Otimização da produção de xilitol a partir de xilose por Candida parapsilosis atraves de analise por superficie de resposta

Resumo: Após testes com 18 leveduras diferentes, foi selecionada a espécie Candida parapsilosis IZ 1710. Cada ensaio de fermentação foi iniciado cultivando-se o inóculo por 24 h, a 30 °C e 250 rpm, em frascos de 500 ml com 100 ml de meio de crescimento, contendo glicose e xilose como fontes de carbono. As células cultivadas foram separadas por centrifugação e transferidas para frascos de 1000 ml com 200 ml de meio de fermentação contendo xilose como fonte de carbono e energia, extrato de levedura como nutriente orgânico e acetato de amônio como fonte de nitrogênio. Foram realizados 29 ensaios de fermentação sob diversas combinações de condições de temperatura, pH inicial do meio, concentração inicial de substrato e velocidade de agitação externa (variáveis independentes), previamente determinadas segundo o método de planejamento experimental por análise de superfície de resposta. O rendimento e a produtividade em xilitol foram escolhidos como as respostas (variáveis dependentes) a serem otimizadas. Os resultados obtidos nos 29 ensaios, juntamente com as condições experimentais correspondentes, foram submetidos a uma modelagem empírica, obtendo-se modelos de 2º ordem com elevado grau de ajuste aos pontos experimentais. Foram então construídas as figuras correspondentes às superfícies de resposta e linhas de contorno, para representar a variação das respostas em função das variáveis, possibilitando a determinação das condições ótimas para maximizar as respostas. Assim, 0,818 g de xilitol/g de xilose consumida foi determinado como o valor máximo previsto para o rendimento, nas seguintes condições ótimas: temperatura de 29,2 °C; pH inicial do meio igual a 4,4; concentração inicial de xilose de 144 g/l e velocidade de rotação de 119 rpm. Já para a produtividade em xilitol, foi previsto um valor máximo de 0,828 g/lh em condições ótimas ligeiramente diferentes, sendo: temperatura de 32,5 °C; pH inicial do meio igual a 6,4; concentração inicial de xilose de 144 g/l e velocidade de rotação de 162 rpm. Os resultados experimentais e previstos obtidos são da mesma ordem de grandeza que os melhores encontrados na literatura, indicando que a aplicação do método de planejamento proposto inicialmente foi bem sucedida, no sentido de identificar as condições fermentativas que favorecem a produção de xilitolAbstract: After running tests using 18 different yeasts, Candida parapsilosis IZ 1710 was selected for this study. Each fermentation run was started by growing selected yeast cells for 24 hs at 30 °C and 250 rpm in a 500 ml flask with 100 ml of growth media, containing xylose and glucose as carbon sources. The cultivated cells were harvested by centrifugation and transferred to a 1000 ml flask containing 200 ml of the fermentation media. The main components of fermentation media were xylose as a carbon source and ammonium acetate as a nitrogen source. Yeast extract was also added as a nutrient complement. Twenty nine fermentation runs were carried out under several combinations of temperature, pH, initial substrate concentration and agitation speed conditions (independent variables) previously determined according to the response surface method for experimental design. Xylitol yield and productivity (dependent variables) were chosen as the responses to be improved. The results obtained and experimental conditions used to perform 29 runs were submitted to empirical modelling. The second degree polynomials calculated showed an elevated level of fit to the experimental points. The corresponding response surface and contour levels plots for each response were drawn and the optima conditions to maximize the values of yield and productivity were determined. A maximum yield of 0.818 g of xylitol/g of consumed xylose was estimated for the following conditions: temperature of 29.2 °C, initial pH of 4.4, initial xylose concentration of 144 g/l and 119 rpm of agitation speed. Analogously, 0.828 g of xylitol/lh was the maximum estimated productivity under slightly different conditions, temperature of 32.5 °C, initial pH of 6.4, initial xylose concentration of 144 g/1 and 162 rpm for agitation speed. The estimated and experimental results are similar or even better than most of reported results, showing that the application of response surface method proposed initially was quite succesfull in identifying fermentations conditions that favour xylitol production by the selected microorganis