Aspectos de engenharia da produção do fungo entomopatogênico Metarhizium anisopliae em biorreator de bandeja

Pós-graduação em Engenharia e Ciência de Alimentos - IBILCE

O presente trabalho teve como objetivo principal o desenvolvimento de um biorreator de bandeja capaz de produzir esporos do fungo entomopatogênico Metarhizium anisopliae. Para esse fim, foi utilizado um biorreator de bandeja para a produção de esporos, que por sua vez foi avaliada em função da carga de substrato empregada. As variações de temperatura no biorreator foram simuladas e observadas experimentalmente. Para o desenvolvimento do biorreator, inicialmente foram realizados ensaios em embalagens plásticas contendo 10g e 500g de substrato, de modo a avaliar como o aumento da carga de meio fermentativo poderia influenciar na produção de esporos. Nestes ensaios, foram medidas as temperaturas no centro geométrico das embalagens e a elevação de temperatura foi relacionada à produção de esporos. Realizou – se uma análise de área superficial do arroz tipo 1 e da quirera de arroz para avaliar a interferência desta propriedade na produção de esporos. A partir dos resultados em embalagens plásticas foram realizados experimentos em um biorreator de 40 cm de comprimento, 29 cm de largura por 12 cm de altura, escoando ar sobre as partículas no sentido da maior dimensão. Foram empregadas cargas de 1, 2 e 3kg de arroz tipo 1, correspondente à altura de leito de 2, 4 e 6 cm, respectivamente, e 1 kg de quirera, correspondendo a 2 cm de altura. A temperatura nas posições de entrada e saída de ar e no meio geométrico do meio de cultivo foram medidas ao longo dos ensaios. A fermentação nas embalagens plásticas e no biorreator foram realizadas a 28oC. Para estimar a geração de calor metabólico do meio de cultivo, foram coletados dados de consumo de O2 e liberação de CO2 durante o período de incubação. Para tal, foi realizada a fermentação em um biorreator de leito empacotado cilíndrico, sendo os gases provenientes do leito e conduzidos a um analisador de gases. Foi proposto um modelo matemático unidimensional, capaz de prever os perfis de temperatura e o crescimento fúngico ao longo do processo em qualquer posição do biorreator. Os resultados experimentais em embalagens plásticas e no biorreator mostraram que menores quantidades de substrato são favoráveis à maior estabilidade da temperatura do meio de cultivo, resultando em maiores quantidades de esporos. No teste de área superficial, foi possível observar um aumento na área da quirera de arroz e consequentemente aumento da quantidade de esporos. Nos testes de cinética de crescimento, pode se observar que o consumo de O2 é baixo comparado a outros fungos. Os dados de simulação não demonstraram sobreaquecimento do meio de cultivo no biorreator com o aumento de carga, o que não afetaria a produção de esporos. Também pode se observar com os dados de simulação que a temperatura da superfície do meio de cultivo não sofreu sobreaquecimento. Porém, com os dados experimentais, foi possível observar um sobreaquecimento no meio de cultivo, em virtude da geração de calor metabólico. Os dados experimentais demonstraram que os melhores resultados obtidos no biorreator, para produção de esporos do fungo Metarhizium anisopliae, foram com cargas de 1 Kg, correspondente a 2 cm de altura de substrato e que com cargas maiores os perfis de temperatura apresentaram elevado aquecimento no meio de cultivo.

This study aimed to develop a bioreactor tray capable of producing spores of the fungus Metarhizium anisopliae entomopathogenic. To this end, we used a tray bioreactor for the production of spores, which in turn was evaluated according to the employed substrate load. Temperature variations in the bioreactor were simulated and observed experimentally. For the development of bioreactor assays were carried out in plastic bags containing substrate 10g and 500g in order to evaluate how increasing fermentative medium loading could influence the production of spores. In these tests we measured the temperature at the geometric center of the packages and the temperature rise was related to spore production performed -. A surface area analysis of rice Type 1 and broken rice to evaluate the interference at this property in the production of spores. From the results in plastic containers experiments were performed in a bioreactor of 40 cm long, 29 cm wide by 12 cm, air flowing onto the particles in the direction of the largest dimension. Loads were applied to 1, 2 and 3 kg of rice type 1, corresponding to the bed height of 2, 4 and 6 cm, respectively, and 1 kg of grits, corresponding to 2 cm. The temperature at the inlet position and the air outlet and the geometric mean of the culture medium were measured throughout the tests. Fermentation in plastic packaging and the bioreactor were carried out at 28 C. To estimate the generation of metabolic heat of culture medium were collected consumption data The O2 and CO2 release during the incubation period. To this end, the fermentation was performed in a bioreactor cylindrical packed bed, and the gases from the bed and driven to a gas analyzer. A one-dimensional mathematical model capable of predicting the temperature profile and fungal growth during the process at any position of the bioreactor is proposed. The experimental results in plastic bottles and bioreactor showed that smaller amounts of substrate are conducive to increased stability of the temperature of the medium, resulting in larger amounts of spores. In the test surface area, it was possible to observe an increase in the area of rice grits and therefore increasing the amount of spores. In the growth kinetics tests, it can be seen that the O 2 consumption is low compared to other fungi. Simulation data showed no overheating of the culture medium in the bioreactor with the increased load, which would not affect the production of spores. It can also be observed with the simulation data as the temperature of the surface of the medium has not suffered overheating. However, with the experimental data, it was possible to observe overheating in the culture medium by virtue of the generation of metabolic heat. The experimental data show that the best results obtained in the bioreactor for the production of Metarhizium anisopliae spores of the fungus were to loads of 1 kg, corresponding to 2 cm substrate height and with larger loads temperature profiles showed high heat in the middle cultivation.