Process development for first and second-generation lactic acid production

Autor(es)

Regiane Alves de Oliveira

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia de Alimentos
• Data de defesa: 2019-06-25

Membros da banca

Rubens Maciel Filho; Marcus Bruno Soares Forte; Sindelia Freitas; Betânia Hoss Lunelli

• Orientador: Rubens Maciel Filho; Carlos Eduardo Vaz Rossell

Resumo

O ácido láctico é um ácido orgânico que possui uma ampla gama de aplicações industriais bem estabelecidas, como nas indústrias de alimentos, farmacêutica e cosmética. Novas aplicações são frequentemente descobertas e lançadas no mercado. Atualmente, suas aplicações com maior destaque estão relacionadas à indústria médica, produção de polímeros - biodegradáveis ou não - e seu uso como molécula precursora para a produção de outras moléculas na indústria química. Este trabalho apresenta os principais aspectos relacionados à cadeia de produção de ácido láctico de primeira e segunda-geração produzidos a partir de cana-de-açúcar, considerando as tendências de mercado, perspectivas e desafios. Inicialmente, foi realizado uma triagem de microrganismos que resultou na seleção de uma cepa de Lactobacillus plantarum para ser utilizada na produção de ácido lático de primeira e segunda-geração. O melaço de cana-de-açúcar é uma rica fonte nutricional para a produção ácido láctico de primeira-geração. Para países onde a cana é uma cultura importante, sua utilização pode abrir uma oportunidade para a implementação de uma biorrefinaria que produza açúcar, etanol, leveduras, eletricidade e ácido lático, como tem sido feito nos setores de açúcar e álcool. Utilizando o melaço como substrato, foram produzidos 157,9 g/L de ácido lático, com produtividade de 5,4 g L-1 h-1 e rendimento de 95 %. O ácido lático de segunda-geração foi produzido a partir da fração hemicelulósica do bagaço de cana hidrolisado, resultando em 34,5 g/L de ácido lático. Neste estudo detectou-se um fenômeno chamado de bio-detoxificação, no qual o microrganismo não é afetado pelos inibidores remanescentes do pré-tratamento do bagaço, sendo capaz de diminuir as concentrações de furfural e HMF em 98 % e 86 %, respectivamente. Com o intuito de aumentar a produção de ácido lático, uma cepa de Bacillus coagulans foi selecionada para produzir ácido láctico a partir da fração hemicelulósica do bagaço de cana. Este microrganismo produziu 60,0 g/L de ácido lático, com uma produtividade de 1,7 g L-1 h-1 e 87 % de rendimento. Este microrganismo também foi capaz de bio-detoxificar o caldo de fermentação, removendo 100 % do furfural e do HMF presente no hidrolisado. Considerando processos alternativos de separação e purificação do ácido láctico, ainda existem vários desafios a serem superados. Hybrid short path evaporation (HSPE) pode ser um método alternativo para a recuperação e purificação de ácido láctico, reduzindo o risco de decomposição térmica das moléculas e evitando o uso de solventes tóxicos. É uma técnica ecologicamente correta e equilibrada, com o escopo e o potencial de aplicação em larga escala. Por estas razões, HSPE foi testado como um método alternativo ao processo tradicional de downstream de ácido láctico. Usando um caldo de fermentação produzido a partir do melaço, foi possível atingir uma concentração de ácido láctico de 247,7 g/L, equivalente a 2,5 vezes mais do que a concentração de ácido lático na corrente de alimentação (100,1 g/L). Para o ácido láctico de segunda-geração produzido a partir do hidrolisado hemicelulósico, alcançou-se uma concentração máxima de ácido láctico de 86,7 g/L, o que equivale a 3,1 vezes a concentração de ácido láctico na corrente de alimentação (27,9 g/L). Em ambos os casos, os resultados mostraram que todas as variáveis estudadas influenciaram o processo: temperatura do evaporador, temperatura do condensador interno e vazão de alimentação. Estes estudos possibilitaram a identificação de diferentes desafios na separação de ácido lático de primeira e segunda-geração. Por fim, recomenda-se que pesquisas futuras se concentrem no estudo de técnicas mais eficientes e sustentáveis de downstream, tanto para o ácido láctico de primeira quanto o de segunda-geração. Também é necessário avaliar as implicações econômicas para as indústrias de açúcar e etanol a respeito da implementação de uma biorrefinaria que também produza ácido láctico a partir da cana-de-açúcar. Isso é fundamental para a implementação da produção de ácido lático de primeira e segunda-geração no mercado brasileiro (AU)

• Processo FAPESP: 13/26290-5 - Otimização e produção de ácido lático a partir de cana-de-açúcar
• Beneficiário: Regiane Alves de Oliveira
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto