Fisiologia e modelagem matemática de saccharomyces spp. imobilizadas para produção de cerveja.

Autor(es)

Thiago Machado de Araujo

• Tipo de documento: Dissertação de Mestrado
• Imprenta: São Paulo.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Escola Politécnica (EP/BC)
• Data de defesa: 2021-04-26

Membros da banca

Thiago Olitta Basso; Andreas Karoly Gombert; Diogo Ardaillon Simões

• Orientador: Thiago Olitta Basso

Resumo

Há uma crescente demanda quanto à redução das operações unitárias empregadas na fermentação alcoólica para produção industrial de bebidas, e um crescente interesse na fisiologia das leveduras atuantes nesse processo. Nesse contexto, a imobilização celular é uma alternativa interessante, uma vez que reduz o número de etapas de separação da biomassa a partir do caldo fermentado. Há a necessidade de estudar os efeitos fisiológicos causados pela imobilização sobre as células empregadas na fermentação alcoólica de cerveja, para que os mecanismos que regem estas alterações possam ser investigados em mais detalhes e, eventualmente, totalmente compreendidos. Assim, este projeto teve como principal objetivo o estudo da fisiologia de três linhagens de leveduras cervejeiras (SY025, SY067 e SY001) imobilizadas em um suporte poroso à base de celulose. Definiu-se a metodologia de imobilização como do tipo aprisionamento, em uma estrutura porosa por meio da colonização da biomassa nas paredes internas do suporte, juntamente com formação in situ de um gel de alginato de cálcio em seu interior, seguido por uma segunda etapa de gelificação, externa à matriz. Foram conduzidas fermentações em batelada em xarope de malte 12 °P com as três linhagens na forma livre e imobilizada, para comparação dos parâmetros cinéticos das duas condições de processo. Foi realizada a modelagem matemática das cinéticas de fermentação, utilizando-se os dados experimentais para a estimação dos parâmetros fisiológicos nas condições estudadas. Um modelo matemático de reação-difusão também foi utilizado para estimar o gradiente de concentração de substrato total no interior do suporte de imobilização, de forma a melhorar a compreensão da influência exercida pelo microambiente de imobilização na fisiologia do fermento. Fermentações com variação de concentração inicial de substrato e biomassa foram conduzidas, visando o levantamento de modelos estatísticos para análise da influência destas variáveis na formação de compostos de flavour. Comparadas às livres, as células imobilizadas apresentaram maior produção de glicerol (SY025 - 40 %; SY067 - 53 %; e SY001 - 19 %) e biomassa total no sistema (SY025 - 67 %; SY067 - 78 %; e SY001 - 56 %). A conversão de substrato para etanol foi maior nas leveduras livres do que nas imobilizadas (SY025 - 9 %; SY067 - 9 %; e SY001 - 13 %), o que indica que de alguma forma o suporte utilizado estimula o crescimento microbiano. Houve também alterações fisiológicas na formação de compostos de flavour nas leveduras imobilizadas. Além disso, a velocidade específica máxima de crescimento celular (?máx) foi aumentada nas leveduras SY025 imobilizadas (0,73 h-1 ) em comparação às livres (0,13 h-1). O mesmo ocorreu com a cepa SY001, em que os valores de µmáx foram de 0,08 h-1 e 0,47 h-1 para as livres e imobilizadas, respectivamente. Houve redução de µmáx no caso da imobilização de SY067 (0,14 h-1 livres e 0,093 h-1 imobilizadas). Estima-se que houve a formação de um gradiente de concentração de substrato no interior do suporte. Ainda assim, os valores estimados do fator de efetividade (?) da matriz de imobilização indicam que o processo não é impactado severamente por limitações na transferência de massa. Isto foi verificado por meio de micrografias do interior do suporte, revelando que as leveduras se desenvolveram em toda a extensão da partícula. (AU)

• Processo FAPESP: 18/08288-7 - Fisiologia de células imobilizadas de leveduras Saccharomyces spp. para produção de cerveja
• Beneficiário: Thiago Machado de Araujo
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado