Desenvolvimento de bioprocesso para produção de ácido cítrico por fermentação no estado sólido utilizando polpa cítrica

Abstract

Resumo: O presente trabalho teve por principal objetivo a produção de um concentrado rico em ácido cítrico (AC) por fermentação no estado sólido (FES) a partir da polpa cítrica (PC). Quatro cepas do fungo A.niger (LPB 21, LPB 28, LPB 326, LPB 03) existentes no banco de cepas da Divisão de Engenharia de Bioprocessos e Biotcnologia da UFPR, e uma cepa de A. niger LPB BC isolada de bagaço de cana-de-açúcar neste Laboratório, foram selecionadas qualitativa e quantitativamente para produção de AC. O teste qualitativo consistiu na medida do halo de produção de ácido em meio Foster. As cepas foram em seguida submetidas à cinética de produção de AC em FES utilizando PC como substrato nas condições estudadas em trabalhos anteriores neste Laboratório. A cepa A. niger LPB BC apresentou os melhores resultados (383 g de AC/Kg de PC seca) no 4o dia de fermentação. Realizou-se a otimização dos parâmetros físico-químicos da fermentação com a cepa A. niger LPB BC em frascos Erlenmeyer de 250mL, onde a melhor produção se deu a 65% de umidade e pH de 5.5. Nestas condições foram realizados estudos da influência da adição de açúcares comerciais (glicose, frutose e sacarose). Os melhores resultados foram obtidos com adição de alta concentração de sacarose (216 g/L) justificando a utilização de fontes mais baratas como melaço de soja e o mel de cana, onde obteve-se os melhores resultados com o mel de cana (108 g/L de açúcares totais – 445,4g de AC/Kg de PC). Realizou-se, posteriormente testes com adição de fontes de nitrogênio, sais e álcoois inferiores (metanol e etanol) sendo que nenhum deles apresentou efeito significativo no aumento da produção de AC. A granulometria da PC foi testada e os melhores resultados foram obtidos com PC moída sem peneiramento. Sendo assim, ficou definido que as melhores condições de produção de AC por FES utilizando A. niger LPB BC e a PC como substrato foram: pH 5,5, umidade 65%, mel de cana a 108 g/L de açúcares totais, metanol a 4% e PC apenas moída, onde se obteve um aumento de 17,5 % na produção de AC. Foram realizadas fermentações em escala semi-piloto em colunas de vidro e em bandejas perfuradas onde os melhores resultados foram obtidos em bandejas perfuradas (410 g de AC/Kg de PC). A cepa A. niger LPB BC foi então submetida à indução de mutação porUV. Obteve-se duas cepas que apresentaram melhores resultados de produção de AC: A. niger LPB B3 (537,6 g/Kg de PC) e a A. niger LPB B6 (616,5 g/Kg de PC). Desta forma pretende-se transferir o processo para escala semi-piloto e piloto de forma a obter um produto rico em AC que possa ser utilizado em escala industrial para complemento em ração animal.

Abstract: The present work had for main objective the attainment of a rich concentrate in citric acid (CA). Four strains of fungus A.niger (LPB 21, LPB 28, LPB 326, LPB 03) available at bank of strains of the Biotechnological Processes Laboratory of the UFPR, and a isolated strain of A. niger LPB BC from sugar cane bagasse, had been selected qualitatively and quantitatively for CA production. The qualitative test consisted of measure of the halo of production of acid in Foster media. After that the strains had been submitted to kinetic of production of CA in SSF using CP as substrate in the conditions studied in previous works. The best results were achieved with the strain A. niger LPB BC (383 g of dry CA/Kg of CP) in fourth day of fermentation. The parameters physical-chemical of the fermentation were optimized using the strain A. niger LPB BC in 250 mL erlenmeyer flasks, where the best production was 65% of moisture and pH 5.5. In these conditions the influence of the addition of commercial sugars (glucose, fructose and sucrose) had been studied. The best ones results had been achieved with additions of high concentrations of sucrose (216 g/L) justifying the use of sources cheaper as soy molasses and the sugar cane honey, where it got the best ones resulted with the sugar cane honey (108g/L of total sugars – 445.4g of CA/Kg of CP). Afterwards, tests with addition of nitrogen sources, salts and alcohols (methanol and ethanol) being that none of them presented significant effect in the increase of the AC production. Differents granulometries of the CP was tested and the best ones resulted had been obtained with CP grinded without sieve. Being thus he was defined that the best conditions of production of CA for SSF using A. niger LPB BC and CP as substrate were: pH 5.5, moisture 65%, sugar cane honey the 108 g/L of total sugars, methanol 4% and CP grinded without sieve, where an increase of 17.5 % had been obtained in the CA production. Semi-pilot scale fermentations were realized in glass columns and perforated trays where the best yield had been obtained in perforated trays (410 g of CA/Kg of CP). The A. niger LPB BC strain then was submitted induction of mutation by UV. Two strains showed the best results of CA production: A. niger LPB B3 (537.6 g/Kg of CP) and A. niger LPB B6 (616.5 g/Kg of CP). Of this form it is intended to transfer to the process to scale semipilot and pilot of form to get a rich product in CA that can be used in industrial scale for complement in animal feed.