Produção de polihidroxibutirato a partir de vinhaça e melaço de cana-de-açúcar por Cupriavidus necatot DSM 545

Abstract

A busca pelo desenvolvimento de produtos que possam substituir os polímeros de fósseis tem crescido nas últimas décadas. Nesse contexto, uma das grandes dificuldades que tais estudos encaram é desenvolver produtos com custo competitivo. Dentre os materiais com potencial de substituição dos polímeros fósseis consta o polihidroxibutirato (PHB). O PHB, um poliéster de origem biológico, vem sendo estudado devido às suas características plásticas, apresentando também renovabilidade, biodegradabilidade e biocompatibilidade. Dentre as bactérias produtoras de PHB, destaca-se Cupriavidus necator DSM 545, capaz de acumular mais de 80% de sua massa em PHB e de utilizar diversos substratos como fonte de carbono. Dentre os substratos que C. necator pode utilizar para a produção de PHB, constam subprodutos agroindustriais renováveis e de baixo custo, como vinhaça e melaços. A vinhaça, resíduo da destilação na produção de álcool de cana-de-açúcar, é produzida em abundância no Brasil e utilizada como fertilizante, podendo causar danos ambientais. A vinhaça, por ser uma fonte de carbono de baixa concentração, exige estratégias de cultivo com o objetivo de atingir produtividades e volumes de cultivo viáveis, como a utilização de substratos combinados. O melaço de cana-de-açúcar, resíduo da cristalização do açúcar, possui alta concentração de carbono, além de ser abundante e de baixo custo. Assim, o objetivo deste trabalho é a produção de PHB a partir de uma combinação de vinhaça e melaço de cana-de-açúcar. Inicialmente foram realizados cultivos em agitador orbital para avaliar os efeitos de métodos de hidrólise da sacarose presente no melaço: enzimático, químico e biológico. Foram realizados cultivos de crescimento de C. necator, em biorreator de 5 L, com o uso de melaço ou mistura de melaço e vinhaça como substratos. Os resultados indicaram que houve crescimento celular e produção de PHB em ambos os cultivos, sendo que o cultivo com o uso da vinhaça apresentou maior velocidade específica máxima de crescimento das células (0,36 h-1) e produtividade em PHB (0,42 g.L-1.h-1), apresentando 56% de celular máximo de PHB. Assim, o uso do melaço e vinhaça combinados surge como uma alternativa para uma melhora na competitivade do PHB com os polímeros fósseis, bem como para a valorização da vinhaça, envitando-se que esta seja utilizada de modo inadequado e prejudicial ao meio ambiente.<br>

Abstract : The search for the development of products that can replace fossil polymers has grown in recent decades. One of the great difficulties faced is to develop competitive products. Among the materials with potential replacement of the fossil polymers is polyhydroxybutyrate. Polyhydroxybutyrate (PHB), polyester of bacterial origin, has been studied in the last decades due to its plastic characteristics, also presenting renewability, biodegradability and biocompatibility. Among PHB-producing bacteria, we highlight Cupriavidus necator DSM 545, capable of more than 80% of its PHB mass and using several substrates as a carbon source. Among the substrates that C. necator can use for PHB production are renewable and low cost agroindustrial byproducts, such as vinasse and molasses. Vinasse, the residue of distillation in the production of alcohol from sugarcane, is produced in abundance in Brazil and used as fertilizer, which can cause environmental damage. Vinasse presents carbon sources in low concentration and so requires cultivation strategies with the aim of achieving viable yields and cultivation volumes. Among those strategies there is the use of combined substrates: using the vinasse simultaneously with a high concentration carbon source. Sugarcane molasses, a residue of sugar crystallization, presents high carbon sources concentration, besides being abundant and low cost. Thus, the objective of this work is the production of PHB from a combination of vinasse and molasses of sugarcane. Initially, orbital shaker cultures were performed to evaluate the effects of hydrolysis methods of sucrose present in molasses: enzymatic, chemical and biological. Cultures of C. necator growth were carried out in 5 L bioreactor with the use of molasses or a molasses and vinasse blend as substrates. The results indicated that there was cell growth and PHB production in both cultures, and cultivation with vinasse showed a higher specific maximum growth rate (0.36 h-1) and PHB productivity (0.42 g.L-1.h-1), reaching 56% of PHB cellular accumulation. Thus, the use of combined molasses and vinasse appears as an alternative for an improvement in the competitiveness of PHB with the fossil polymers, as well as for the valorization of the vinasse, making it used improperly and harmful to the environment.