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Title: Estudo da bioconversão do mandacaru (Cereus jamacaru P.DC.) para produção de bioprodutos.
Other Titles: Bioconversion study of mandacaru (Cereus jamacaru P.DC.) for the production of bioproducts.
???metadata.dc.creator???: ALMEIDA, Mércia Melo de.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: SILVA, Flávio Luiz Honorato da.
OLIVEIRA, Líbia de Sousa Conrado.
???metadata.dc.contributor.referee1???: KALIL, Susana Juliano.
???metadata.dc.contributor.referee2???: MACEDO, Gorete Ribeiro de.
???metadata.dc.contributor.referee3???: FIGUEIRÊDO, Rossana Maria Feitosa de.
???metadata.dc.contributor.referee4???: FURLANETTO, Egídio Luiz.
???metadata.dc.contributor.referee5???: SWARNAKAR, Ramdayal.
Issue Date: 11-Sep-2007
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: ALMEIDA, Mércia Melo de. Estudo da bioconversão do mandacaru (Cereus jamacaru P.DC.) para produção de bioprodutos. 169 f. (Tese de Doutorado em Engenharia de Processos), Programa de Pós-graduação em Engenharia de Processos, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande - Paraíba - Brasil, 2007.
???metadata.dc.description.resumo???: Este trabalho teve como objetivo principal utilizar o mandacaru de forma integral (cladódio e fruto) na elaboração de bioprodutos (enriquecido nutricional, bebida fermentada e vinagre) visando a valorização desta cultura. O processo de enriquecimento proteico do cladódio foi realizado por fermentação semi-sólida e a elaboração da bebida fermentada e vinagre do fruto do mandacaru por fermentação submersa. O mandacaru foi utiiizado como substrato no enriquecimento proteico por dois microrganismos diferentes. inicialmente, estudou-se o enriquecimento proteico do mandacaru com o Aspergillus niger por fermentação semi-sólida, e avaliou-se a influencia da espessura da camada (1, 3 e 5 cm) e da temperatura (30, 34 e 38°C) onde foram realizados sete experimentos, sendo três no ponto central, de acordo com o planejamento fatorial 22 . Avaliou-se o teor de proteína bruta e o aumento proteico, cujos resultados foram submetidos a analise de variância. O maior aumento proteico ocorreu após 72 horas de fermentação a uma temperatura de 30°C, com uma espessura da camada de 1 cm. Posteriormente, estudou-se o enriquecimento proteico do mandacaru com a levedura Saccharomyces cerevisiae em tambor rotativo com uma concentração de inoculo de 5% e temperatura ambiente de 25°C, avaliando o teor de proteína e açúcares ao longo de 26 horas de fermentação. O teor proteico máximo de 23% foi observado após 10 horas de fermentação. O enriquecido proteico obtido neste estudo apresentou teores de proteína bruta em torno de 23%, que estão de acordo com as normas de alimentação animal (NRC, 1989). e pode ser usado como suplemento proteico para animais na época de escassez de alimentos na região semi-árida. No estudo das isotermas de adsorção do mandacaru, o modelo de Henderson modificado apresentou melhor ajuste aos dados experimentais nas temperaturas de 25, 35 e 40°C, com exceção da temperatura de 30°C que teve melhor ajuste com o modelo de GAB. A segunda parte do trabalho consistiu em fazer a caracterização física e fisicoquímica dos frutos do mandacaru, e estudar a cinética da fermentação alcoólica e acética na elaboração da bebida fermentada e vinagre do fruto do mandacaru utilizando-se a levedura Saccharomyces cerevisiae e bactérias acéticas, respectivamente. O aproveitamento do fruto na produção de fermentado e vinagre e viável pelo elevado teor de sólidos solúveis totais (11°Brix) e açúcares redutores totais ( 9 , 8 2 % ) presentes nos frutos. A fermentação alcoólica foi conduzida, em bioreator, em sistema de batelada, a temperatura de 30°C ± 2°C. Avaliou-se a concentração celular (X), concentração de substrata (ART), concentração de produto (etanol), sólidos solúveis totais, pH e acidez total, ao longo de 4 7 horas de fermentação. Os parâmetros cinéticos obtidos foram: YX / s = 0 , 0 7 5 ; Y P / S = 0 , 4 6 9; Pmax=0,082 h~1; %Conversão e produtividade de 9 1 , 8 2 % e 3,04g/L.h, respectivamente. A fermentação acetica foi conduzida em biorreator, em batelada, a temperatura ambiente de 27°C ± 2°C. Foram monitoradas as concentrações de acidez total, volátil e fixa e concentração de etanol a cada 2 4 horas. Os maiores percentuais de rendimento ( 6 7 , 4 % ) e produtividades (0,29g/L.h) na produção de vinagre foram obtidos para as concentrações iniciais de etanol e acidez volátil de 6°GL e 2 % acido acético, respectivamente. A bebida fermentada de mandacaru apresentou uma concentração de etanol (10,4°GL) dentro das especificações exigidas pela legislação brasileira. O vinagre de mandacaru obtido esta dentro dos padrões exigidos pela legislação brasileira, com acidez volátil acima de 4 % . A produção de bebida fermentada e vinagre e uma alternativa promissora no aproveitamento dos frutos do mandacaru.
Abstract: This research had as its main objective the use of whole Cereus jamacaru (plant and fruit) in the manufacturing of byproducts (nutritional enrichment, wine and vinegar) aiming to value this crop. The protein enrichment process of the plant was performed by semi-solid fermentation and the elaboration of wine and vinegar of the Cereus jamacaru fruit was made by submersed fermentation. Cereus jamacaru was used as a substrate in protein enrichment by two different microorganisms. Initially, protein enrichment of Cereus jamacaru with Aspergillus niger by semi-solid fermentation was studied, and the influence of the thickness of the layer (1.3 and 5 cm.) and the temperature (30, 34 and 38°C) were evaluated, where seven experiments were performed, three of them being on the central point, according to the 2 2 factorial planning. The crude protein content and the protein increase were assessed, and the results submitted to variance analysis. The greatest protein increase occurred after 72 hours of fermentation at a temperature of 30°C and with a layer of 1 cm thick. Later, Cereus jamacaru protein enrichment with Saccharomyces cerevisia yeast in rotational drums, with a concentration of inoculums at 5% and room temperature of 25°C, was studied, evaluating the protein and sugar content throughout 26 hours of fermentation. A maximum protein content of 23% was observed after 10 hours of fermentation. The protein enrichment obtained in this study presented contents of crude protein around 23%, which agrees with the NCR animal food norms (1989), and can be used as a protein supplement for animals during food scarcity in the semi-arid region. In the study of Cereus jamacaru adsorption isotherms, the Herderson model presented the best adjustments to the experimental data at temperatures of 25, 35 and 40°C, with the exception of the temperature at 30°C, which had a better adjustment to the GAB model. The second part of the study consisted in making a physical and physical-chemical characterization of the Cereus jamacaru fruit, and studying the kinetics of alcoholic and acetic fermentation in the manufacturing of Cereus jamacaru wine and vinegar using Saccharomyces cerevisiae yeast and acetic bacteria, respectively. The utilization of the fruit in the production of wine and vinegar is viable because of the high content of total soluble solids ( 1 1 °8rix) and total reducing sugars (9.82%) present in the fruit. Alcoholic fermentation was conducted in a bioreactor, in a loading system, at a temperature of 30°C ± 2°C. The cellular concentration, the substrate concentration, product concentration, total soluble solids, pH and total acidity were assessed throughout 48 hours of fermentation, The kinetic parameters obtained were: Y»s=0.075; YP ; S=0.469; Mmax=0.082 h"1; % Conversion and productivity of 91.82% e 3.04g/L.h, respectively. Acetic fermentation was conducted in a bioreactor, in loads, at a room temperature of 27°C ± 2°C. Concentrations of total, volatile, and fixed acidity, and that of ethanol were monitored every 24 hours. The greatest yield (67.4%) and productivity (0.29g/L.h) percentiles in the production of vinegar were obtained for the initial concentrations of ethanol and volatile acidity of 6°GL and 2% acetic acid, respectively. Cereus jamacaru wine presented an ethanol concentration (10.4°GL) within the specifications required by Brazilian legislation. The obtained Cereus jamacaru vinegar is within standards required by Brazilian legislation, with a volatile acidity over 4%. The production of wine and vinegar is a promising alternative in the utilization of Cereus jamacaru fruit.
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/11460
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