Desenvolvimento de ferramentas de software para aquisição de dados e avaliação dos resultados em processos de fermentação em estado sólido e submersa e cultivo celular

Orientador : Prof. Dr. Carlos Ricardo soccolCo-orientador : Prof. Dr. Dario eduardo Amaral DergintTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduaçao em Processos Biotecnológicos. Defesa: Curitiba, 18/12/2009Bibliografia: fls. 98-102Área de concentração: AgroindústriaResumo: Na produção de determinadas substâncias de interesse comercial, através de processos biotecnológicos, um dos meios mais utilizados é a fermentação. Este processo se divide em fermentação submersa, como na produção de vinhos, cachaças e álcool, por exemplo, e em fermentação em estado sólido. Na fermentação em estado sólido algumas peculiaridades dificultam a medição de certas variáveis, pois se trata de ambiente heterogêneo. Para o acompanhamento e controle deste processo é necessária a medição da biomassa, ou seja, qual a massa dos microrganismos produzida, bem como sua evolução durante o processo. Uma forma de medição é a estimativa da biomassa através da respirometria: medindo-se quanto de oxigênio está sendo consumido e quanto gás carbônico está sendo produzido é possível estimar a massa de microrganismos. Hoje este procedimento é realizado através de cromatógrafo gasoso, acoplado a um sistema de aquisição de dados, equipamento que torna o processo bastante caro. Este trabalho apresenta uma alternativa mais acessível, bem como a incorporação de recursos atuais da informática, o uso de sensores para as diversas variáveis como temperatura, vazão, percentuais de oxigênio e gás carbônico, ligados a um sistema de aquisição de dados desenvolvido para a monitoração e posterior controle deste processo. Com os dados medidos torna-se possível a utilização de outra ferramenta de software aperfeiçoada para a estimativa de crescimento da biomassa, bem como o levantamento de parâmetros peculiares ao processo como velocidade específica de crescimento, coeficientes de manutenção e produção, os quais caracterizam o processo e permitem uma análise mais aprofundada do seu desempenho. Para a validação das ferramentas foram realizados experimentos envolvendo microrganismos diferentes, com o intuito de abranger melhor os possíveis processos. O acompanhamento de processos com fungos, bactérias, células vegetais e microalgas permitiu avaliar a validade do sistema frente aos diferentes comportamentos de diversos microrganismos utilizados em fermentação, tanto submersa uanto em estado sólido e em cultivo celular.Abstract: In the production of certain substances of commercial interest, by biotechnological processes, one of the most used is the fermentation. This process is divided in submerged fermentation, as in the production of wine, cachaça and alcohol, for instance, and in solid-state fermentation. In solid-state fermentation some peculiarities raise difficulties to measure certain variables, because it is a eterogeneous environment. To monitor and control this process it is necessary to measure the biomass, i.e. what is the mass of microorganism, as well as its evolution during the process. One way to measure is the estimated biomass by respirometry: measuring how much oxygen is being consumed and the carbon dioxide is being produced it is possible to estimate the mass of microorganisms. Today this procedure is performed through a gas chromatograph coupled to a data acquisition system which makes the process very expensive. This work presents a low cost alternative, and the incorporation of current resources of informatics, the use of sensors for different variables such as temperature, flow, percentages of oxygen, and carbon dioxide, linked to a data acquisition system developed for monitoring, and subsequent, control this process. With the measured data it is possible to use another software tool improved for the estimation of biomass growth and the determination of some parameters peculiar to the process as the specific growth rate, maintenance and production coefficients, which characterize the process and allow a more thorough analysis of its performance. For the validation of the tools were carried out experiments involving different microorganisms, in order to better embrace the possible processes. Monitoring processes with fungi, bacteria, algae and plant cells, it allows evaluating the validity of the system, facing the different behaviors of several microorganisms used in fermentation, both submerged and solid state and in cell cultures