BRPI0400116B1 - Processos de produção de polihidroxialcanoatos - Google Patents

Description

Relatório Descritivo Processos de Produção de Polihidroxialcanoatos Campo da Invenção A presente invenção refere-se à produção de biopolímeros por um processo fermentativo no estado sólido, tal processo apresentando custos reduzidos e possibilitando, portanto, a universalização do uso de plásticos biodegradáveis.

Antecedentes da Invenção Semelhantemente aos polímeros de origem petroquímica, os polímeros biológicos são macromoléculas formadas por um grande número de blocos repetitivos (monômeros). Quando um polímero é formado por monômeros de mesmo tipo, é chamado de homopolímero. Se for constituído de monômeros de diferentes tipos, é chamado de copolímero. O que difere os polímeros derivados do petróleo dos biopolímeros, entre outros fatores, é a sua forma de obtenção: para a produção dos polímeros de origem petroquímica, são necessárias reações químicas altamente exotérmicas, que ocorrem sob condições de alta temperatura e pressão, enquanto os biopolímeros são naturalmente produzidos sob condições normais de temperatura e pressão por organismos vivos, tais como células animais, vegetais ou microrganismos (arqueas, bactérias, leveduras e fungos filamentosos). Os biopolímeros podem ser de diferentes tipos e cumprir diferentes funções dentro dos organismos vivos. Exemplos são polímeros que têm função estrutural ou agem como biocatalisadores nos organismos vivos, tais como as proteínas; polímeros que carregam as informações genéticas das células, tais como os ácidos nucleicos; ou polímeros que servem de reserva energética para os organismos, tais como amido, glicogênio e polihidroxialcanoatos.

Os polihidroxialcanoatos (PHAs) são poliésteres biológicos que têm uma função importante em arqueas e bactérias, servindo tanto para o armazenamento de energia quanto como fonte de poder redutor para reações metabólicas. Estes biopolímeros são acumulados no citoplasma das células como corpos densos e insolúveis, evitando problemas de elevação da pressão osmótica, que ocorrería caso os respectivos monômeros (solúveis) fossem acumulados no interior das células. O PHA de maior ocorrência na natureza é o polihidroxibutirato (PHB). Este composto foi observado pela primeira vez em 1926 em células de Bacillus megaterium, porém, desde então, já foram descobertas quase uma centena de gêneros de bactérias e arqueas produtores de PHB e outros PHAs. Além de possuírem propriedades semelhantes às dos polímeros comerciais, os PHAs apresentam duas vantagens principais em relação aos plásticos derivados de petróleo: a sua origem a partir de matérias-primas renováveis e a sua biodegradabilidade. A combinação desses dois fatores permite a realização de um ciclo completo de desenvolvimento sustentável e permite um suprimento praticamente inesgotável de material polimérico, pois, ao ocorrer a degradação do biopolímero, são gerados água e gás carbônico, os quais são utilizados por plantas para a geração de matérias-primas vegetais, como por exemplo amido de milho e sacarose de cana-de-açúcar, que podem servir de fonte de nutrientes para microrganismos produtores de biopolímero. Adicionalmente, os biopolímeros apresentam uma propriedade única em relação aos polímeros derivados de petróleo: eles são biocompatíveis, pois não geram produtos tóxicos durante a sua degradação, permitindo que sejam empregados em uma ampla gama de aplicações, principalmente na área médica, que não são possíveis no caso de polímeros de origem petroquímica.

Nas últimas décadas, a redução de custos e a conseqüente popularização dos materiais poliméricos revolucionaram a vida da população mundial. Em praticamente todas as atividades do cotidiano dos seres humanos são empregados artefatos plásticos. Entretanto, a indústria de plásticos se desenvolveu baseada nos polímeros derivados de petróleo. Dada a sua baixa biodegradabilidade, o imenso consumo de materiais poliméricos vem causando um grande e grave acúmulo de lixo plástico em todo o mundo. Adicionalmente, a exaustão, em longo prazo, das reservas mundiais de petróleo poderá ter como conseqüência uma queda na produção e um aumento nos custos de polímeros.

Assim, os polímeros de origem biológica constituem uma alternativa interessante, cuja utilização permitirá aliviar o impacto ambiental gerado sobre o meio ambiente em decorrência do emprego em massa de artefatos plásticos. Além de possuírem propriedades similares a polímeros comerciais, tais como o polipropileno, os biopolímeros são biodegradáveis e podem ser usados em aplicações na área médica, que exigem biocompatibilidade. O grande obstáculo, hoje em dia, para um maior emprego de biopolímeros em detrimento dos polímeros de origem petroquímica, é o seu custo, que ainda é muito elevado, quando comparado com polímeros de origem petroquímica com os quais eles concorrem.

As tecnologias disponíveis no estado da técnica para a produção de PHAs se baseiam fundamentalmente em processos de fermentação submersa, que consiste do cultivo de microrganismos em grandes volumes de meio líquido. Este meio líquido é composto de diferentes nutrientes, tais como açúcares e sais minerais, e o seu custo geralmente representa de 50 a 60% do preço final dos polímeros produzidos (Choi e Lee, 1999, Appl. Microbiol. Biotechnol. 51, 13-21). Além disto, pelo fato dos microrganismos estarem presentes em um grande volume de líquido, é indispensável a realização de operações de separação sólido-líquido, onerando as etapas de recuperação do produto, as quais chegam a atingir 40% dos custos totais de produção dos PHAs.

Por outro lado, e em virtude dos elevados custos associados aos processos de produção baseados em fermentação submersa, vários trabalhos disponíveis na literatura investigam metodologias para o barateamento dos custos da produção de biopolímeros. Uma estratégia envolve a busca por matérias-primas de menor custo. Tanaka e colaboradores (Tanaka et ai, 1995, Biotechnol. Bioeng. 45, 268-275), por exemplo, investigaram o emprego de C02 como substrato para o cultivo de Ralstonia eutropha. Na patente US 6,576,450, Skraly e colaboradores descreveram o desenvolvimento de linhagens recombinantes capazes de produzir homo- e copolímeros de 3-hidroxivalerato e 3-hidroxipropionato a partir de substratos como propanodiol e glicerol. Em outros trabalhos, verificou-se que um aumento da produção de PHAs por Alcaligenes latus pode ser obtido através da limitação do fornecimento de um nutriente essencial que não seja a fonte de carbono (Wang e Inoue, 2001, Intern. J. Biol. Macromol. 28, 235-243).

Uma outra estratégia consiste em manipular o modo de operação dos sistemas de fermentação submersa, com o objetivo de incrementar a produção de biopolímeros. Lee e Choi (Lee e Choi, 1998, Polymer Degrad. Stab. 28, 235-243) estudaram a operação do fermentador em modo batelada alimentada, com adição controlada de um nutriente essencial ao longo da fermentação, como forma de elevar a produção de PHB. Du e colaboradores (Du et ai, 2001, J. Biotechnol. 88, 59-65) estudaram o emprego de um sistema de produção baseado em dois fermentadores em série, com o principal objetivo de realizar o crescimento celular no primeiro reator e aplicar, no segundo fermentador, condições de limitação de um nutriente essencial, de modo a aumentar a produção de PHB.

Nonato e colaboradores (Nonato et ai, 2001, Appl. Microbiol. Biotechnol. 57, 1-5) elegeram uma outra estratégia, optando por integrar, em uma mesma instalação industrial, a produção de açúcar, etanol e PHB a partir da sacarose obtida de cana-de-açúcar, como meio de reduzir os custos de obtenção do biopolímero.

Em outros trabalhos, vem-se propondo o emprego de técnicas de engenharia genética para transferir os genes responsáveis pela síntese de PHAs para microrganismos de mais fácil cultivo. Slater e colaboradores (Slater et ai, 1992, Appl. Environ. Microbiol. 58, 1089-1094) clonaram e expressaram os genes de R. eutropha responsáveis pela produção do polihidroxialcanoato PHBV em Escherichia coli, com o objetivo de obter este copolímero a partir de glicose e propionato ou valerato. Empregando as mesmas técnicas, Lu e colaboradores (Lu et ai, FEMS Microbiol. Lett. 221, 97-101) desenvolveram uma cepa recombinante de E. coli capaz de produzir o biopolímero poli(3- hidroxibutirate-co-3-hidroxihexanoato) (PHBHHx) através da transferência de genes de Aeromonas caviae. Adicionalmente, vários trabalhos descrevem o uso de plantas transgênicas para a produção de PHAs, dentre eles podemos citar as patentes US 6,528,706, US 5,245,023, 5,250,430, 5,502,273, 5,534,432, 5,602,321, 5,610,041, 5,650,555, 5,663,063, WO 91/00917, WO 92/19747, WO 93/02187, WO 93/02194 e WO 94/12014, além dos artigos de Poirier (Poirier et ai, 1992, Science 256, 520-523) e de Williams (Williams and Peoples, 1996, Chemtech 26, 38-44).

Em adição à busca por uma redução de custos de produção de PHAs, vêm sendo estudados métodos para obter outros tipos de polihidroxialcanoatos, contendo outros ácidos hidroxialcanóicos como monômeros. Honma e colaboradores, em sua patente US 6,521,429, empregaram cepas de Pseudomonas sp., incluindo Pseudomonas cichorii, Pseudomonas putida e Pseudomonas jessenii para obter homopolímeros de ácido poli-3-hidroxi-4-fenoxibutírico (PHPXB), poli-3-hidroxi-5-(fluorophenoxi)valérico (PHFPxV) e 3-hidroxi-7-fenoxiheptanóico (3HPxHp), entre outros. Estes biopolímeros podem apresentar propriedades vantajosas, tais como processamento mais fácil ou temperatura de fusão mais alta.

Entretanto, todos estes trabalhos e os demais existentes sobre a produção de polihidroxialcanoatos envolvem a produção do biopolímero por vegetais ou por fermentação submersa, através da propagação do microrganismo em meio de cultura líquido em grandes biorreatores com agitação e aeração forçadas. A presente invenção propõe o emprego da fermentação no estado sólido, empregando meios de cultura sólidos, para a produção de PHAs a custos reduzidos.

Sumário da Invenção É um objeto da presente invenção um processo de produção de biopolímeros através de fermentação no estado sólido. Em um aspecto da invenção, são descritos processos fermentativos no estado sólido em que são utilizados os microrganismos pertencentes aos gêneros Alcaligenes e/ou Ralstonia para a produção de polihidroxialcanoatos (PHA).

Em um outro aspecto, a presente invenção proporciona um processo de produção de biopolímeros a partir de fermentação em meio sólido que é composto de rejeitos industriais adequados, como por exemplo torta de babaçu e torta de soja. Tais compostos são muito abundantes e apresentam baixo custo. È portanto um objeto adicional da presente invenção proporcionar alternativas de produção de biopolímeros que resolvam a problemática dos elevados custos inerentes aos processos anteriormente disponíveis na arte.

Em ainda outro aspecto, sendo, portanto, outro objeto da mesma, a presente invenção proporciona o uso de biopolímeros como matéria prima para produção de utensílios plásticos com aplicações em diversas áreas, tais como a área médica e a área de embalagens.

Em um aspecto adicional, sendo, portanto, outro objeto da mesma, a presente invenção proporciona materiais plásticos que compreendem pelo menos um biopolímero da presente invenção. Sendo o referido biopolímero obtido diretamente a partir do processamento dos sólidos, sem qualquer etapa de precipitação e secagem, os materiais sólidos da presetne invenção são de produção muito mais barata.

Descrição das Figuras A Figura 1 representa o difratograma obtido para amostras de polihidroxibutirato comercial e do biopolímero obtido por fermentação no estado sólido em torta de soja (FES) a partir do método desta invenção.

Descrição Detalhada da Invenção A presente invenção utiliza preferencialmente como meio sólido para a fermentação rejeitos industriais da indústria de óleos, como, por exemplo, rejeitos da indústria de óleo de babaçu e/ou soja, conhecidos popularmente como “tortas”. Estes sólidos são altamente nutritivos e demonstram a capacidade de propiciar a propagação de microrganismos em sua superfície.

Para efeitos desta invenção, a expressão “resíduos” se refere aos rejeitos industriais, especialmente da agroindústria, úteis como fase sólida no processo fermentativo.

Os exemplos a seguir são apenas ilustrativos, não limitando a realização da invenção. Eles demonstram como produzir plástico biodegradável por uma cepa microbiana do gênero Alcaligenes e/ou Ralstonia utilizando como meio de cultivo um rejeito da indústria de óleo de babaçu ou soja, denominado torta de babaçu ou torta de soja, respectivamente.

Exemplo 1: Produção de plástico biodegradável a partir de torta de babaçu utilizando cepa microbiana do gênero Alcaligenes. O conteúdo de um microtubo congelado (glicerol 10 - 20% m/v) contendo a linhagem bacteriana Alcaligenes latus DSM 1123 é espalhado assepticamente em placa de Petri contendo meio rico (peptona 1 -5 g/L; extrato de carne 1-3 g/L e agar 10 g/L). Após cerca de 24 h de crescimento, o conteúdo da placa é inoculado em frascos cônicos (100 mL de volume) contendo 25 mL de caldo nutriente (peptona 1-5 g/L; extrato de carne 1-3 g/L). A seguir, os frascos são incubados em agitador rotatório a 30°C e 200 rpm por no mínimo 9 horas e no máximo 15 horas. Após este tempo, 10 a 20 mg de células são recuperadas por centrifugação a 7.000 rpm durante 30 minutos, ressuspensas em água destilada e inoculadas em torta de babaçu (5-20 g), suplementada ou não com nutrientes. A fermentação é conduzida em frascos cônicos (100-500 mL) em câmaras de fermentação na temperatura de 20 a 40°C e umidade controlada na faixa de 40 a 80 % v/m por até 100 horas de tempo de fermentação. A seguir, o material fermentado contendo plástico biodegradável, biomassa microbiana e sólidos fermentados, exibindo concentração de no mínimo 10 mg e no máximo 500 mg de PHA por grama de meio sólido fermentado, é colocado em presença de água destilada na relação mínima de 3 mL e máxima de 10 mL por grama de torta fermentada. Após esta etapa, a mistura contendo sólidos em suspensão é agitada vigorosamente durante cerca de 15 minutos. A seguir, a amostra é filtrada em papel de filtro para retirada dos sólidos fermentados de maior granulometria. O filtrado turvo contendo a biomassa microbiana é então centrifugado a 8.000 rpm durante 30 minutos para recuperação da mesma. A seguir, a biomassa microbiana contendo em seu interior o plástico biodegradável na proporção mínima de 25% m/m e máxima 90% m/m, é lavada diversas vezes com água destilada e novamente centrifugada a 8.000 rpm durante 10 minutos. Depois desta etapa, o sobrenadante é descartado e os “pellets” microbianos contendo o plástico biodegradável são colocados em cartuchos de celulose para extração do plástico biodegradável por percolação, durante 48 h, com o solvente CHCI3. Após este período, 0 volume de solvente é reduzido em até 10 vezes, por evaporação a quente (60°C) em evaporador rotatório. O volume reduzido de solvente, contendo 0 plástico biodegradável, é gotejado em etanol a frio (5 °C ), a uma relação de 1:6 de CHCl3:etanol. Durante 0 gotejamento, o plástico biodegradável é precipitado, sendo subsequentemente secado, de modo a obter-se um polímero sólido de elevado grau de pureza.

Exemplo 2: Produção de plástico biodegradável a partir de torta de babaçu utilizando cepa microbiana do gênero Ralstonia. O conteúdo de um microtubo congelado (glicerol 10 - 20% m/v) contendo a linhagem bacteriana Ralstonia eutropha DSM 545 é espalhado assepticamente em placa de Petri contendo meio rico (peptona 1 -5 g/L; extrato de carne 1-3 g/L e agar 10 g/L). Após cerca de 24 h de crescimento, 0 conteúdo da placa é inoculado em frascos cônicos (100 mL de volume) contendo 25 mL de caldo nutriente (peptona 1-5 g/L; extrato de carne 1-3 g/L). A seguir, os frascos são incubados em agitador rotatório a 30°C e 200 rpm por no mínimo 9 horas e no máximo 15 horas. Após este tempo, 10 a 20 mg de células são recuperadas, por centrifugação a 7.000 rpm durante 30 minutos, ressuspensas em água destilada e inoculadas em torta de soja (5-20 g), suplementada ou não com nutrientes. A fermentação é conduzida em frascos cônicos (100-500 mL) em câmaras de fermentação na temperatura de 20 a 40°C e umidade controlada na faixa de 40 a 80 % v/m por até 100 horas de tempo de fermentação. A seguir, o material fermentado contendo plástico biodegradável, biomassa microbiana e sólidos fermentados, exibindo concentração de no mínimo 10 mg e no máximo 500 mg por grama de meio de sólido fermentado, é colocado em presença de água destilada na relação mínima de 3 ml_ e máxima de 10 ml_ por grama de torta fermentada. Após esta etapa, a mistura contendo sólidos em suspensão é agitada vigorosamente por 10 a 30 minutos. A seguir, a amostra é filtrada em papel de filtro para retirada dos sólidos fermentados de maior granulometria. O filtrado turvo contendo a biomassa microbiana é então centrifugado a 8.000 rpm durante 30 minutos para recuperação da mesma. A seguir, a biomassa microbiana contendo em seu interior o plástico biodegradável na proporção mínima de 25% m/m e máxima 90% m/m, é lavada diversas vezes com água destilada e novamente centrifugada a 8.000 rpm durante 10 minutos. Depois desta etapa, o sobrenadante é descartado e os “pellets” microbianos contendo o plástico biodegradável são colocados em presença de dicloroetano e propanol acidificado (relação 1:1). A mistura é então colocada em tubos fechados e levada a 100 °C durante até 2,5 h. Após resfriamento, adiciona-se cerca de 5 mL de água destilada e agita-se em vortex por até 1 minuto. Após repouso e separação de fases, retira-se a fase orgânica contendo o plástico biodegradável e injeta-se em cromatógrafo a gás com coluna de sílica utilizando-se como padrão interno o benzoato de etila. Compara-se a produção do biopolímero produzido com um padrão de substância disponível comercialmente, obtendo-se resultados semelhantes.

Exemplo 3: Produção de plástico biodegradável a partir de torta de soja utilizando cepa microbiana do gênero Ralstonia. O conteúdo de um microtubo congelado (glicerol 10 - 20% m/v) contendo a linhagem bacteriana Ralstonia eutropha DSM 545 é espalhado assepticamente em placa de Petri contendo meio rico (peptona 1 -5 g/L; extrato de carne 1-3 g/L e agar 10 g/L). Após cerca de 24 h de crescimento, o conteúdo da placa é inoculado em frascos cônicos (100 mL de volume) contendo 25 mL de caldo nutriente (peptona 1-5 g/L; extrato de carne 1-3 g/L). A seguir, os frascos são incubados em agitador rotatório a 30°C e 200 rpm por no mínimo 9 horas e no máximo 15 horas. Após este tempo, 10 a 20 mg de células são recuperadas, por centrifugação a 7.000 rpm durante 30 minutos, ressuspensas em água destilada e inoculadas em torta de soja (5-20 g) suplementadas ou não com nutrientes (fontes de carbono e/ou nitrogênio). A fermentação é conduzida em frascos cônicos (100-500 mL) em câmaras de fermentação na temperatura de 20 a 40°C e umidade controlada na faixa de 40 a 80% v/m por até 100 horas de tempo de fermentação. A seguir, o material fermentado contendo plástico biodegradável, biomassa microbiana e sólidos fermentados exibindo concentração de no mínimo 10 mg e no máximo 500 mg por grama de meio de sólido fermentado é colocado em presença de água destilada na relação mínima de 3 mL e máxima de 10 mL por grama de torta fermentada. Após esta etapa, a mistura contendo sólidos em suspensão é agitada vigorosamente por 10 a 30 minutos. A seguir, a amostra é filtrada em papel de filtro para retirada dos sólidos fermentados de maior granulometria. O filtrado turvo contendo a biomassa microbiana é então centrifugado a 8.000 rpm durante 30 minutos para recuperação da mesma. A seguir, a biomassa microbiana, contendo em seu interior o plástico biodegradável na proporção mínima de 25% m/m e máxima 90% m/m, é lavada diversas vezes com água destilada e novamente centrifugada a 8.000 rpm durante 10 minutos. Depois desta etapa, o sobrenadante é descartado e os “pellets” microbianos contendo o plástico biodegradável são colocados em presença de dicloroetano e propanol acidificado (relação 1:1). A mistura é então colocada em tubos fechados e levada a 100 °C durante até 2,5 h. Após resfriamento, adiciona-se cerca de 5 mL de água destilada e agita-se em vortex por até 1 minuto. Após repouso e separação de fases retira-se a fase orgânica contendo o plástico biodegradável e injeta-se em cromatógrafo a gás com coluna de sílica utilizando-se como padrão interno o benzoato de etila. Compara-se a produção do biopolímero produzido com um padrão de substância disponível comercialmente, obtendo-se resultados semelhantes.

Exemplo 4: Recuperação e caracterização de plástico biodegradável obtido por fermentação no estado sólido de torta de soja utilizando cepa microbiana do gênero Ralstonia. A recuperação inicial da biomassa microbiana que contém o plástico biodegradável em seu interior é realizada a partir da adição de água destilada na relação mínima de 3 ml_ e máxima de 10 mL por grama de torta de soja fermentada obtida. Após esta etapa, a mistura contendo sólidos em suspensão é agitada vigorosamente durante cerca de 15 minutos. A seguir, a amostra é filtrada em papel de filtro para retirada dos sólidos fermentados de maior granulometria. O filtrado turvo contendo a biomassa microbiana é então centrifugado a 8.000 rpm durante 30 minutos para recuperação da mesma. A seguir, a biomassa microbiana contendo em seu interior o plástico biodegradável na proporção mínima de 25% m/m e máxima 90% m/m, é lavada diversas vezes com água destilada e novamente centrifugada a 8.000 rpm durante 10 minutos. Depois desta etapa, o sobrenadante é descartado e os “pellets” microbianos contendo o plástico biodegradável são colocados em cartuchos de celulose para extração do plástico biodegradável por percolação, durante 48 h, com o solvente CHCb. Após este período, 0 volume de solvente é reduzido em até 10 vezes, por evaporação a quente (60°C) em evaporador rotatório. O volume reduzido de solvente, contendo 0 plástico biodegradável, é gotejado em etanol a frio (5 °C), a uma relação de 1:6 de CHCbietanol. Durante o gotejamento, o plástico biodegradável é precipitado, sendo subsequentemente secado, de modo a obter-se um polímero sólido de elevado grau de pureza. O mesmo é caracterizado por Difratometria de Raios-X, Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) e Microscopia de Fluorescência. A Difratometria de Raios-X é realizada em Difratômetro de Pó Rigaku modelo DMAX 2200, utilizando-se radiação CuK a, tensão de 40 kV e corrente de 40 mA. A Figura 1 apresenta os perfis do difratograma obtido para amostras de polihidroxibutirato comercial e do biopolímero obtido por cepa do gênero Ralstonia por fermentação no estado sólido em torta de soja. O difratograma do plástico biodegradável obtido por fermentação no estado sólido em rejeito de soja, utilizando-se a bactéria Ralstonia eutropha DSM 545, é equivalente ao obtido para o PHB comercial, confirmando-se que se trata, no caso do exemplo mostrado na Figura 1, de um polihidroxibutirato.

Para caracterização adicional do biopolímero objeto da presente invenção, é realizada análise de DSC em equipamento Perkin Elmer DSC 7 acoplado a uma microbalança Perkin Elmer AD-4. A Tabela 1 apresenta as propriedades obtidas para o PHB comercial e para o biopolímero obtido nesta invenção por fermentação no estado sólido de cepa do gênero Ralstonia em rejeito da produção de óleo de soja.

Tabela 1: Propriedades do PHB comercial e do biopolímero produzido por FES. onde: Tg : temperatura de transição vítrea; Tcc : temperatura de cristalização no resfriamento; Tm : temperatura de fusão cristalina; The: temperatura de cristalização a quente; coc: grau de cristalinidade Para caracterização por microscopia de fluorescência, são realizadas análises de microscopia empregando-se o corante azul do Nilo, que é um corante específico para PHB. Foi utilizado um microscópio Nikon Modelo Eclipse E200, acoplado com acessório de fluorescência e câmera digital Nikon Coolpix 990. São usados dois filtros de excitação na faixa de 450-490 nm e 510-560 nm. O resultado positivo mostra os grânulos de PHB marcados com o corante fluorescente e visualizados em vermelho no interior das células de Ralstonia eutropha.

Tipicamente, diversos utensílios plásticos, produzidos a partir de polímeros de origem petroquímica, são manufaturados utilizando-se os polímeros puros adicionados de diversos materiais orgânicos que são denominados de cargas. No caso da presente invenção, o plástico biodegradável é produzido pelo crescimento do microrganismo em um resíduo sólido que constitui uma possível carga orgânica. Desta forma, pode-se fabricar utensílios plásticos, tais como recipientes, embalagens, sacolas e cadeiras de praia, diretamente a partir dos sólidos fermentados, eliminando-se os processos de extração por solventes. A produção do meio de fermentação contendo o plástico biodegradável pode ser realizada, utilizando-se, por exemplo, torta de soja ou torta de babaçu como substrato para a fermentação no estado sólido, conforme mostrado nos exemplos 1, 2, 3 e 4. O material fermentado contendo plástico biodegradável, biomassa microbiana e sólidos fermentados, exibindo concentração de no mínimo 10 mg e no máximo 500 mg de biopolímero por grama de meio de cultura sólido fermentado, é processado por moldagem ou extrusão, sendo utilizado diretamente na fabricação de utensílios plásticos (recipientes, embalagens, filmes e mobiliário).

Diversos materiais de uso médico, odontológico e farmacêutico podem ser produzidos a partir de plástico biodegradável de elevado grau de pureza. Na área médica, estão incluídos a fabricação de: fios de sutura, substitutos de pele, malhas, tampões cirúrgicos, utensílios e enxertos cardiovasculares, utensílios ortopédicos (parafusos ortopédicos e substitutos de osso) e utensílios urológicos (cateteres). Na área odontológica, pode-se utilizar o plástico biodegradável para manufatura de suportes para regeneração de tecidos em periodontites. Na indústria farmacêutica, é possível a utilização do plástico biodegradável na fabricação de novos biomateriais para liberação controlada de drogas.

As aplicações supracitadas só são possíveis utilizando-se matéria-prima de elevado grau de pureza. Neste caso, as peças plásticas são manufaturadas após extração e precipitação do biopolímero produzido pelos microrganismos crescidos no resíduo sólido.

Exemplo 5: Fabricação de utensílios para aplicação farmacêutica, médica e odontológica a partir do PHA produzido por fermentação no estado sólido A recuperação inicial da biomassa microbiana que contém o polímero biodegradável em seu interior é realizada adicionando-se água destilada na relação mínima de 3 ml_ e máxima de 10 ml_ por grama de torta fermentada. Após esta etapa, a mistura contendo sólidos em suspensão é agitada vigorosamente de 10 a 30 minutos. A seguir, a amostra é filtrada em papel de filtro para retirada dos sólidos fermentados de maior granulometria. O filtrado turvo contendo a biomassa microbiana é então centrifugado a 8.000 rpm durante 30 minutos para recuperação da mesma. A seguir, a biomassa microbiana, contendo em seu interior o polímero biodegradável na proporção mínima de 25% m/m e máxima 90% m/m, é lavada diversas vezes com água destilada e novamente centrifugada a 8.000 rpm durante 10 minutos. Depois desta etapa, o sobrenadante é descartado e os “pellets” microbianos contendo o polímero biodegradável são colocados em cartuchos de celulose para extração por percolação, durante 48 h, com o solvente CHCI3. Em seguida, 0 volume de solvente é reduzido em até 10 vezes por evaporação a quente (60 °C) em evaporador rotatório e a solução resultante contendo 0 polímero biodegradável é gotejada em etanol a frio (5 °C), a uma relação de 6 volumes de etanol para 1 volume de CHCI3. Durante o gotejamento, 0 polímero biodegradável de elevado grau de pureza é precipitado e, após secagem, o mesmo é utilizado para confecção de diversos biomateriais para uso médico, odontológico e farmacêutico. Além desta finalidade, os polímeros biodegradáveis de elevada pureza também podem ser empregados como importante matéria-prima na produção de intermediários químicos relevantes, tais como 1,3 propanodiol, 3-hidroxipropionaldeído, acrílico, ácido malônico, ésteres e aminas.

Os versados na arte apreciarão que pequenas variações nas formas de realizar a invenção descrita acima devem ser compreendidas como dentro do escopo da invenção e a das reivindicações anexas.

Reivindicações Processos de Produção de Polihidroxialcanoatos

Claims (11)

1 - Processo de produção de polihidrixialcanoatos caracterizado por compreender um processo fermentativo em fase sólida selecionada do grupo que compreende torta de soja, torta de babaçu e mistura dos mesmas, utilizando microrganismos pertencentes aos gêneros Alcaligenes e/ou Ralstonia, numa faixa de temperatura de 20 a 40°C.

2 - Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por adicionalmente compreender uma etapa de isolamento do produto obtido na referida fermentação.

3 - Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fase sólida adicionalmente compreende outros nutrientes.

4 - Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a umidade da etapa de fermentação varia de aproximadamente 40% v/m a aproximadamente 80% v/m.

5 - Processo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o isolamento do biopolímero compreende pelo menos uma etapa de percolação.

6 - Processo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a etapa de percolação utiliza como solvente orgânico o clorofórmio.

7 - Processo, de acordo com a reivindicação 2 ou 5, caracterizado pelo fato de que o isolamento do biopolímero compreende pelo menos uma etapa de precipitação.

8 - Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a precipitação ocorre na presença de um solvente polar volátil.

9 - Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente uma etapa preliminar de crescimento do microrganismo.

10 - Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente uma etapa de filtração posterior à fermentação.

11 - Processo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por compreender adicionalmente uma etapa de evaporação do solvente de percolação.