Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Faculdade de Tecnologia
Campus Regional de Resende
Departamento de Química e Ambiental
Processos Bioquímicos
Fermentação Acetono-Butanólica
Profa: Denise Godoy
E-mail: [email protected]
Produção de solventes – Fermentação
acetonobutanólica
1) Introdução:
•
A produção de solventes por fermentação tornou-se muito
importante durante a Primeira Guerra Mundial. Por algum tempo,
o principal produto foi a acetona, mas, depois que o butanol e
seus ésteres passaram a ser usados na preparação de lacas para a
indústria automobilística, a acetona passou a ser o produto de
menor importância. A produção de solventes por fermentação
continuou vital até a Segunda Guerra Mundial, mas atualmente
sofre a concorrência de processos sintéticos de produção, com
preços mais baixos. Entretanto ainda se produzem solventes por
fermentação.
Produção de solventes – Fermentação
acetonobutílica
2) Agentes:
•
Para obtenção de solventes butanol, acetona e etanol; a indústria
usa freqüentemente a bactéria da espécie Chlostridium
acetobutylicum, cujas características morfológicas são:
- habitam solos, raízes e grãos
- são bastonetes gram +
-pH ótimo – 5,5 a 7 e temperatura ótima – 35 a 37° C.
Produção de solventes – Fermentação
acetonobutílica
3) Matéria – prima:
•Geralmente usa-se a sacarínea, podendo ser utilizada também a
amilácea.
•O agente da fermentação fermenta tanto glicose como maltose,
frutose, sacorose e o amido; fermenta irregularmente celobiose,
sorbitol e carbometil celulose; e não fermenta ribose, celulose e
glicerol.
•Como fontes de nitrogênio o m.o. usa N2, sal de amônio,
aminoácidos, peptonas, extrato de lêvedo, extrato de soja, água
de milho (milharina).
•Assim, podem ser usados como matérias-primas o açúcar
cristal, melaço, caldo-de-cana e amido.
Produção de solventes – Fermentação
acetonobutílica
4) Preparo do inóculo:
Os esporos bacterianos são as formas mais resistentes.
Assim, faz-se uso de choques térmicos de forma a selecionar
os esporos mais resistentes – que são os que dão maior
rendimento. Tais choques se processam a 100°C a cada um ou
dois minutos. Pode-se ainda proceder aos choques no
isolamento das bactérias numa temperatura em torno de 80°C
por 45 minutos. Tal procedimento reduz o número de células
no meio de cultura, ou seja, as células não resistentes vão
sendo eliminadas.
Industrialmente, os esporos mais resistentes são mantidos em
areia estéril.
Produção de solventes – Fermentação
acetonobutílica
5) Preparo do Mosto:
- teor do substrato
- 6 a 10% (no máximo) de açúcar
- a linhagem tolera até 1,5% de butanol
- N2 inorgânico, principalmente. ex. fosfato de amônio.
Produção de solventes – Fermentação
acetonobutílica
5) Preparo do Mosto: (cont.)
- N2 orgânico dependendo da linhagem
- vitaminas são exigentes
- estimulantes adicionados para acelerar o processo.
Ex: ác. Aspártico, asparigina e ác. glutâmico.
- esterilização por meio de vapor se MP sacarínea e
aquecimento a alta temperatura se MP amilácea.
Produção de solventes – Fermentação
acetonobutílica
•
O aumento da temperatura para obter esporos
resistentes já é uma forma de esterilização do
mosto.
Produção de solventes – Fermentação
acetonobutílica
6) Fermentação:
- pH em torno do neutro
- temperatura : 25 a 35°C
- tempo: de 72 a 150 horas.
- m.o. é anaeróbio estrito
Produção de solventes – Fermentação
acetonobutílica
6) Fermentação: (cont.)
• Na prática, as células (inóculo) são postas no fundo do
fermentador (comprido e estreito) onde a tensão de O2 é
extremamente baixa e além disso os gases produzidos durante
a fermentação arrastam o O2 . Em adição são colocadas
substâncias no fundo da dorna que captam o O2 e também o
mosto, após a esterilização, é mantido geralmente aquecido
havendo menos O2 dissolvido.
Produção de solventes – Fermentação
acetonobutílica
7) Cinética do processo:
1a. Fase: - Crescimento microbiano baixo (devido à
fermentação)
- Elevação da concentração de ácidos ( pH)
- Baixa produção de solventes e intensa evolução
gasosa (devido pH crescimento)
Produção de solventes – Fermentação
acetonobutílica
7) Cinética do processo: (cont.)
2a. Fase: Baixa a concentração de ácidos ( pH),
evidenciando o consumo destes pelos m.os. havendo alta
produção de solventes.
3a. Fase: Ocorre novo aumento na concentração de ácidos.
Não há produção de solventes e as células começam a morrer.
Produção de solventes – Fermentação
acetonobutílica
8) Controles:
- MP: concentração substrato
- pH: determinado via dosagem por titulação
- Espuma: controlada por meio de um visor que mede o nível da
espuma que deve ser clara e com odor característico.
- microbiológico: quando a cinética não se dá adequadamente
deve-se efetuar este controle, pois algum contaminante pode
estar presente durante a fermentação.
Produção de solventes – Fermentação
acetonobutílica
9) Produtos e recuperação:
butanol 60%
Produtos (30%)
acetona 30%
etanol 10%
Subprodutos (10%)
ácido acético
ácido butírico
CO2
Gases (60%)
H2
A recuperação é feita
por meio de destilação
(o produto é uma
mistura de solventes
transparentes).
Produção de solventes – Fermentação
acetonobutílica
10) Usos e Aplicações:
• Butanol: solvente de arraste em cromatografia; confecção de
filmes poliméricos (borracha sintética, acetatos e resinas),
indústria farmacêutica (purificação dos antibióticos), indústria
automobilística (fluidos freios e solventes de tintas e vernizes).
•
Acetona: solvente na produção de insulina, óleos, graxas,
filme de rayon acetato; confecção de explosivos e refino
de cocaína.
•
Etanol: convertido ácido acético ou éter etílico.