Optimização da produção biológica de polihidroxialcanoatos por aplicação de processos de separação com membranas

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

Os polihidroxialcanoatos (PHA) são plásticos biodegradáveis produzidos por uma grande variedade de microorganismos a partir de fontes renováveis. Actualmente, os PHA são produzidos de forma eficiente através de matérias-primas quimicamente definidas, fermentadas por culturas puras. No entanto, a implementação da produção tem sido limitada devido aos elevados custos desta, em comparação com plásticos convencionais. As culturas microbianas mistas surgem como uma alternativa, usando subprodutos industriais e sem necessidade de condições de esterilização. Contudo, a produção de PHA através de culturas mistas necessita de optimização. O estudo descrito nesta dissertação teve como objectivo estudar o impacto da redução do teor proteico na primeira etapa da produção de PHA por culturas mistas, a fermentação acidogénica. A matéria-prima utilizada foi o soro de leite, uma matéria-prima de elevado teor proteico. Ao longo do trabalho foram produzidos diferentes fracções de soro de leite em composição e topologia. A recuperação de uma fracção do soro de leite tem como objectivo produzir um produto adicional de valor acrescentado ao processo de produção de PHA. A redução do teor proteico tem como objectivo a recuperação de um teor proteico de modo a produzir um produto de valor acrescentado na produção de PHA. Inicialmente foi abordada a aplicação de processos de separação com membranas. A utilização de processo de ultrafiltração com diferentes limites de exclusão molecular, de modo a produzir fracções com teor e tipologia de proteínas diferentes. A concentração de lactose e sais não foi alterada pela aplicação do processo. O primeiro permeado continha péptidos e aminoácidos, o segundo além desta por α-LA e β-LG (as proteínas em maior quantidade no soro de leite), e um terceiro com toda a tipologia do soro de leite. O fluxo de permeado foi tanto mais prejudicado quanto maior foi o limite de exclusão molecular da membrana utilizada. A utilização dos processos dia-ultrafiltração com uma membrana de 30kDa e osmose inversa possibilitou a concentração de 3,5 vezes em relação ao processo de ultrafiltração com a mesma membrana. O permeado obtido era maioritariamente composto por aminoácidos, péptidos e as proteínas de menor tamanho do soro de leite (α-LA e β- LG). A utilização do permeado obtido no processo de dia-ultrafiltração e osmose, com 60% do teor proteico do soro de leite, foi suficiente para igualar a produção de ácidos gordos voláteis (VFA) e crescimento celular do reactor de referência efectuado com soro de leite não fraccionado. Além disso, o rendimento de crescimento, o rendimento de produção de VFA e os perfis de VFA não foram alterados. Pode-se concluir que o processo de dia-ultrafiltração permitiu recuperar 40% das proteínas presentes no soro de leite sem comprometer a produção de VFA (percursores de PHAs) pelo processo de fermentação acidogénica. Deste modo, será possível aumentar a rentabilidade económica do processo, sem prejudicar a produção biológica de PHA.