Bioprodução de 2,3-butanodiol eem meio mineral contendo glicerol derivado da indústria de biodiesel
Resumo
O 2,3-butanodiol (2,3-BDO) é um composto com potencial de uso em diferentes segmentos industriais, podendo ser obtido por síntese química tradicional ou via processos fermentativos a partir de diferentes fontes de carbono. Entre suas aplicações potenciais, destaca-se a utilização como precursor na indústria de polímeros, matéria-prima na produção de solventes, agente anticongelante, combustível líquido ou aditivo de combustíveis. A síntese de 2,3-BDO pela fermentação do glicerol subproduto da indústria de biodiesel por bactérias anaeróbias facultativas é particularmente atrativa, considerando-se a grande disponibilidade desta matéria-prima e a possibilidade de integração de processos e produtos no conceito de biorrefinaria. Entretanto, o uso do glicerol subproduto para este fim, deve ser ainda cuidadosamente avaliado, considerando a significativa quantidade de impurezas nele contidas. Neste trabalho, avaliou-se a utilização do glicerol subproduto em meio mineral, para o crescimento celular e produção de estereoisômeros de 2,3-BDO e acetoína por Klebsiella oxytoca ATCC 8724 e Enterobacter aerogenes ATCC 13048. Os resultados foram comparados com os alcançados om o uso de glicerol puro e glicose, em ensaios em regime descontínuo alimentado com concentração inicial de substrato (S0) de 80 g/L, em meio mineral padrão (PC), frequência dos agitadores de 700 rpm e fluxo específico de ar de 0,50 volumes de ar por volume de meio por minuto (vvm). Na sequência, foram realizados ensaios fermentativos com E. aerogenes com glicerol subproduto e diferentes meios de cultivo relatados na literatura, com S0 = 40 g/L, variação da frequência dos agitadores (650 a 750 rpm) e do fluxo específico de ar (0,50 a 0,87 vvm). Para a otimização do meio de cultivo, realizou-se um planejamento experimental do tipo Box-Behnken Design-3k, com a avaliação de três variáveis independentes - (NH4)2SO4, (NH4)2HPO4 e MgSO4.7H2O -, em três níveis. A avaliação cinética do cultivo de E. aerogenes no meio definido foi realizada em regime descontínuo em comparação ao uso do meio mineral padrão (PC). As metodologias analíticas utilizadas no decorrer da pesquisa foram validadas. Como resultados, nos cultivos com E. aerogenes em regime descontínuo alimentado, empregando-se glicerol puro e subproduto como substratos, rendimentos (ρ) da ordem de 82 e 84%, respectivamente, foram atingidos, sendo superiores ao obtido com glicose (71%). Nos ensaios conduzidos com diferentes formulações de meios de cultivos, a produção de biomassa foi favorecida na primeira etapa da fermentação com o uso do meio MD4, sendo cerca de 38% superior em relação ao meio mineral padrão (PC). Nos ensaios de otimização, E. aerogenes foi capaz de adaptar-se frente às diferentes concentrações dos sais presentes no meio contendo glicerol subproduto. Visando maximizar os resultados em termos de produção específica em relação à biomassa (YP/X), fator de conversão de substrato em produtos (YP/S) e concentração final de produtos (Pf), a partir dos resultados da otimização, sugere-se a utilização de um meio de cultivo definido contendo (g/L): glicerol, 80; (NH4)2SO4, 7,71; (NH4)2HPO4, 3,15; MgSO4.7H2O, 0,6; KOH, 0,45. Considerando o conjunto de características dos métodos cromatográficos e espectrofotométricos utilizados, ambos são adequados para aplicação nesta pesquisa, fornecendo resultados confiáveis das fermentações. De forma geral, os resultados alcançados indicam a aplicabilidade do glicerol subproduto como substrato para a produção fermentativa de 2,3-BDO e acetoína pelas bactérias anaeróbias facultativas Klebsiella oxytoca ATCC 8724 e Enterobacter aerogenes ATCC 13048. Além disso, também foi demonstrado que a produção de 2,3-BDO pode ser conduzida com E. aerogenes a partir de glicerol subproduto, empregando-se meios simplificados em comparação ao padrão descrito na literatura, significando um ganho econômico para esta fermentação. [resumo fornecido pelo autor]