Estudo de modelo matemático do comportamento oscilatório em processos contínuos de fermentação alcoólica com Zymomonas mobilis
DOI:
https://doi.org/10.47385/cadunifoa.v9.n24.173Palavras-chave:
Modelagem, Fermentação alcoólica, Comportamento OscilatórioResumo
Neste trabalho, foi estudado o modelo matemático oscilatório proposto por Daugulis et al. (1997) referente a um processo contínuo de fermentação alcoólica, de modo a compreender sua estrutura, variáveis, fenômenos e hipóteses postuladas. O estudo foi realizado de modo a compreender como os mecanismos de inibição por produto e substrato, e como os mecanismos adaptativos do microrganismo são levados em consideração pelo modelo, resultando no comportamento oscilatório desejado. Por fim, foram realizadas simulações com perturbações do tipo degrau na taxa de diluição e na concentração de substrato na alimentação, de modo a extrapolar o comportamento do modelo.Downloads
Referências
AGRAWAL, M.; MAO, Z.; CHEN, R.R. Adaptation yields a highly efficient xylose-fermenting Zymomonas mobilis strain. Biotechnology and Bioengineering. v. 108 (4), p. 777-785, 2011. DOI: https://doi.org/10.1002/bit.23021
BAI, F. W.; ANDERSON, W. A.; MOO-YOUNG, M. Ethanol fermentation technologies from sugar and starch feedstocks. Biotechnology Advances. v. 26 (1), p. 89-105, 2008. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2007.09.002
BAILEY, J. A.; OLLIS, D. F. Biochemical engineering fundamentals, 2nd Edition. New York: Mc.Graw-Hill, 1986.
BONOMI, A.; SCHMIDELL, W. Modelagem matemática e simulação de processos fermentativos. In: SCHMIDELL, W.; LIMA, U. A; AQUARONE, E.; BORZANI, W. Biotecnologia Industrial: Engenharia Bioquímica. São Paulo: Edgard Blücher Ltda., 2001. v. 2, p. 123-178.
BRUCE, L. J.; AXFORD, D. B.; CISZEK, B.; DAUGULIS, A. J.. Extractive fermentation by Zymomonas mobilis and the control of oscillatory behaviour. Biotechnology Letters. v. 13, p. 291-296, 1991. DOI: https://doi.org/10.1007/BF01041487
CECCATO-ANTONINI, S. R. Microbiologia da fermentação alcoólica: a importância do monitoramento microbiológico em destilarias. São Carlos. EdUFSCar, 2010. 105p.
CHEN, R.; AGRAWAL, M. Industrial applications of a novel aldo/keto reductase of Zymomonas mobilis. US Patent Application 20120196342. 2012.
CHEN, R.; WANG, Y.; SHIN, H.; AGRAWAL, M.; MAO, Z. Strains of Zymomonas mobilis for fermentation of biomass. US Patent Application 2009269797. 2009.
COMBERBACH, D. M.; GHOMMIDH, C.; BU'LOCK, J. D. Steady-state stability and dynamic behavior of continuous ethanol fermentation at high cell densities. Enzyme and Microbial Technology. v. 9, p. 676-684, 1987. DOI: https://doi.org/10.1016/0141-0229(87)90127-X
DAUGULIS, A. J.; McLELLAN, P. J.; LI, J. Experimental Investigation and Modeling of Oscillatory Behavior in the Continuous Culture of Zymomonas mobilis. Biotechnology and Bioengineering. v. 56, p. 99-105, 1997. DOI: https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-0290(19971005)56:1<99::AID-BIT11>3.3.CO;2-R
FERRAZ, A. I.; RODRIGUES, A.C. Biotecnologia, Ambiente e Desenvolvimento Sustentável. PubIndústria. 2011. 282p.
GHOMMIDH, C.; VAIJA, J.; BOLARINWA, S.; NAVARRO, J. M. Oscillatory behaviour of Zymomonas in continuous cultures: A simple stochastic model. Biotechnology Letters. v. 11, p. 659-664, 1989. DOI: https://doi.org/10.1007/BF01025278
JARZEBSKI, A. B. Modelling of oscillatory behaviour in continuous ethanol fermentation. Biotechnology Letters. v. 14, p. 137-142, 1992. DOI: https://doi.org/10.1007/BF01026241
LEE, K. J., ROGERS, P. L. The fermentation kinetics of ethanol production by Zymomonas mobilis. The Chemical Engineering Journal. v. 27, p. B31–B38, 1983. DOI: https://doi.org/10.1016/0300-9467(83)80067-7
LI, J. Experimental investigation and mathematical modelling of oscillatory behaviour in the ethanol fermentation by Zymomonas mobilis. 1996. Ph.D. Thesis, Queen’s University, Kingston, Ontario., 1996
LI, J., McLELLAN, P. J., DAUGULIS, A. J. Inhibition effects of ethanol concentration history and ethanol concentration change rate on Zymomonas mobilis. Biotechnology Letters. v. 17, p. 321–326, 1995. DOI: https://doi.org/10.1007/BF01190646
McLELLAN, P. J.; DAUGULIS, A. J.; LI, J. The incidence of oscillatory behavior in the continuous fermentation of Zymomonas mobilis. Biotechnology Progress. v. 15 (4), p. 667-680, 1999. DOI: https://doi.org/10.1021/bp990070d
OLIVEIRA, S. C. Modelagem Matemática de um Processo Contínuo de Fermentação Alcoólica em Reator Tipo Torre com Reciclo de Leveduras Floculantes. 2000. Tese (Doutorado em Ciências) - Escola Politécnica, USP, São Paulo, 2000.
PEREGO Jr., L. Fermentação Alcoólica Contínua de Mosto de Melaço: Influência da Concentração do Mosto e da Vazão Específica de Alimentação na Estabilidade do Sistema a 32ºC. 1979. Dissertação (Mestrado em Ciências), Faculdade de Ciências Farmacêuticas, USP, São Paulo, 1979.
PHISALAPHONG, M.; SRIRATTANA N.; TANTHAPANICHAKOON, W. Mathematical modeling to investigate temperature effect on kinetic parameters of ethanol fermentation. Biochemical Engineering Journal. v. 28 (1), p. 36-43, 2006. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bej.2005.08.039
RASH, M.; BARKER, G. C.; SACHAU, K.; JAKOBSEN, M.; ARNEBORG, N. Characterisation and modeling of oscillatory behavior related to reuterin production by Lactobacillus reuteri. International Journal of Food Microbiology. v. 73 (2,3), p. 383-394, 2002. DOI: https://doi.org/10.1016/S0168-1605(01)00661-4
ROGERS, P.L.; JEON, Y.J.; LEE, K.J.; LAWFORD, H.G. Zymomonas mobilis for fuel ethanol and higher value products. Advance Biochemistry Engineering/Biothecnology. v.108, p. 263-288. 2007. DOI: https://doi.org/10.1007/10_2007_060
SEO, J.S.; CHONG, H.; PARK, H. S.; YOON, K.O.; JUNG, C.; KIM, J.J.; HONG, J.H.; KIM, H.; KIM, J.H.; KIL, J.I.; PARK, C.J.; OH, H.M.; LEE, J.S.; JIN, S.J.; UM, H.W.; LEE, H.J.; OH, S.J.; KIM, J.Y.; KANG, H.L.; LEE, S.Y.; LEE, K.J.; KANG, H.S. The genome sequence of the ethanologenic bacterium Zymomonas mobilis ZM4. Nature Biotechnology. v. 23(1), p.63-68. 2005. DOI: https://doi.org/10.1038/nbt1045
TAO, F.; MIAO, J.Y.; SHI, G.Y.; ZHANG, K.C. Ethanol fermentation by an acid-tolerant Zymomonas mobilis under non-sterilized condition. Process Biochemistry. v. 40(1), p. 183-187. 2005. DOI: https://doi.org/10.1016/j.procbio.2003.11.054
VEERAMALLU, U., AGRAWAL, P. A structured kinetic model for Zymomonas mobilis ATCC10988. Biotechnology and Bioengineering. v. 36, p. 694–704, 1990. DOI: https://doi.org/10.1002/bit.260360707
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