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Previous issue date: 2017-04-11 / Não recebi financiamento / One of the main concerns in the ethanol-producing industries is the
growth control of undesirable microorganisms that can cause decrease in the
fermentative yield. Among non-Saccharomyces yeasts which can contaminate the
fermentation process, the genus Dekkera is the most important because it is able to
grow in fermentation conditions and be adapted to the substrates. Regarding the
bacteria, Lactobacillus is the most representative genus. In the wine industry, several
antimicrobial agents are utilized to control the undesirable yeast and bacteria
populations, among them the sulphur dioxide (SO2) which is used in the form of
sulphite salts. However, the microbial control by this substance is not known yet in the
sugar and alcohol industries, in which the acid treatment of the cells and antibiotics are
largely utilized to control the growth of bacteria. In this context, this work aimed to verify
the effect of the addition of potassium metabisulphite (PMB) in two steps of the
fermentative process for fuel alcohol production: to the raw sugarcane juice and to the
acid treatment of the cells. In the first step, PMB concentration and exposure time to
the antimicrobial were determined to cause decrease in the number of native yeast
and bacteria in the sugarcane juice. Secondly, the minimum inhibitory concentration of
PMB was determined to control the growth of Dekkera bruxellensis, an important yeast
contaminant of the alcoholic fermentation, when added to the acid treatment of the
cells, both in pure culture and in co-culture with Saccharomyces cerevisiae and
Lactobacillus fermentum. The effect of this treatment on the fermentative parameters
was also analysed. The PMB was effective to control the growth of native yeast and
bacteria in the sugarcane juice at the concentration of 800 mg/L with exposure time
that varied from 3 to 6 hours, resulting in a maximal reduction of one log cycle for
yeasts and from 1.5 to 1.9 log cycles for bacteria. When added to the acid treatment
of the cells (pH 2.0), a reduction of approximately one log cycle of D. bruxellensis was
verified from the concentration of 225 mg/L of PMB. However, in co-culture with S.
cerevisiae and L. fermentum, this concentration also resulted in the decrease of S.
cerevisiae cell number, with negative effect on ethanol production. In a cell-recycled
batch fermentation, the combination of acid treatment and 150 mg/L of PMB caused a
substantial decrease in S. cerevisiae viability as well in the growth of both
contaminants, with reduction in the ethanol production and fermentative efficiency.
Although the potassium metabisulphite is effective in the context of wine fermentation,
it was not appropriate to the fuel ethanol production especially due to the peculiar
characteristics of the substrate and the conditions in which the fermentation is carried
out. / Uma das principais preocupações das indústrias de produção de etanol
combustível é controlar o crescimento de micro-organismos não selecionados para o
processo, os quais podem causar prejuízos ao rendimento e a produtividade. Dentre
as leveduras não-Saccharomyces contaminantes da fermentação, destaca-se o
gênero Dekkera, por apresentar capacidade de crescimento nas condições de
fermentação e adaptação aos substratos, e dentre as bactérias, o gênero
Lactobacillus. Na indústria do vinho, vários agentes antimicrobianos são utilizados
para o controle das populações de leveduras e bactérias indesejáveis, dentre eles o
dióxido de enxofre (SO2), utilizado na forma de sais de sulfito. No entanto, o controle
de micro-organismos com este agente é pouco conhecido na indústria sucroalcooleira,
a qual faz uso principalmente do tratamento ácido entre os ciclos fermentativos e
antibióticos para o controle de contaminantes bacterianos. Neste contexto, este
trabalho teve por objetivo verificar o efeito da adição de metabissulfito de potássio
(MBP) em duas fases do processo fermentativo para produção de etanol combustível:
ao caldo de cana bruto e ao tratamento ácido do fermento. Na primeira etapa,
verificou-se a concentração e o tempo de contato com o antimicrobiano para causar
redução no número de leveduras e bactérias nativas do caldo. Em seguida,
determinou-se a concentração mínima inibitória de MBP para o controle do
crescimento de Dekkera bruxellensis, uma importante levedura contaminante da
fermentação etanólica, quando adicionado ao tratamento ácido do fermento, em
cultura pura e em co-cultura com Saccharomyces cerevisiae e Lactobacillus
fermentum e o efeito dessa adição sobre os parâmetros fermentativos. O MBP foi
eficaz no controle de bactérias e leveduras nativas do caldo na concentração de 800
mg/L com tempo de contato que variou de 3 a 6 horas, proporcionando uma redução
máxima de cerca de 1 ciclo log para leveduras e de 1,5 a 1,9 ciclos log para bactérias.
Quando adicionado ao tratamento ácido (pH 2,0), ocorreu uma redução de
aproximadamente 1 ciclo log de D. bruxellensis a partir de 225 mg/L de MBP. Porém
em co-cultura com S. cerevisiae e L. fermentum, essa concentração ocasionou
também redução do número de células de S. cerevisiae, com efeito sobre a produção
de etanol. Em sistema de fermentação em batelada com reciclo celular, a combinação
do tratamento ácido e 150 mg/L de MBP ocasionou queda substancial na viabilidade
da levedura do processo e dos contaminantes D. bruxellensis e L. fermentum, com
consequente decréscimo na produção de etanol e eficiência fermentativa. Embora
seja eficiente no contexto da fermentação para produção de vinhos, o metabissulfito
de potássio não se mostrou adequado para a fermentação alcoólica para produção de
etanol combustível, devido às características peculiares do substrato utilizado e das
condições em que é realizada a fermentação.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/9310 |
| Date | 11 April 2017 |
| Creators | Paraluppi, Anna Lívia |
| Contributors | Antonini, Sandra Regina Ceccato |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Câmpus Araras, Programa de Pós-graduação em Produção Vegetal e Bioprocessos Associados (Campus ARARAS), UFSCar |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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