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Uso de biorreatores para otimização da produção de Ácido Lático

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CONTEXTO E APLICAÇÕES

O mercado de ácido lático tem enfrentado uma alta demanda nos últimos anos devido às suas diversas aplicações. Dentre elas, tem sido tradicionalmente usado na indústria de alimentos, para controle de pH, conservação e potencialização de sabor como em balas e refrigerantes, sendo considerado seguro para uso pela FDA (Wee et al., 2006).  Na indústria farmacêutica é usado em cremes e pomadas (Babilas et al., 2012) e na área médica, o ácido lático combinado com polímeros e sais tem demonstrado atividade anti-tumor (Jeong et al, 2016; Alsaheb et al, 2015). Porém nos últimos anos, o monômero para a produção de PLA (poli-ácido lático) tem ganho alta visibilidade por serem bioabsorvíveis e pode ser usado na produção de embalagens alimentícias e sacolas biodegradáveis (Athanasoulia, 2018).

Devido à crescente preocupação com o meio ambiente e aos contínuos esforços para diminuir o custo de produção do ácido lático, alternativas para produção à partir de fontes renováveis, como o uso de biomassa vegetal ou resíduos agroindustriais estão sendo estudados por várias empresas e pesquisadores. Atualmente, substratos lignocelulósicos são vistos como a melhor alternativa para substituir a glicose de primeira geração e produção de diversos bioprodutos, tais como o ácido lático (Oliveira et al., 2018).

 

FERMENTAÇÃO E PRODUÇÃO

O ácido lático pode ser produzido através de fermentação ou síntese química, porém, a via fermentativa é o método mais utilizado industrialmente e representa em torno de 90% da produção (Hofvendahl e Hahn-Hiigerdal, 2000). Se trata de um processo biológico, sustentável com menos custos e permite a obtenção do isômero puro (D ou L-ácido lático) para produção de PLA (Pal et al., 2009).  

No processo fermentativo, a produção de ácido lático por bactérias pode sofrer grandes variações dependendo principalmente do meio de cultivo (nutrientes), espécies de microrganismo e das condições de processo.

Diversos meios de cultura têm sido estudados e utilizados como fonte de carboidratos e fonte de nitrogênio para otimizar o ganho de biomassa celular e produção de ácido lático pela via fermentativa, entre eles, biomassas lignocelulósica hidrolisada (Abdel-Rhaman et al., 2015), melaço de cana de açúcar (Coelho et al., 2011), água de maceração de milho (Cunha, 2016) e resíduos da indústria cervejeira (Mussatto et al., 2008) como substrato principal. O permeado de soro de leite (Domingues et al., 1999), peptona, extrato de levedura (Oliveira et al., 2018), ureia e sulfato de amônio, podem ser utilizados como fonte de aminoácidos e vitaminas. Além disso, estes suplementos nitrogenados também auxiliam na resistência e tolerância osmótica em meios contendo elevadas concentrações de glicose (Ge et al.,2010).

As principais bactérias láticas são Lactococcus, Streptococcus, Pediococcus, Enterococcus Lactobacillus, entre outros gêneros de menor expressão (Todar, 2012).  Lactobacillus é o gênero mais conhecido e com maior número de espécies que se destacam na produção industrial de ácido lático apresentando bons rendimentos (Dellaglio et al., 2007 e Oliveira et al., 2018a).  

As bactérias láticas (BAL) não possuem a capacidade de sintetizar ATP, e com isso, inicialmente elas degradam a glicose em piruvato, que depois é metabolizado em diferentes compostos, conforme o tipo de fermentação.  As fermentações podem ser homofermentativas, através da via glicolítica ou heterofermentativas, através da via fosfogliconato (John, Nampoothiri, Pandey, 2007; Hahn-Hagerdal e hofvendahl, 2000; Reddy et al., 2008).

Na via homofermentativa, o piruvato é convertido em ácido lático e nesse processo um mol de glicose gera dois mols de ácido lático (Abdel-Rhaman et al., 2013), enquanto na via heterofermentativa, produz quantidades equimolares de ácido lático e além deste composto, pode-se obter CO2, etanol e/ou acetato, variando conforme a escolha das BAL e a fonte de carbono utilizada (Todar, 2012b; Tan et al., 2017; Guo et al., 2014).

Por fim, as condições e controle de processo irão determinar a eficiência e produtividade. A temperatura tem grande influência na produção de ácido lático, pois influencia o crescimento e as atividades metabólicas das bactérias (Gao et al., 2018).

O controle do pH ideal, conforme a espécie, é capaz de multiplicar a produção de ácido lático em mais que o dobro. (Mussatto et al., 2008). Além disso, sistemas de cultivo em modo contínuo aliado à estratégia de alimentação de nutrientes e uso de agentes neutralizantes no processo, podem reduzir o efeito inibitório da acidez do meio e otimizar a produção de ácido lático. (Tian et al., 2014a; Abdel-Rhaman e Sonomoto., 2016; López-Gómez et al., 2019).  

Os equipamentos utilizados devem garantir fermentações controladas, sem contaminação e mecanismos de alimentação e amostragem segura e asséptica.  Os biorreatores Tecnal são desenvolvidos e fabricados para automatizar os processos fermentativos, seja em modo de batelada, alimentado ou contínuo, sendo responsável por controlar diversos parâmetros como por exemplo pH, espuma, pressão, temperatura, agitação e manter o meio de cultivo em anaerobiose ou aerobiose conforme a exigência do M.O ou cepa utilizada.

 

Características e condições de trabalho realizado


 

EQUIPAMENTOS INDICADOS:

Biorreator / Fermentador TECNAL modelo BIO-TEC-1,5V com torre de controle, modelo BIO-TEC-PRO-II ou TEC-BIO-FLEX-II





EQUIPAMENTOS COMPLEMENTARES:  

Banho termostatizado

Analisador Bioquímico YSI, modelo YSI-2900ou 2950

Análises: Lactato/Ácido Lático, Glicose, Sacarose e Etanol.



CONSIDERAÇÕES FINAIS

A produção de ácido lático depende principalmente de fatores biológicos, nutricionais e das condições de processo. O rendimento da produção pode ser otimizado conforme a metodologia aplicada no processo e quando as exigências do cultivo são precisamente controladas.

O uso do biorreator TECNAL permitiu conduzir o cultivo em sistema de batelada alimentada, através da adição programada de soluções e nutrientes em modo temporizado e com dosagem de volume específico, conforme o monitoramento da biomassa celular. Os principais requisitos como pH e temperatura foram definidos no software de controle com uma precisão de 0,10 de histerese e 0,1°C respectivamente, mantendo a faixa ideal para os microrganismos durante toda a fermentação. A agitação constante em baixas rotações proporcionou pouca oxigenação do cultivo e pouca geração de espuma, ideal para cultivos em anaerobiose , além de garantir a homogeneidade do meio e a interação da biomassa celular com a disponibilidade de nutrientes.

O Biorreator TECNAL de 1,5L, modelo BIO-TEC-1,5 mostrou-se robusto e eficiente para esta aplicação, cumprindo todos os parâmetros definidos que podem otimizar a produção de ácido lático à nível de pesquisa e desenvolvimento do processo. 

 

SOBRE A TECNAL

A Tecnal tem como missão contribuir para o desenvolvimento científico, tecnológico e com a indústria nacional e internacional por meio da fabricação e da comercialização de equipamentos científicos, da prestação serviços especializados e da disseminação do conhecimento.

A empresa busca crescer de maneira inovadora e sustentável, focada na continuidade e na excelência operacional, de forma a tornar-se uma referência no mercado brasileiro e internacional de equipamentos científicos. Fale conosco: pelo Telefone/WhatsApp (19) 2105-6161, e-mail contato@tecnal.com.br ou pelo site clicando aqui.

 

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