O que diauxia?

Você sabe por que alguns gráficos do potencial bioquímico de metano apresentam um degrau?

Entendendo a Diauxia e sua Influência na Produção de Biogás

 

Curva típica em degraus 

Esse é um fenômeno curioso que ocorre no processo anaeróbio, denominado diauxia. Os primeiros registros de observação foram realizados por Jacques Monod em 1941, que identificou o crescimento diauxia durante seus experimentos.

Na verdade, esse comportamento que pode ser observado em algumas curvas do resultado do teste de Potencial Bioquímico de Metano - PBM (em inglês para Biochemical Methane Potential - BMP) de produção de biogás reflete o comportamento de crescimento celular, quando ocorre a multiplicação de micro-organismos no processo anaeróbio.

Durante o processo anaeróbio, os micro-organismos passam por uma fase inicial caracterizada como fase de adaptação fisiológica aos nutrientes e ao ambiente em que se encontram, denominada fase lag. Segundo Carneiro (2018), após a adaptação, os micro-organismos iniciam o processo fermentativo e de crescimento exponencial (considerando a glicose como primeira fonte de energia, por exemplo). Essa fase de crescimento exponencial é chamada de fase log ou logarítmica.

Na terceira etapa do processo, quando a glicose se esgota, as células entram em uma segunda fase lag, a fase de estabilização que ocorre entre a primeira e a segunda fase lag é denominada diauxia. Neste momento, os micro-organismos passam novamente por uma etapa de adaptação para consumir um novo substrato (degradação e obtenção de energia de uma nova fonte). Em seguida, o novo estágio de crescimento é chamado de pós-diauxia (a segunda fase log), onde as células começam a metabolizar o etanol (exemplo de um novo substrato que passará a ser degradado).

Fases de crescimento celular 

Esse comportamento de adaptação (fase lag), crescimento exponencial (fase log), diauxia, pós-diauxia (segunda fase lag) e fase estacionária corresponde ao perfil de início, meio e fim do processo anaeróbio.

Quando o substrato utilizado no processo anaeróbio é heterogêneo e apresenta uma ampla variação na composição dos carboidratos, proteínas e lipídios, o comportamento diauxia se torna mais evidente.

Exemplo: biodigestão de substrato com composição heterogênea 

Durante os testes BMP de substratos heterogêneos como da fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos (FORSU), a diauxia ocorre quando os micro-organismos têm “preferência” por degradar (consumir) um elemento específico da composição do substrato, consumindo-o totalmente antes de começar a consumir outros elementos da composição do substrato. Por exemplo, podemos citar quando a degradação da glicose ocorrerá antes da degradação da celulose.

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A curva típica em degraus corresponde ao tempo necessário para adaptação do inóculo (micro-organismos anaeóbios) ao substrato, consumindo primeiro os substratos com maior taxa de biodegradabilidade e deixando para depois os compostos menos biodegradáveis.

Referências Bibliográficas consultadas

• LIMA, H. Q. Determinação de parâmetros cinéticos do processo de digestão anaeróbia dos resíduos orgânicos de Santo André – SP por meio de testes do potencial bioquímico de metano. 2016. 153 f. Tese (Doutorado) – Centro de Engenharia, Modelagem e Ciências Sociais Aplicadas, Universidade Federal do ABC, Santo André – SP, 2016.
• LIQUORI, A. M. et al. A theoretical equation for diauxic growth and its application to the kinetics of the early development of the sea urchin embryo. Differentiation, v. 20, n. 1‐3, p. 174-175, 1981.
• Tarcio Carneiro, Alterações na parede celular e no metabolismo energético de Saccharomyces cerevisiae submetida à alta pressão hidrostática. 2018. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal do Espírito Santo, UFES, Brasil, 2018.
• GOMES, Carolina Scaraffuni; STRANGFELD, Martin; MEYER, Michael. Diauxie studies in biogas production from gelatin and adaptation of the modified gompertz model: Two-phase gompertz model. Applied Sciences, v. 11, n. 3, p. 1067, 2021. DOI: 10.3390/app11031067 
• PÉREZ GARCÍA, M.; ROMERO GARCÍA, Luis I.; SALES MÁRQUEZ, Diego. Tecnologías anaerobias para la depuración termofílica de vertidos de destilerías vínicas. Ingeniería del agua, v. 4, n. 2, p. 7-16, 1997. DOI: 10.4995/ia.1997.2718 

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Série de posts “Grânulos do Saber”

O que são grânulos?

Sobre processos anaeróbios, em algumas condições há a formação de estruturas constituídas por micro-organismos anaeróbios, os grânulos anaeróbios.

Essas estruturas (aglomerados de diferentes micro-organismos) possibilitam de forma mais eficiente a transferência de nutrientes e favorecem a sobrevivência da comunidade microbiana.

Esses aglomerados de micro-organismos densamente agrupados contribuem para aceleração do processo de digestão anaeróbia, principalmente em lodos de reatores UASB.

Figura 1 -  Frascos reatores para cultivo de lodo granular anaeróbio.

Os grânulos anaeróbios são esferas muito pequenas e possuem uma vasta comunidade de seres vivos. Atuam na decomposição da matéria orgânica e possibilitam reciclagem de nutrientes.

Figura 2 - Frascos reatores com mistura de grânulos anaeróbios (pontos pretos) e substratos (conteúdo mais claro).

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