Polihidroxialcanoatos (PHAs) obtidos a partir da glicerina bruta residual do biodiesel (GBRB): produção, otimização, cinética e propriedade

Abstract

A diversidade de utilização de materiais poliméricos acarreta preocupação devido a utilização de fonte não renovável para a sua produção, bem como à problemas ambientais causados pelo acúmulo do volume de lixo sólido gerado. Procurando minimizar este problema buscaram-se alternativas de produtos semelhantes aos plásticos de origem petroquímica, uma delas são os polímeros biodegradáveis. Os polihidroxialcanoatos (PHAs) são poliésteres sintetizados por microrganismos como substâncias naturais de reserva de carbono e energia, sendo acumulados pela célula microbiana na forma de grânulos intracelulares, podendo representar até 80% da massa seca celular. O presente trabalho teve como objetivo produzir polihidroxialcanoatos (PHAs) a partir da fermentação da glicerina bruta residual do biodiesel (GBRB), utilizando Cupriavidus necator, assim como, realizar a otimização, determinar os parâmetros cinéticos do processo e propriedades dos biopolímeros. Inicialmente, foram realizados alguns testes de produção de PHAs em agitador orbital com diferentes substratos e concentrações das mesmas, diferentes microrganismos, diferentes tempos e temperaturas de fermentação, além de testar métodos para extração do biopolímero nas células do microrganismo. Posteriormente, foi realizado um planejamento experimental DCCR 22 visando determinar a melhor concentração de GBRB e de nitrogênio limitante que produzisse maior quantidade de PHAs. Conhecendo-se as melhores condições para produção de PHAs, realizou-se a mudança no sistema de fermentação, para um biorreator de bancada (4,5L), com o intuito de maximizar a produção de PHAs. Um novo planejamento experimental foi realizado, visando determinar a melhor taxa de aeração e a melhor velocidade de agitação do sistema que proporcionasse a máxima produção de biopolímero. Realizou-se a caracterização dos biopolímeros em termos de FTIR, DSC, TG, DRX, MM e composição monomérica. A Glicerina bruta residual do biodiesel (GBRB) é um substrato rico em nutrientes e pode ser utilizada pelo microrganismo Cupriavidus necator em diversas concentrações para a produção de PHAs. O melhor tempo e temperatura para produção de PHAs a partir da fermentação da GBRB por Cupriavidus necator IPT 026 foram a 35ºC em 72h, respectivamente, na etapa de limitação de nitrogênio. A máxima produção de PHAs e biomassa (2,81 g.L-1 e 4,34 g.L-1, respectivamente) em agitador em agitador orbital (35oC, 72h e 180 rpm), ocorreu com 15 g.L- 1 de GBRB e 10 g.L-1 de nitrogênio. Em biorreator, foi possível aumentar a produção de PHAs em 77%. A máxima produção de PHAs (4,98 g.L-1) ocorreu a 15 g.L-1 de GBRB e 10 g.L-1 de nitrogênio, 1 vvm de taxa de aeração e 500 rpm de velocidade de agitação. A taxa de aeração e a velocidade de agitação foram otimizadas para maximizar a produção de PHAs (1,0373 vvm de taxa de aeração e 502,0396 de velocidade de agitação). O PHA obtido em biorreator por condições otimizadas foi o que apresentou as melhores propriedades. Em relação aos PHAs produzidos em agitador orbital, a Tm elevou em 6%, o grau de cristalinidade reduziu em 10%, a temperatura de degradação aumentou em 8% e a massa molar tambem se elevou, chegando a 18%. Todos os PHAs apresentaram espectros similares de FTIR de acordo com a literatura. A produção de PHAs a partir da GBRB é uma alternativa de agregação de valor ao resíduo, diminuindo os custos de produção do biopolímero