Analytical modeling and numerical optimization of the biosurfactants production in solid-state fermentation by Aspergillus fumigatus

Abstract

This is an experimental, analytical and numerical study to optimize the biosurfactants production in solid-state fermentation of a medium containing rice straw and minced rice bran inoculated with Aspergillus fumigatus. The goal of this work was to analytically model the biosurfactants production in solid-state fermentation into a column fixed bed bioreactor. The Least-Squares Method was used to adjust the emulsification activity experimental values to a quadratic function semi-empirical model. Control variables were nutritional conditions, the fermentation time and the aeration. The mathematical model is validated against experimental results and then used to predict the maximum emulsification activity for different nutritional conditions and aerations. Based on the semi-empirical model the maximum emulsification activity with no additional hydrocarbon sources was 8.16 UE·g-1 for 112 h. When diesel oil was used the predicted maximum emulsification activity was 8.10 UE·g-1 for 108 h.

Este trabalho trata de um estudo experimental, analítico e numérico para otimizar a produção biossurfactante por fermentação em estado sólido, utilizando Aspergillus fumigatus em substrato contendo casca e farelo de arroz. O objetivo do trabalho foi modelar analiticamente a produção biossurfactantes em biorreator de coluna com leito fixo. O Método dos Mínimos Quadrados foi utilizado para ajustar os valores experimentais de atividade de emulsificação no modelo semiempírico. As variáveis de controle foram as condições nutricionais, tempo de fermentação e aeração. O modelo matemático foi validado experimentalmente e usado para prever a atividade emulsificante nas diferentes condições nutricionais e de aeração. Com base no modelo semiempírico a atividade emulsificante máxima encontrada para os experimentos sem fonte adicional de carbono foi de 8,16 EU g-1 em 112h. Quando o óleo diesel foi utilizado, a atividade emulsificante máxima foi de 8,10 EU g-1 em 108h.