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Previous issue date: 2012-02-08 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / A chemical process optimization and control is strongly correlated with the quantity of information can be obtained from the system. In biotechnological processes, where the
transforming agent is a cell, many variables can interfere in the process, leading to changes in the microorganism metabolism and affecting the quantity and quality of final product. Therefore, the continuously monitoring of the variables that interfere in the bioprocess, is crucial to be able to act on certain variables of the system, keeping it under desirable operational conditions and control. In general, during a fermentation process, the analysis of
important parameters such as substrate, product and cells concentration, is done off-line, requiring sampling, pretreatment and analytical procedures. Therefore, this steps require a
significant run time and the use of high purity chemical reagents to be done. In order to implement a real time monitoring system for a benchtop bioreactor, these study was conducted in two steps: (i) The development of a software that presents a communication interface between bioreactor and computer based on data acquisition and process variables data recording, that are pH, temperature, dissolved oxygen, level, foam level, agitation frequency and the input setpoints of the operational parameters of the bioreactor control unit; (ii) The development of an analytical method using near-infrared spectroscopy (NIRS) in order to enable substrate, products and cells concentration monitoring during a fermentation process for ethanol production using the yeast Saccharomyces cerevisiae. Three fermentation
runs were conducted (F1, F2 and F3) that were monitored by NIRS and subsequent sampling for analytical characterization. The data obtained were used for calibration and validation,
where pre-treatments combined or not with smoothing filters were applied to spectrum data. The most satisfactory results were obtained when the calibration models were constructed
from real samples of culture medium removed from the fermentation assays F1, F2 and F3, showing that the analytical method based on NIRS can be used as a fast and effective method to quantify cells, substrate and products concentration what enables the implementation of insitu real time monitoring of fermentation processes / A realiza??o de otimiza??o e controle de um processo qu?mico est? fortemente correlacionada ao quanto de informa??o ? poss?vel se obter dinamicamente do sistema. No caso particular dos processos biotecnol?gicos, como o agente transformador ? um ser vivo, diversas vari?veis podem interferir sobre o processo, conduzindo a mudan?as no metabolismo dos microorganismos e, consequentemente, afetando a quantidade e qualidade
do produto final. Desta forma, monitorar continuamente as vari?veis que interferem nos processos biotecnol?gicos ? de fundamental import?ncia para que se possa atuar sobre
certas vari?veis do sistema, mantendo-o sob controle operacional e em condi??es desejadas. Em geral, durante um processo de fermenta??o, a an?lise de par?metros importantes, tais como concentra??o de substrato, produtos e c?lulas, ? feita de forma off-line, necessitando de amostragens, pr?-tratamentos e procedimentos anal?ticos. Portanto, tais etapas demandam um tempo significativo para execu??o, al?m do uso de reagentes qu?micos com elevado grau
de pureza. Com o objetivo de implementar um sistema de monitoramento em tempo real (on-line) para um biorreator em escala laboratorial, o presente trabalho foi realizado em
duas etapas: (i) o desenvolvimento de um programa computacional com interface de comunica??o entre o biorreator e o computador visando realizar a aquisi??o e registro de
dados das vari?veis monitoradas no processo, tais como: pH, temperatura, oxig?nio dissolvido, n?vel de espuma e rota??o do agitador, al?m da entrada de set-points dos par?metros operacionais da unidade de controle do biorreator; (ii) o desenvolvimento de um m?todo anal?tico quimiom?trico utilizando espectroscopia no infravermelho pr?ximo (NIRS), visando promover o monitoramento em tempo real da concentra??o de substrato, produtos e c?lulas durante um processo fermentativo para produ??o de etanol, usando como microrganismo a levedura Saccharomyces cerevisae. Foram realizados tr?s cultivos (F1, F2
e F3) nas mesmas condi??es de fermenta??o em biorreator, sendo as mesmas monitoradas utilizando o NIRS e realizando-se amostragem para posterior caracteriza??o anal?tica. A
partir dos dados obtidos, foram feitos testes para calibra??o e valida??o das informa??es obtidas com o NIRS, utilizando-se v?rios pr?-tratamentos com a aplica??o ou n?o de filtros
de suaviza??o de ru?dos dos espectros. Os resultados mais satisfat?rios foram obtidos quando os modelos de calibra??o foram constru?dos a partir de amostras reais do meio de
cultivo retiradas dos ensaios de fermenta??o F1, F2 e F3, apresentando correla??o linear superiores a 0,97 e reduzidos erros de predi??o quando comparados aos outros modelos de
calibra??o obtidos. Os resultados mostram que o m?todo anal?tico baseado no NIRS pode ser utilizado como um m?todo r?pido e eficaz para quantificar concentra??es de c?lulas,
substrato e produtos, permitindo a implementa??o do monitoramento em tempo real e in situ de processos fermentativos
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufrn.br:123456789/15824 |
| Date | 08 February 2012 |
| Creators | Nascimento, Ruthin?ia J?ssica Alves do |
| Contributors | CPF:65331060587, http://lattes.cnpq.br/5058617634570704, Santos, Everaldo Silvino dos, CPF:87510383404, http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4799564Y2, Macedo, Gorete Ribeiro de, CPF:10847022404, http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4788057U7, Santos, Alexandre Ferreira, CPF:03304951784, Oliveira, Jackson Ara?jo de |
| Publisher | Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Programa de P?s-Gradua??o em Engenharia Qu?mica, UFRN, BR, Pesquisa e Desenvolvimento de Tecnologias Regionais |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFRN, instname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte, instacron:UFRN |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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