Avaliação da produção de ácido lático a partir de manipueira e microrganismos autóctones em sistemas anaeróbios

Autor(es)

Guilherme Soares Cavalcante

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: São Carlos.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Escola de Engenharia de São Carlos (EESC/SBD)
• Data de defesa: 2021-10-22

Membros da banca

Marcelo Zaiat; Marcio Gomes Barboza; Simone Damasceno Gomes; Dagoberto Yukio Okada; Giovana Tommaso

• Orientador: Marcelo Zaiat

Resumo

Ácido lático é utilizado nas mais variadas aplicações, sendo uma das principais a fabricação do ácido polilático (PLA), um polímero termoplástico, com boas características mecânicas, biocompatível e biodegradável, potencial substituto dos polímeros derivados de indústrias petroquímicas. Elevado preço de produção, caracterizada pela fermentação de carboidratos refinados por microrganismos específicos em meios esterilizados, é o limitante para tornar o PLA competitivo no mercado de polímeros. A manipueira, resíduo líquido gerado na fabricação de derivados da mandioca, é um potencial substrato para produção de ácido lático, por possuir alto teor de carboidratos simples solúveis e contar com uma cultura autóctone de bactérias produtoras de ácido lático. Nesse sentido, o objetivo geral da pesquisa foi avaliar a possibilidade de produção de ácido lático em reatores anaeróbios utilizando manipueira e sua cultura mista autóctone. Para isso, esse trabalho foi dividido em três etapas. Na primeira etapa, foi realizada uma avaliação preliminar da fermentação da manipueira bruta em ensaios em batelada. O principal objetivo foi identificar os produtos gerados na fermentação da manipueira utilizando sua composição natural. A influência da temperatura no processo também foi avaliada. A segunda etapa objetivou a identificação das condições de pH inicial e temperatura mais favoráveis para produção de ácido lático, utilizando a metodologia de superfície de resposta. Também foi realizada modelagem da cinética do processo na condição mais favorável, a fim dimensionar racionalmente o reator contínuo utilizado na etapa subsequente. Na etapa 3, um reator anaeróbio de leito fixo estruturado (RALFE) foi operado para avaliar a possibilidade de produção contínua de ácido lático utilizando manipueira bruta apenas com o ajuste do pH de alimentação. A influência da aplicação de três diferentes tempos de detenção hidráulica (TDH) no processo também foi avaliada. Os resultados obtidos na primeira etapa demostraram que apenas produtos associados à fermentação lática são produzidos, sendo identificados apenas ácido lático, etanol e ácido acético. A variação da temperatura influenciou o processo, com seletividades do ácido lático (SAL) diferentes para cada condição testada. A análise da superfície de resposta obtida na etapa 2 permitiu observar que a interação do pH inicial e temperatura de fermentação possui efeito negativo nas variáveis SAL e rendimento de ácido lático (YAL), ou seja: em temperaturas maiores, o aumento do pH inicial não favoreceu essas variáveis, enquanto em temperaturas mais baixas SAL e YAL foram favorecidas com o aumento do pH inicial. Comparando os valores de YAL, a condição mais favorável de temperatura e pH inicial foi pH de 4,5 e temperatura de 35 ºC, com concentração máxima de ácido lático de 200 mmol AL.L-1 no 15º dia de fermentação, SAL de 0,9 e YAL de 0,9 g DQOAL.g-1 DQOCh. Houve produção contínua de ácido lático durante toda a operação do RALFE. Cargas de carboidratos aplicada (CCha) superior a 4 g Ch.L-1.dia-1 não influenciaram na vazão mássica de ácido lático produzido, com valor da assíntota aproximado de 60 g AL.dia-1. Redução do TDH para 8 h, com entre 4 e 7 g Ch.L-1.dia-1, resultou na produção de ácido propiônico, que influenciou negativamente na SAL e YAL. Com os resultados obtidos, foi estimado que para cada tonelada de mandioca processada há o potencial de produção de 6 kg de AL. Os resultados obtidos mostram que há grande potencial de produção de ácido lático em reatores anaeróbios, utilizando apenas manipueira e sua cultura autóctone microbiana. (AU)

• Processo FAPESP: 16/03470-6 - Produção de ácido láctico a partir de manipueira proveniente de produção de puba em reator anaeróbio de leito fixo
• Beneficiário: Jéssica Soares Cavalcante
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto