Bacillus thuringiensis var. israelensis (Bti) produz um cristal protéico paraesporal amplamente utilizado na formulação de larvicidas aplicados para o controle de Culex e Simulium. As formulações de Bti são muito utilizadas devido à sua alta especificidade com relação ao inseto alvo e à ausência de toxicidade às demais espécie vivas. Entretanto, este mercado é suprido por produtos importados, limitando sua utilização em função do alto preço em comparação com os inseticidas químicos, indicando a necessidade de produção de bioinseticidas de menor custo. Os meios de produção de toxinas de Bti normalmente apresentam em sua composição resíduos agroindustriais que, embora de baixo custo, possuem elevado teor de sólidos em suspensão. Além de problemas operacionais inerentes ao processo, a presença de sólidos inviabiliza a determinação da concentração celular por métodos convencionais, dificultando a realização de estudos cinéticos do processo. Na literatura, é descrita a utilização do balanço de oxigênio para a determinação indireta da concentração de Bti em meios complexos, utilizando, porém, detectores de O₂ e CO₂ de custo elevado. Neste trabalho, foi estudada a cinética do cultivo de Bti IPS-82 em meios contendo extrato de levedura bruto ou componentes alternativos - farelo de soja e extrato de soja em pó desengordurado - com a concentração de biomassa microbiana sendo estimada a partir de dados do balanço respiratório utilizando um oxímetro portátil.

Os cultivos foram realizados em biorreator Biostat B (B. Braun Biotech, RFA) de 4L de volume útil, a 30°C, com oxigênio dissolvido mantido em, no mínimo, 30% da saturação. O pH variou entre os limites de 5,5 e 7,0. O meio padrão foi formulado com glicose (20-25g/L), sais nutrientes e extrato de levedura bruto (ELB; 12g/L). Alternativamente ao extrato de levedura, foram testadas como fontes de nitrogênio orgânico: farelo de soja (FS; 20g/L) e extrato de soja em pó (PS; 12g/L). A concentração de glicose foi determinada pelo método do DNS. A concentração celular, em meio com ELB, foi determinada por gravimetria e pela medida de absorbância em espectrofotômetro (DO) convertida posteriormente em concentração. A fração molar de oxigênio no fluxo de saída do biorreator foi medida em oxímetro DM4 (Digimed, Brasil). Com este dado, além da pressão parcial e da temperatura dos gases efluentes, a demanda de oxigênio pelo cultivo (OUR) pôde ser determinada por balanço de O₂ em todos os meios. Os valores das constantes Y_GO (fator de conversão de oxigênio em células) e m_O (coeficiente de manutenção para o oxigênio) foram calculados graficamente utilizando os dados do ensaio em meio ELB. Com estes parâmetros, as concentrações celulares foram estimadas e comparadas com os outros métodos utilizados. As máximas velocidades específicas de crescimento (µ_x,m) foram calculadas durante a fase exponencial e o fator de conversão de glicose em células (Y_X/S) no início da estacionária de cada ensaio.

As curvas de OUR em função do tempo mostraram perfis semelhantes, com a atividade respiratória máxima sendo medida durante as fases exponenciais dos cultivos. No caso, os valores máximos de OUR foram calculados na faixa de 42 a 45 mmolO₂/L/h, em tempos de fermentação de cerca de 8 a 10h. A partir da OUR e da concentração celular medida diretamente por gravimetria com o meio ELB, foram calculados os valores das constantes respiratórias Y_GO e m_o: 0,045g/mmolO₂ e 1,13mmol/g/h, respectivamente. Com esses dados foi possível estimar, por balanço respiratório, as concentrações de biomassa microbiana, que alcançaram 11,5, 11,0, e 13,8g/L com os meios ELB, FS e PS. A comparação das curvas de crescimento obtidas com concentrações celulares calculadas diretamente por gravimetria e por balanço de O₂, em meio ELB, mostraram um excelente ajuste do modelo. Com relação à estimativa da concentração celular por absorbância, avaliada também no meio ELB, verificou-se ser possível utilizar este método somente nas primeiras horas de cultivo, quando as células de Bti apresentam-se ainda individualizadas, devido às mudanças ocorridas com o microrganismo. Os valores de µ_xm para os diferentes meios foram 0,46, 0,53, e 0,52h^-1, enquanto os fatores de conversão de glicose em biomassa (Y_X/S) foram de 0,51, 0,44, e 0,60g/g, com meios ELB, FS e PS, respectivamente. Os resultados superiores, em termos de Y_X/S, alcançados com PS justificam-se pelo seu maior conteúdo protéico.

Os resultados confirmaram a possibilidade do uso de equipamentos simples para a estimativa da concentração celular a partir da demanda de oxigênio, uma vez que foi observado um excelente ajuste entre os pontos experimentais e os alcançados pelo método indireto. O método da absorbância, no entanto, não é aplicável para este processo. Em meios com fontes alternativas de nitrogênio orgânico, foram alcançados resultados, em termos de crescimento, semelhantes ou mesmo superiores aos obtidos com extrato de levedura bruto, considerado como uma eficiente fonte de nitrogênio e vitaminas. O valor comercial do extrato de levedura bruto, embora seja substancialmente mais baixo que o do extrato purificado, é incomparavelmente mais elevado que o do farelo de soja e aproximadamente o dobro do cobrado pelo extrato de soja. Por outro lado, o farelo apresenta o problema do elevado teor de soja, enquanto o extrato de soja aumenta significativamente a viscosidade do meio. Deste modo, na escolha da fonte de nitrogênio do meio de cultivo de Bti, deve ser considerada não apenas a questão do custo mas também as vantagens operacionais para o processo fermentativo.