dados cinéticos 
relacionados a temperatura, concentração de inóculo e rotação que melhor se adequa às 
condições ótimas operacionais para. Desse modo, os dados referentes aos parâmetros citados 
anteriormente podem ser visualizados nas tabelas 1, 2 3. 
 
Tabela 1: – Influência da concentração celular inicial nos parâmetros de máxima velocidade específica 
de crescimento, conversão de substrato em célula, de célula em produto e de substrato em produto, 
conversão, produtividade, eficiência e produção máxima de etanol. 
Fonte: PINHEIRO, 2015. 
 
Observa-se que com o aumento da concentração de inóculo, a máxima velocidade 
específica de crescimento (µmáx) aumenta entre 3 e 5 g.L-1. Para concentrações superiores, o 
parâmetro apresenta valores inferiores ao obtido para 5 g.L-1 de inóculo. Assim, 5 g/L 
(PINHEIRO, 2015 p.59). 
 
Tabela 2: Parâmetros cinéticos e operacionais da produção de etanol utilizando suco de caju como 
fonte de substrato por S. cerevisiae para várias temperaturas. 
 
Fonte: PINHEIRO, 2015. 
Quanto a temperatura (Tabela 2), percebe-se que a máxima velocidade específica de 
crescimento aparente aumenta conforme a temperatura sobe na faixa de 24 °C a 34 °C, obtendo 
assim seu valor máximo (0,158 h-1) para 34 °C. 
 
Tabela 3: Influência da intensidade de agitação nos parâmetros fermentativos para a faixa de 
agitação avaliada. 
Fonte: PINHEIRO, 2015. 
 
Na tabela acima, pode-se observar semelhança entre a máxima velocidade específica de 
crescimento (µmáx) com o comportamento apresentado para o perfil de crescimento celular. A 
velocidade especifica permaneceu praticamente inalterada quando a intensidade de agitação foi 
elevada de 80 a 300 rpm. O mesmo comportamento é observado entre 490 e 650 rpm. 
 
3.2 Determinação dos dados cinéticos 
Para o projeto determinação dos dados cinéticos foram considerados os dados referentes 
apenas a terceira batelada (temperatura de 34 °C), com concentração máxima de substrato de 
aproximadamente 100 g/l, concentração inicial de 5 g/L e 140 rpm. 
Para isso, realizou-se a leitura gráfica dos dados de concentração de célula, substrato e 
produto em função tempo. Seguidamente, foram adicionados no programa excel para aplicação 
do modelo em escala semi-logarítmica e obtenção da velocidade específica de crescimento 
(µmáx) e por meio das equações demais parâmetros foram calculados. 
 
 
 
 
Por se tratar de um fermentador com agitação, foi necessário dimensionar o reator, no 
qual os cálculos foram realizados para um volume de 1 L, sendo este utilizado 
experimentalmente, e para um volume de 14 L, levando em consideração se fosse projetado em 
escala industrial. 
 
4 RESULTADOS 
 
Os resultados referentes aos dados cinéticos podem ser observados na tabela 4: 
 
Tabela 4: Dados experimentais 
Tempo (h) X (g/L) S (g/L) P (g/L) Ln (X/X0) 
0 5 95 1 0,000 
2 6,9 57 16,5 0,322 
4 8 24 33,5 0,470 
6 8,7 5 39 0,554 
8 7,9 1 41,5 0,457 
10 8,5 1 41,5 0,531 
Fonte: Autoria própria, 2023. 
 
Sendo possível observar através dos gráficos gerados pelo Excel (Gráfico 1, 2, 3 e 4). 
 
 Fonte: Autoria própria. 
 
 Os resultados referentes a tempo de batelada para célula, substrato e produto 
proveniente da equação do modelo, bem como, os parâmetros cinéticos estão representados na 
tabela 5. 
Tabela 5: Dados cinéticos e de modelo 
μmáx 0,1044 
YP/S observado 0,4309 
YP/S teórico 0,4368 
YX/S 0,0372 
YP/X 11,5714 
η 98,63 
PP 4,1500 
μmáx 0,1044 
tb Célula (h) 5,083 
tb Substrato (h) 5,083 
tb Produto 5,083 
Fonte: Autoria própria. 
 
Os resultados referentes ao dimensionamento podem ser observados nas tabelas abaixo: 
Tabela 5: Dimensões de Ruston 
Razão Valores típicos 
Altura do líquido do reator e altura do reator Ht/Hl ~ 0,7 - 0,8 
Altura do reator e diâmetro do tanque Ht/Dt ~ 1 - 2 
Diâmetro do impelidor e diâmetro do tanque Da/Dt 1/3 -1/2 
Diâmetro das chicanas e diâmetro do impelidor Db/Dt ~ 0,08 - 0,1 
Altura da pá do impelidor e diâmetro do impelidor W/Da 0,2 
0
20
40
60
0 5 10 15
C
o
n
ce
n
tr
aç
ão
 d
e 
p
ro
d
u
to
Tempo (h)
P (g/l)
0
50
100
0 5 10 15
C
o
n
ce
n
tr
aç
ão
 d
e 
su
b
st
ra
to
Tempo (h)
S (g/l)
0
5
10
0 5 10 15
C
o
n
ce
n
tr
aç
ão
 d
e 
cé
lu
la
Tempo ()
X (g/l)
R² = 0,9171y = 0,1044x
0,000
0,500
1,000
0 2 4 6 8
LN
 (
X
/X
0)
Tempo (h)
LN (X/X0) versus Tempo (h) 
Largura da pá do impelidor e diâmetro do impelidor L/Da 0,25 
Distância média entre o impelidor e saída de gás e 
altura da pá 
E/W 1 
Fonte: Autoria própria 
Tabela 7: Valor estimado em escala industrial e experimental 
Dimensões de Escala de Bancada Laboratório Industrial 
Altura do tanque (Ht) 0,1420 0,3423 
Altura do líquido (Hl) 0,0994 0,2396 
Diâmetro do tanque (Dt) 0,0947 0,2282 
Diâmetro do impelidor (Da) 0,0316 0,0761 
Diâmetro das chicanas (Db) 0,0095 0,0228 
Altura da pá do impelidor (W) 0,0063 0,0152 
Largura da pá do impelidor (L) 0,0079 0,0190 
Distância média entre o impelidor e a saída de gás (E) 0,0063 0,0152 
Volume do fermentador (V) 0,001 0,014 
Raio do tanque (rt) 
 
0,0473 
 
0,1141 
 
Fonte: Autoria própria. 
 
5 CONCLUSÃO 
 
Em termos gerais, cada processo possui sua particularidade matemática, possuindo equações 
próprias capazes de solucionarem problemas do dia a dia, como é o caso do processo batelada e contínuo. 
Assim, é evidente a importância do estudo da cinética química para a projeção e entendimento de 
fermentadores, uma vez que é a partir disso que pode-se analisar a viabilidade de um processo. 
 
6 REFÊNCIAS 
PINHEIRO, Álvaro Daniel Teles. VIABILIDADE TÉCNICA E ECONÔMICA DA PRODUÇÃO 
DE ETANOL A PARTIR DO SUCO DE CAJU POR Saccharomyces cerevisiae 
FLOCULANTE. 2015. 182 f. Tese (Doutorado) - Curso de Engenharia Química, Universidade 
Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. Disponível em: 
https://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/14589/1/2015_tese_adtpinheiro.pdf. Acesso em: 11 
abr. 2018.