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Title: Effect of reactor configuration in the acidogenic fermentation profile
Other Titles: Efeito da configuração do reactor no perfil da fermentação acidogénica
Author: Runa, Viviane Marisa Reis
Advisor: Serafim, Luísa Seuanes
Bengtsson, Simon
Keywords: Poliesteres
Ácidos orgânicos
Acidogénese
Cultura (Biologia) - Bactérias
Tensioactivos
Reactores químicos
Extracção química
Defense Date: 24-Nov-2016
Publisher: Universidade de Aveiro
Abstract: Polyhydroxyalkanoates (PHA) emerge as a promising alternative to the conventional plastics due to its biodegradability, biocompatibility and thermochemical properties. Several strategies have been studied in order to decrease PHA production costs and enlarge their commercialization, such as the use of pre-treated renewable substrates and the development of economically and environmentally sustainable extraction procedures. The first part of this work aimed to compare two different reactor operation modes for the production of short-chain organic acids (SCOA), preferred substrates for polyhydroxyalkanoates (PHA) production. Acidogenic fermentation was performed by mixed microbial cultures (MMC) in a continuously stirred tank reactor (CSTR) and in a sequential batch reactor (SBR) operated for 130 days and submitted to the same operational conditions. Both reactors achieved full fermentation (>90%) for an OLR of 10gCOD/L·d, with a different range and relative concentrations of fermentation products (FP). Ethanol (EtOH) was the dominant FP in the CSTR and acetic acid (HAc) the main SCOA produced, while the SBR presented butyric acid (HBu) as dominant FP, slightly higher than the HAc concentration. Although the CSTR showed a higher yield of SCOA than the SBR – 0.671 and 0.604, respectively -, the SBR presented a higher conversion of substrate into SCOA – 48% over 38%. The second part of the work focused on the PHA extraction from pure cultures of C. necator and MMC with surfactants and an enzymatic solution from the hydrolysate of the fungus P. variotii. An extraction protocol was developed for application of the extractive agents studied. Afterwards, a systematic extraction of PHA from the microbial cultures was performed and several concentrations and temperatures tested. Among the surfactants used, BRIJ 30 presented the most promising results with recoveries above 30% for the pure cultures and above 20% for the MMC. The enzymatic solution enabled the PHA extraction when used at a concentration of 10% but not in inferior percentages, indicating that application of higher concentrations should be studied.
Os polihidroxialcanoatos (PHA) apresentam-se como uma alternativa promissora aos plásticos convencionais, devido à sua biodegradabilidade, biocompatibilidade e propriedades termoquímicas. Várias estratégias têm sido estudadas para reduzir os custos de produção de PHA e ampliar a sua comercialização, como o uso substratos renováveis sujeitos a um pré-tratamento e o desenvolvimento de procedimentos de extração económica e ambientalmente sustentáveis. A primeira parte do trabalho consistiu na comparação de dois modos de operação de reator distintos para a produção de ácidos orgânicos de cadeia curta (AOCC), substratos preferidos para a produção de PHA. A fermentação acidogénica foi protagonizada por culturas microbianas mistas (CMM), num reator contínuo perfeitamente agitado (CSTR) e num reator descontínuo sequencial (SBR), operados durante 130 dias sob as mesmas condições operacionais. Ambos os reatores atingiram fermentação total (>90%) para a carga orgânica de 10gCOD/L·d, com gama de produtos de fermentação (PF) e respetivas concentrações relativas distintas. Etanol foi o PF dominante no CSTR e ácido acético (HAc) o principal AOCC produzido, enquanto o SBR apresentou dominância pelo ácido butírico (HBu), com concentração pouco acima do HAc. Apesar do CSTR ter tido maior rendimento de AOCC que o SBR - 0.671 e 0.604, respetivamente - o SBR teve uma conversão de substrato em AOCC superior – 48% comparativamente a 38%. A segunda parte do trabalho incidiu na extração de PHA de culturas puras de C. necator e CMM com aplicação de surfatantes e solução enzimática de hidrolisado do fungo P. variotii. Inicialmente, foi desenvolvido um protocolo para aplicação dos agentes extrativos em estudo. Após, foi feita a extração sistemática de PHA das culturas microbianas seguindo o protocolo desenvolvido e combinando valores de temperatura e concentração. Dos surfatantes utilizados, o BRIJ 30 apresentou resultados mais promissores com recuperações de polímero acima de 30% para as culturas puras e acima de 20% para as CMM. A solução enzimática permitiu extração de PHA em concentração de 10% mas não em concentrações inferiores, indicando que concentrações mais elevadas deverão ser estudadas.
Description: Mestrado em Biotecnologia
URI: http://hdl.handle.net/10773/21101
Appears in Collections:UA - Dissertações de mestrado
DQ - Dissertações de mestrado

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