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Growth kinetics and physiological behavior of co-cultures of Saccharomyces cerevisiae and Kluyveromyces lactis, fermenting carob sugars extracted with whey

Publication . Rodrigues, Brígida; Lima-Costa, Maria Emília; Constantino, A.; Raposo, Sara; Felizardo, C.; Gonçalves, D.; Fernandes, T.; Dionísio, Lídia; Peinado, J. M.

Alcoholic fermentation of carob waste sugars (sucrose, glucose and fructose) extracted with cheese whey, by co-cultures of Saccharomyces.cerevisiae and Kluyveromyces lactis has been analyzed. Growth and fermentation of S. cerevisiae in the carob-whey medium showed an inhibition of about 30% in comparison with water-extracted carob. The inhibition of K. lactis on carob-whey was greater (70%) when compared with the whey medium alone, due to osmolarity problems. Oxygen availability was a very important factor for K. lactis, influencing its fermentation performance. When K. lactis was grown alone on carob-whey medium, lactose was always consumed first, and glucose and fructose were consumed afterwards, only at high aeration conditions. In co-culture with S. cerevisiae, K. lactis was completely inhibited and, at low aeration, died after 3 days; at high aeration this culture could survive but growth and lactose fermentation were only recovered after S. cerevisiae became stationary. To overcome the osmolarity and K. lactis' oxygen problems, the medium had to be diluted and a sequential fermentative process was designed in a STR-31 reactor. K. lactis was inoculated first and, with low aeration (0.13 vvm), consumed all the lactose in 48 h. Then S. cerevisiae was inoculated, consuming the total of the carob sugars, and producing ethanol in a fed-batch regime. The established co-culture with K. lactis increased S. cerevisiae ethanol tolerance. This fermentation process produced ethanol with good efficiency (80 g/l final concentration and a conversion factor of 0.4g ethanolig sugar), eliminating all the sugars of the mixed waste. These efficient fermentative results pointed to a new joint treatment of agro-industrial wastes which may be implemented successfully, with economic and environmental sustainability for a bioethanol industrial proposal. (C) 2016 Elsevier Inc. All rights reserved.

2016-10Journal article

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Definição do modo de operação, descontínuo ou semi-descontínuo, para produção de bioetanol utilizando um novo substrato misto pela levedura Kluyveromyces sp.

Publication . Fernandes, Tiago Pereira; Raposo, Sara; Constantino, Ana Pedro Silva

Os biocombustíveis de 2ª geração são uma alternativa limpa e sustentável aos combustíveis de origem fóssil. O objetivo deste trabalho consistiu no estabelecimento de um modo de operação, para a produção de bioetanol de 2ª geração a partir de um novo substrato misto, composto por resíduos da alfarroba e soro do queijo. Para obter elevados rendimentos e produtividades na produção de etanol, testaram-se diferentes estratégias de adição sequencial das leveduras Saccharomyces cerevisiae LEBA-1 e Kluyveromyces lactis CBS 2360 em sistema descontínuo (batch) e semi-descontínuo (fed-batch). Na preparação do substrato misto alfarroba/soro do queijo, otimizou-se a temperatura de extração dos açúcares solúveis da alfarroba no soro do queijo. Obteve-se um substrato rico em açúcar (190 g/l), sem gastos de água e com baixo input energético. Nas fermentações do substrato misto, com 240 g/l de açúcares totais, as leveduras S. cerevisiae, K. lactis e Kluyveromyces marxianus CECT 10370, revelaram baixa capacidade fermentativa, devido à elevada pressão osmótica e concentração de sal no meio, tendo a levedura S. cerevisiae alcançado um rendimento etanólico de 0,39 ± 0,02 g/g, abaixo do máximo teórico (0,51 g/g). As leveduras K. lactis e K. marxianus tiveram o crescimento limitado e a produção de etanol não ultrapassou os 30 g/l. Nos ensaios realizados em Erlenmeyer, de adição sequencial das leveduras S. cerevisiae e K. lactis, em modo descontínuo e semi-descontínuo, estas estirpes continuaram a apresentar um fraco desempenho fermentativo com baixos rendimentos etanólicos, ainda que, os açúcares da alfarroba tenham sido consumidos na totalidade ficando a lactose por metabolizar. Em concentrações mais baixas de açúcares, K. lactis revelou capacidade para crescer e fermentar alcançando rendimentos etanólicos de 0,47 ± 0,01 g/g, encontrando-se o máximo teórico entre os 0,51 e os 0,54 g/g. Nos ensaios em reator mecanicamente agitado, a estratégia de adição sequencial das leveduras em semi-descontínuo e condições de baixo arejamento (0,13 vvm) apresentou elevados rendimentos etanólicos (0,51 ± 0,03 g/g), elevadas produtividades e conversão total dos açúcares.

2015Master thesis

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Produção de bioetanol por uma cultura mista de leveduras a partir de um substrato misto de alfarroba e soro de queijo

Publication . Gonçalves, José Diogo Monteiro; Costa, Maria Emília Lima; Rodrigues, Brígida Gonçalves

Esta dissertação é focada na produção de bioetanol a partir de resíduos e de efluentes industriais numa perspetiva de reutilização e de obtenção de um biocombustível de 2ª geração. Um dos maiores desafios na produção de etanol tem sido a diminuição dos custos de produção, para que o preço final para o consumidor seja economicamente competitivo. Uma das soluções está associada à utilização de matérias-primas de baixo custo, como a polpa da alfarroba proveniente da indústria transformadora e o efluente, soro do queijo proveniente da indústria de lacticínios. A estratégia utilizada visa a preparação de um substrato misto enriquecido em açúcares fermentáveis, selecionando a melhor proporção de alfarroba em soro do queijo. Para obtenção do substrato misto foram testadas três proporções alfarroba (peso): soro do queijo (volume), correspondentes a 20, 30 e 40 % (p/v) e dois tempos de extração diferentes, 1 e 2 h, com o solvente, soro do queijo, com e sem proteína. O resultado mais favorável foi obtido com a proporção 40 % (p/v), contendo uma concentração total de açúcares de 189,66 ± 6,96 g/L. A cultura mista composta pelas leveduras Saccharomyces cerevisiae LEBA-1 e Kluyveromyces lactis CBS 2360, foi estudada em diferentes proporções e condições de açúcar, bem como através de ensaios que visam investigar a produção de toxinas killer por parte das estirpes celulares. Os resultados indicam que não existe atividade killer nas condições operacionais de fermentação e a proporção de leveduras na população mista utilizada é composta por 50 % S. cerevisiae: 50 % K. lactis. Estudos de arejamento, micro-arejamento e anoxia foram realizados em reator biológico de 3-L (STR) em diferentes modos de operação. Nas fermentações batch, foram consumidos de 74 a 81 % de açúcares totais, com rendimentos entre 38–48 % e uma concentração de etanol máxima de cerca de 71 g/L. Na fermentação realizada em fed-batch, a concentração máxima de etanol aumentou para cerca de 84 g/L.

2014Master thesis

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