Análise carolimétrica da linhagem pe-2 de saccharomyces cerevisiae sob condições metabólicas específicas e condições industriais relevantes

• Processo: 21/13701-3
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado
• Data de Início da vigência: 23 de março de 2022
• Data de Término da vigência: 22 de março de 2023
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Química - Processos Industriais de Engenharia Química
• Pesquisador responsável: Thiago Olitta Basso
• Beneficiário: Kevy Pontes Eliodório
• Supervisor: Thomas Maskow
• Instituição Sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: Helmholtz Association, Alemanha
• Vinculado à bolsa: 19/08393-8 - Estudo experimental e modelagem matemática do processo de fermentação alcoólica considerando efeitos térmicos, BP.DR
• Assunto(s): Bioprocessos Calorimetria Modelos matemáticos Produção de etanol Termodinâmica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: bioprocessos | calorimetria | modelagem matematica | Produção de etanol | Termodinâmica | Bioprocessos e biotecnologia

Resumo

Condições extremas são esperadas durante a produção do etanol de cana-de-açúcar, o que torna o processo difícil de ser modelado. As células de Saccharomyces cerevisiae lidam com muitos fatores estressantes durante a fermentação, como alta densidade celular, compostos inibitórios, falta de nutrientes essenciais, condições não assépticas e alta temperatura. Apesar de um número substancial de estudos sobre o desenvolvimento de modelos matemáticos nos últimos anos, o comportamento dinâmico do processo não é bem compreendido nesses ambientes estressantes e em condições de constante mudança. Nesse sentido, este estudo tem como objetivo desenvolver um modelo matemático para o processo de fermentação alcoólica em um biorreator fed-batch sob condições que mimetizam a produção de etanol de primeira geração (1G) no Brasil. Este modelo irá considerar os efeitos térmicos, balanços de energia e concentrações de substrato nos parâmetros cinéticos do processo. Além disso, pretendemos suprir a carência de dados experimentais a respeito do calor liberado durante o crescimento celular e a produção de etanol, aplicando uma análise calorimétrica do processo em estágios metabólicos específicos alcançados por meio de cultivos quimiostáticos. Para isso, propomos a investigação calorimétrica da cepa PE-2 de S. cerevisiae amplamente utilizada industrialmente usando a configuração validada e relatada por Schubert et al. (2007) (Paufler, Weichler et al. 2013) em cinco estágios metabólicos distintos que separam o crescimento e a produção de etanol, tanto quanto possível, para analisá-los separadamente e determinar experimentalmente suas entalpias de reação. Este projeto também visa validar a modelagem energética e matemática na produção industrial de etanol 1G utilizando melaço sintético desenvolvido anteriormente. Portanto, o modelo proposto complementa a literatura ao considerar o impacto das variáveis essenciais do processo e a inclusão dos balanços de energia nos parâmetros do modelo matemático tradicional. (AU)