Produção de penicilinamidahidrolase por Escherichia coli : cinetica de crescimento e produção da enzima; dependencia da transferencia de oxigenio na intensidade de agitação e aeração, amplificação de escala

Orientador: Fumio YokoyaTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos e AgricolaResumo: Foi estudada a produção de penicílinainidahidrolase (PAH) por fermentação com Escherichia coli ATCC 3637, em fermentadores de laboratório, banco e piloto. No meio de fermentação empregado, baseado em água de maceração de milho, a cinética de crescimento apresenta duas fases exponenciais sucessivas. A mudança de uma a outra é provocada pela limitação de oxigênio dissolvido, A programação do incremento da taxa de transferência de oxigênio em função do tempo controla a duração relativa de ambas as fases. A velocidade específica de crescimento no primeiro período (µI) foi bem maior que no segundo (µII) - A produção de PAH segue uma cinética exponencial, ficando associada ao crescimento celular e sendo maior quanto menor o valor de µII. Quando µ tende a ymax. não se tem o acumulo de enzima. São condições necessárias para a produção de PAH a adição de ácido fenilacético como indutor e a manutenção da concentração de oxigênio dissolvida a valores muito baixos. Foi desenvolvido ura modelo cinético para a produção de PAH, baseado nas variáveis mencionadas. A fermentação foi ampliada de escala de um fermentador banco com 10 litros de meio até um fermentador piloto com 15 a 20 vezes este volume de meio de fermentação. Entre ambas unidades não se manteve similaridade geométrica. O critério seguido na ampliação da escala foi a de manter as velocidades tangenciais no agitador na mesma ordem para o modelo e o protótipo, a porcentagem da tensão de oxigênio dissolvido próxima de zero, ajustando a taxa de transferência de oxigênio máxima e o coeficiente volumétrico de transferência de massa (k1a) mediante a taxa de aeração. De uma análise dos resultados obtidos experimentalmente concluiu-se que (k1a) ou a área interfacial (a) podem ser descritos mediante as correlações de Yoshida para k1a ou de Calderbank para a, desde que seja substituído nas mesmas a velocidade de aeração associada com a secção transversal do fermentador (Vs) pela velocidade de aeração associada com a secção total dos orifícios do distribuidor. Os rendimentos de PAH foram da mesma ordem em escala banco e pilotoAbstract: Penicillinamidohiydrolase (PAH) production by Escherichia coli ATCC 9637 was studied in laboratory, bench and pilot scale fermentors. Using a culture medium based on corn steep liquor, it was shown that kinetics of growth has two succesive exponential phases. The shift from one to the other is caused by limitation of dissolved oxygen. The relative length of those phases can be controlled by programming the increment of oxygen transfer rate with time. The specific growth rate during the first period is larger than the second period. PAH production follows .exponential kinetics and it is associated with cell growth being larger if the second growth phase shows the slower rate (µII). When the value approaches the µmax no enzyme accumulation was observed. The conditions required for PAH production were the addition of phenylacetic acid as inducer and the maintenance of dissolved oxygen concentration at very low level. A kinetic model for the production of PAH was developed based on the variables above mentioned. Fermentation was scaled-up from a bench fermentor with ten liters of medium to a fermentor with 15-20 times larger volume. Geometric similarity was not maintained between those units. The criteria followed for scaling-up were to maintain a similar peripheral velocity at the tip of the impeller between model and prototype, and the percent of dissolved oxygen tension near zero. Adjustment of the maximum oxygen transfer rate and volumetric mass transfer coefficient (k1a) was acomplished by changing air rate. It was concluded, from experimental data, that (k1a)or the interfacial area (a) can be described by the correlation of Yoshida for k1a or Calderbank for a, if the surface air velocity at the cross section of the fermentor (Vs) is replaced by air velocity at the total area of holes in the sparger. Yield of PAH obtained in bench and pilot scale fermentor was the sameDoutoradoDoutor em Ciências e Tecnologia de Alimento