Escalonamento de cultivo submerso utilizando microrganismo do gênero Streptomyces para uso na agricultura - Ostrufka, Gabryely Eloisa Henares [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2025)
Este projeto teve como objetivo principal o escalonamento de um bioprocesso submerso aeróbio utilizando um microrganismo do gênero Streptomyces spp., partindo de um biorreator de 4 litros para uma escala de 100 litro. Foram realizadas as caracterizações dos biorreatores de 4 e 100 litros quanto à geometria e o coeficiente de transferência de oxigênio (kLa). Além disso, obtevese também os valores da velocidade na ponta do impelidor (Vtip) nas duas escalas. Com base nesses dados, foi definida uma estratégia de cultivo otimizada para o aumento de escala, visando manter as condições ideais para o crescimento do microrganismo. O cultivo em escala de 100 litros atingiu uma concentração celular abaixo do esperado, porém observou-se um aumento significativo de 3,5 vezes na produção de quitinase, uma enzima de interesse industrial. Esse incremento na produção de quitinase e a redução de concentração celular foi associado a condições de estresse geradas pela demanda de oxigênio dissolvido no cultivo pelo microrganismo não suprida pelas condições de cultivo definidas em escala piloto, o que pode ter induzido uma resposta metabólica diferenciada no microrganismo. Apesar da variação na concentração celular, os perfis de pH ao longo do cultivo apresentaram grande similaridade entre as duas escalas. Os resultados destacaram desafios associados à manutenção das condições ideais de cultivo em diferentes escalas e os impactos dessas variações na produção de biomassa e metabólitos, sendo necessário estudos posteriores para melhor entendimento e definição dos parâmetros operacionais do cultivo em escala de 100 litros.

This project aimed to scale up an aerobic submerged bioprocess using a microorganism of the genus Streptomyces spp., transitioning from a 4-liter bioreactor to a 100-liter scale. Characterizations of the 4-liter and 100-liter bioreactors were conducted, focusing on geometry and the oxygen transfer coefficient (kLa). Additionally, the tip speed of the impeller (Vtip) was determined for both scales. Based on these data, an optimized cultivation strategy was defined for the scale-up, aiming to maintain ideal conditions for microbial growth. O cultivo em escala de 100 litros atingiu uma uma concentração celular abaixo do esperado, however, a significant 3.5-fold increase in chitinase production, an enzyme of industrial interest, was observed. This increase in chitinase production and the reduction in cell concentration was associated with stress conditions caused by the dissolved oxygen demand generated during the cultivation, which was not fully met under the defined pilot-scale conditions. This may have induced a distinct metabolic response in the microorganism. Despite the variation in cell concentration, the pH profiles during cultivation showed high similarity between the two scales. The results highlighted challenges related to maintaining ideal cultivation conditions at different scales and the impacts of these variations on biomass and metabolite production. Further studies are necessary to better understand and define the operational parameters for cultivation at the 100- liter scale.
Scale-up of submerged cultivation using microorganisms of the genus Streptomyces for agricultural use
Keywords: Streptomyces spp.; Escalonamento; Cultivo submerso aeróbio; Kla; Vtip