BRPI0501844B1 - processo para extração e recuperação de polihidroxialcanoatos (phas) a partir de uma biomassa celular bacteriana - Google Patents
processo para extração e recuperação de polihidroxialcanoatos (phas) a partir de uma biomassa celular bacteriana Download PDFInfo
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Abstract
"processo para extração e recuperação de polihidroxialcanoatos (phas) de biomassa celular". compreendendo as etapas de: extração de polihidroxialcanoato com pelo menos um solvente não halogenado e não agressivo ao meio ambiente; aquecer a biomassa celular, para formar uma suspensão compreendendo solvente de pha com o pha dissolvido, resíduos insolúveis; recuperação do solvente enriquecido com o pha; injeção do solvente enriquecido com pha em um fluxo de vapor de modo a promover, rapidamente, a completa precipitação de pha em água, enquanto se processa a evaporação do solvente; esgotar o solvente residual; separar as partículas de pha, purificadas, da suspensão e secá-las.
Description
PROCESSO PARA EXTRAÇÃO E RECUPERAÇÃO DE POLIHIDROXIALCANOATOS (PHAS) A PARTIR DE UMA BIOMASSA CELULAR BACTERIANA”
Campo da invenção [001] A invenção objeto desta patente está relacionada a um processo, para extração e recuperação de polihidroxialcanoatos (PHAs), a partir de biomassa celular de bactérias, utilizando solventes de PHA não halogenados e não agressivos ao meio ambiente, permitindo obtenção de polihidroxialcanoatos (PHAs) de elevada pureza e peso molecular.
Antecedentes da invenção [002] É atualmente conhecida na indústria mundial, a necessidade de produzir materiais biodegradáveis e biocompatíveis, utilizando matérias-primas e fontes de energia renováveis, através de processos não agressivos ao meio ambiente.
[003] Na sociedade moderna, a utilização crescente de materiais plásticos em larga escala vem desencadeando uma diversidade de problemas ambientais, cada vez mais sérios. Em vista destes problemas, o desenvolvimento de resinas plásticas biodegradáveis vem recebendo atenção mundial, principalmente aquelas produzidas por meio de tecnologia limpa, a partir de fontes renováveis. As aplicações destes biopolímeros biodegradáveis, com maiores chances de ser bem sucedidas no mercado, vão desde as que envolvem o uso como materiais descartáveis, como embalagens, frascos de cosméticos e agrotóxicos, até aplicações médicas e farmacêuticas, conforme descrito na introdução do pedido de patente brasileiro PI0405622-1 (PCT/BR04/000237), do mesmo
2/30 depositante.
[004] Uma família importante dos biopolímeros biodegradáveis é a dos Polihidroxialcanoatos (PHAs), que são poliésteres naturalmente sintetizados por um grande número de seres vivos. Com mais de 170 representantes descritos na literatura, o interesse comercial pelos PHAs está diretamente relacionado não apenas à biodegradabilidade, mas também às suas propriedades termomecânicas e seus custos de produção. Desta forma, apenas alguns PHAs têm encontrado aplicação industrial, sendo os mais representativos o PHB (poli-3hidroxibutirato), PHB-V (poli(hidroxibutirato-cohidroxivalerato)), P4HB (poli-4-hidroxibutirato), P3HB4HB (poli (3-hidroxibutirato-co-4-hidroxibutirato)) e alguns PHAmcl (polihidroxialcanoatos de cadeia média), sendo o representante típico desta última família o PHHx (polihidroxihexanoato).
[005] A estrutura química dos PHAs pode ser descrita como uma cadeia polimérica, formada por repetições da seguinte unidade:
O — CH — (CH2>— C
onde é um grupo alquila ou alcenila de comprimento variável e m e n são números inteiros, sendo que, nos polímeros mencionados acima, R e m assumem os seguintes valores:
PHB: R=CH3, m=1
PBH-V: R=CH3 ou CH3-CH2, m=1
P4HB: R=H, m=2
P3HB-4HB: R=H ou CH3, m=1 ou 2
3/30
PHHx: R=CH3-CH2-CH2-, m=1 [006] O grande desenvolvimento das ciências naturais nas duas últimas décadas, particularmente da biotecnologia, tem permitido, o uso dos mais diferentes organismos, naturais ou geneticamente modificados, na produção comercial de PHAs. Particularmente relevante para a presente invenção é o uso de determinadas linhagens de bactérias, capazes de produzir e acumular em seu interior quantidades expressivas destes polímeros. Cultivadas em condições específicas, que permitem alcançar alta densidade celular, elevado teor de polímero intracelular e rendimentos compatíveis com o processo industrial, estas linhagens bacterianas podem utilizar diferentes matérias-primas renováveis, como açúcar de cana, melaço ou extratos celulósicos hidrolisados.
[007] Embora tenham sido feitas tentativas de aplicação das células bacterianas in natura (sem a utilização de agentes solubilizadores e PHA) como material moldável, conforme descreve a patente US-31-7172, as aplicações comerciais de PHAs, na grande maioria dos casos, requerem que sua pureza seja suficientemente elevada para atingir as propriedades plásticas desejadas. Atingir-se o nível de pureza adequado ao processamento do biopolímero, em especial para os PHAs normalmente implica em etapas em que a utilização de solventes para extração e recuperação do PHA da biomassa residual é indispensável.
[008] Na patente EPA-01455233 A2 são descritas várias possibilidades para proceder à digestão de uma suspensão aquosa de células contendo PHA, utilizando-se enzimas e ou agentes surfactantes para solubilizar o material celular não PHA, sendo que as enzimas apresentam um custo bastante
4/30 elevado e não podem ser recuperadas no processo, contrariamente ao que ocorre quando se utiliza um solvente. Também, alta diluição do material celular é requerida, o que gera um grande voluma de afluentes no processo.
[009] Os processos de extração comumente propostos consistem, basicamente, em expor a biomassa celular, contendo o biopolímero, seca ou úmida, em contato vigoroso com um solvente que o solubiliza, seguindo-se de uma etapa onde o resíduo celular é separado. A solução contendo o biopolímero recebe, então, a adição de um agente insolubilizante, que induz sua precipitação no solvente (ver, por exemplo, a patente brasileira PI 9103116-8, depositada em 16/07/91 e publicada em 24/02/93).
[0010] Nos processos de extração por solvente orgânicos, estes são hidrocarbonetos parcialmente halogenados, tais como o Clorofórmio (patente US-3275610), cloreto de metileno/etanol (US-3044942), cloroetanos e cloropropanos com ponto de ebulição na faixa de 65 a 170°C, 1,2-dicloroetano e 1,2,3-tricloropropano (patentes EP-0014490 B 1 e EP 2446859). [0011] Outros compostos, igualmente halogenados, como diclorometano, dicloroetano e dicloropropano são citados nas patentes americanas US-4.562.245 (1985), US-4.310.684 (1982), US-4.705.604 (1987) e nas patentes européia 036.699 (1981) e alemã 239.609 (1986).
[0012] Os processos de extração e purificação de biopolímero de biomassa que utilizam solventes halogenados, nos dias de hoje, são totalmente proibitivos, à medida que são altamente agressivos ao meio ambiente e à saúde humana. Um solvente, portanto, para ser candidato a ser utilizado como um potencial extrator do biopolímero de biomassa
5/30 celular, deve atender, primeiramente, à condição de não ser agressivo ao meio ambiente.
[0013] Nesta direção, a patente brasileira, PI 9302312-0 (depositada em 1993 e concedida em 30/04/2002) apresenta um processo de extração de biopolímero de biomassa bacteriana, que utiliza, como solventes, álcoois de cadeia superior a 3 carbonos ou os acetatos destes derivados. Esta patente dá preferência ao álcool isoamílico (3-metil-1-butanol), ao acetato de amila (ou o éster amil acético) e ao óleo fúsel, uma mistura de álcoois superiores obtida como subproduto da fermentação alcoólica e que tem por principal componente o álcool isoamílico. Esta patente se caracteriza, também, por utilizar um único solvente como extrator e purificador, não requerendo a utilização de um agente insolubilizante ou contra solvente e ou não solvente marginal. A precipitação do soluto (biopolímero) da solução de PHA é feita através do resfriamento da solução.
[0014] A patente americana No. US 6.043.063 (depositada em 14/04/1998 e concedida em 28/03/2000), US 6.087.471 (depositada em 14/04/1998 e concedida em 11/06/2000) e o pedido de patente internacional WO-98/46783 (depositado em 15/04/1997) fazem menção a uma extensa lista de solventes não halogenados que poderiam ser potencialmente utilizados como solventes para extração de biopolímero de biomassa, mas que possuem em muito deles características como difícil manipulação industrial, toxidade, além de elevado custo. Da extensa lista mencionada, que inclui também aqueles solventes citados na patente brasileira PI 9302312-0, há um número restrito de solventes com real potencial para utilização industrial na extração de biopolímero de biomassa vegetal ou
6/30 de bactérias, quer por questões inerentes à incompatibilidade com o biopolímero, quer pela toxidade, explosividade, e até mesmo elevados custos.
[0015] Por serem os biopolímeros termosensíveis, ou seja, quando submetidos a temperaturas acima de um determinado valor se degradam irreversivelmente, perdendo peso molecular, o que poderá afetar definitivamente as propriedades que os caracterizam como termoplásticos, é fundamental ter em mente que a lista de solventes potencialmente utilizáveis industrialmente torna-se ainda mais restrita. Dependendo do solvente elegido para promover a extração do biopolímero, este terá potencial de utilização industrial muito aumentado se for associado a um processo adequado, que possibilite a extração do biopolímero sem promover alterações significativas em seu peso molecular. Embora diversas aplicações utilizem PHA com baixo peso molecular na faixa de 10.000 a 50.000, em uma gama muito maior de aplicações comerciais são necessários pesos moleculares superiores a 500.000 Da.
[0016] Quando se objetiva produzir polihidroxialcanoatos (PHAs), com peso molecular o mais próximo possível do peso molecular original, isto é do PHA quando no interior de célula, deve-se atentar para o caso em que há a necessidade de se aquecer os solventes de PHA a temperaturas acima de 70°C para solubilizar o biopolímero; quanto maior o tempo em que o mesmo ficar exposto a esta temperatura durante o processamento, maior será a degradação sofrida, fato que poderá comprometer irremediavelmente suas propriedades como termoplástico, conforme discutido no referido pedido de patente anterior PI04005622-1 (PCT/BR04/000237), do mesmo
7/30 depositante.
[0017] Por exemplo, o polihidroxibutirato, contendo originalmente um peso molecular de 1.000.000 Da, e submetido a uma extração em álcool isoamílico a 110°C, daria, para um tempo de 5 minutos, um peso molecular de 951.230 Da, para 15 minutos de exposição 853.692Da, para 30 minutos de exposição 707.410 Da, para 60 minutos 414.771 Da. E 90 minutos 122.230 Da.
[0018] Considerando que, além da extração, outras operações, como evaporação do solvente e secagem, são necessárias à obtenção de um produto puro com boas propriedades mecânicas, e que estas operações muitas vezes expõem o biopolímero a situações críticas para o material, não é difícil de imaginar as dificuldades inerentes ao processamento deste tipo de material. Além do solvente, deve ser provido um processo adequado a não degradação térmica do produto.
[0019] Tendo em mente a termosensibilidade do biopolímero e em se objetivando produzir um material com alto peso molecular, deve-se levar em consideração que o potencial de aplicação industrial dos solventes, por exemplo, àqueles citados na patente No. US 6.043.063 estão intimamente ligados ao tempo que o biopolímero permanecer exposto, no processo de extração e recuperação, a estas elevadas temperaturas, as quais definirão o nível de degradação térmica sofrida pelo biopolímero. Nas patentes citadas, nenhuma menção é feita às propriedades dos materiais obtidos, especialmente às referentes ao peso molecular do produto.
[0020] Outro fato relevante à viabilização industrial desta via de extração de PHA, é que, por se tratar de um
8/30 processo intensivo em energia, a viabilidade do produto também estará intimamente ligada à disponibilidade de fonte renovável de energia de baixo custo.
[0021] Em função do acima exposto, pode ser dito que os processos industriais de produção de PHAs devem contemplar: linhagens de microorganismos altamente eficientes na conversão da matéria-prima em polímero, com protocolo de produção simples e eficiente; matérias-primas de baixo custo e com alto aproveitamento; procedimento de extração e purificação do polímero que permita a obtenção de um produto de elevada pureza, preservando ao máximo as características originais do biopolímero, com alto rendimento e eficiência e através de processos não agressivos ao meio ambiente.
[0022] Além destes aspectos econômicos, em se tratando de um produto ambientalmente mais amigável, todo seu processo de produção também o deve ser. Portanto, a utilização de produtos danosos ao ambiente em qualquer etapa da produção deve ser evitada. Ainda, a fonte de energia utilizada para rodar o processo de produção deve vir de fonte renovável. Não faria sentido produzir-se um plástico de baixo impacto ambiental se, em sua produção forem utilizadas unicamente fontes de energia não renováveis, por exemplo.
[0023] Energia renovável e barata, aliada à disponibilidade de matérias-primas de custo reduzido - açúcar e melaço - e solventes naturais, obtidos como subprodutos da fermentação alcoólica, torna a indústria sucro-alcooleira o berço ideal para a produção de bioplástico.
[0024] Visando a obtenção eficiente de um PHA de elevada pureza e alto peso molecular, a partir de matéria prima de baixo custo, o pedido de patente anterior PI 04005622-1
9/30 (PCT/BR2004/000237) , do mesmo depositante propõe um processo de recuperação de PHAs de uma biomassa celular de bactérias, obtida por fermentação, dito processo apresentando características de não agressão ao meio ambiente, utilizando solventes não halogenados.
[0025] Em razão dos solventes considerados adequados à realização do processo, este utiliza, como matéria prima, um lodo de biomassa celular em suspensão aquosa e com teor de matéria celular seca não inferior a cerca de 18% em peso, lodo esse que é submetido a um solvente, à agitação e a aquecimento, para que seja produzida, em um reator, uma suspensão compreendendo solvente e PHA dissolvido, a qual é em seguida separada, ainda quente, dos resíduos insolúveis da biomassa celular remanescente. Em seguida, a solução de solvente e PHA são resfriadas para uma temperatura de precipitação do PHA e submetida a uma micro-filtração, para que seja obtida uma pasta de PHA com concentração de cerca de 5% ou mais de PHA, pasta essa que é novamente aquecida e agitada, por injeção de vapor, para eliminação do solvente e formação de uma suspensão aquosa de grânulos de PHA, a ser submetida a uma separação final.
[0026] No processo anterior, acima descrito e utilizando os solventes sugeridos, a concentração de PHA dissolvido no solvente é inferior a 5%, exigindo uma operação de microfiltração para que a referida concentração de PHA na suspensão alcance um valor mínimo que permita a continuidade do processo em termos economicamente viáveis. Para que o biopolímero tenha seu peso molecular preservado, a solução é resfriada rapidamente antes de ser micro-filtrada.
[0027] Assim, o processo anterior deixa de ter um
10/30 aproveitamento energético eficiente, pois esfria a suspensão originalmente aquecida, para, em seguida, aquece-la novamente. Além disso, esse processo exige instalações providas dos equipamentos necessários à realização das etapas de resfriamento rápido e de micro-filtração, equipamentos esses de custo elevado. Dada a baixa solubilidade do PHA nos solventes citados, os volumes de solvente circulantes requeridos neste processo são bastante elevados, exigindo instalações de bombeamento e equipamentos maiores, além de quantidades maiores de energia elétrica e térmica para sua operação.
Sumário da invenção [0028] Em razão do acima exposto, é um objetivo genérico de a presente invenção prover um processo de recuperação de PHAs a partir de uma biomassa celular de bactérias, obtida por fermentação, utilizando solventes não-halogenados e não agressivos ao meio ambiente, de modo a gerar, por meio de uma instalação relativamente simplificada e a um menor consumo energético, um produto de elevada pureza e alto peso molecular, utilizando matéria-prima e energia renováveis.
[0029] De acordo com a invenção, o processo em questão compreende as etapas de:
i) submeter a biomassa celular à operações concomitantes de injeção de um solvente de PHA, de agitação vigorosa e de aquecimento rápido no interior de um reator, de modo a provocar o rompimento da parede das células de biomassa e a dissolução do PHA contido nessa última e a formar uma suspensão compreendendo solvente de PHA enriquecido com o PHA dissolvido em uma concentração de pelo menos 2%, preferivelmente acima de 5% em peso da suspensão, e resíduos
11/30 insolúveis da biomassa celular;
ii) submeter à suspensão formada no reator, a uma etapa de separação para recuperar o solvente, enriquecido com o PHA dissolvido, dos resíduos insolúveis da biomassa celular remanescente;
iii) submeter à solução de solvente de PHA, enriquecida com PHA, a operações de agitação e lavagem com água e/ou vapor a uma temperatura suficiente e adequada para prover a remoção, por evaporação, de substancialmente todo o solvente de PHA e a precipitação do PHA, de modo a formar uma suspensão compreendendo o PHA precipitado em água e solvente remanescente;
iv) submeter a suspensão de PHA precipitado, à evaporação do solvente remanescente até o esgotamento deste, através da injeção de vapor d'água na dita suspensão de PHA, de modo a obter partículas de PHA purificadas em suspensão aquosa;
v) resfriar suspensão em meio aquoso, da qual foi esgotado o solvente de PHA, até cerca de 45°C a menos e separar as partículas de PHA da referida suspensão; e vi) submeter às partículas de PHA separadas a uma etapa de secagem [0030] O processo proposto faz uso, para a extração do PHA da biomassa celular fermentada, de pelo menos um dos solventes selecionados dos seguintes grupos: grupo 1: formiato de metila, formiato de etila, formiato de propila, formiato de butila, formiato de isoamila, formiato de pentila e formiato de caproila (ou hexila); grupo 2: propionato de isopropila, propionato de isoamila, propionato de caproila (ou hexila); grupo 3: butirato de metila, butirato de propila, butirato de isopropila, butirato de isoamila,
12/30 butirato de pentila (amila), butirato de caproila (ou hexila); grupo 4: isobutirato de metila, isobutirato de etila, isobutirato de butila, isobutirato de propila, isobutirato de isopropila,isobutirato de isoamila,isobutirato de pentila (amila), isobutirato de caproila; grupo 5: valerato de propila, valerato de isopropila, valerato de butila, valerato de isobutila, valerato de isoamila (valerato de 3-metil-1-butila), valerato de pentila (amila) e valerato de caproila (ou hexila); e grupo 6: isoamilato de metila (3metil-1-butanoato de metila), isoamilato de etila (3-metil-1-
| butanoato | de | etila), | isoamilato | de | propila | (3-metil-1- |
| butanoato | de | propila), | isoamilato | de | isopropila(3-metil-1- | |
| butanoato | de | isopropila), isoamilato de butila | (3-metil-1- | |||
| butanoato | de | butila), | isoamilato de | isobutila | (3-metil-1- | |
| butanoato | de | isobutila) | , isoamilato | de | isoamila | (3-metil-1- |
| butanoato | de | isoamila), | isoamilato | de | pentila | (amila) (3- |
metil-1- butanoato de pentila ou amila) e isoamilato de caproila (hexila).
[0031] O processo como tal, é relativamente simples, utiliza-se de fonte renovável de energia e matéria-prima, pois está integrado à produção de açúcar e álcool, é compatível com o meio ambiente e saúde humana, e define uma alternativa econômica para extração e recuperação de polihidroxialcanoatos (PHAs) em larga escala.
Breve descrição dos desenhos [0032] A invenção, descrita a seguir, tem suas etapas exemplificativamente ilustradas no fluxograma representado na figura 1, única, do desenho anexo.
Descrição detalhada da invenção [0033] Descreve-se a seguir uma lista de definições de
13/30 termos utilizados na descrição da presente invenção:
[0034] - Alcenila significa uma cadeia carbônica insaturada, de C1 a Cn, onde n varia de 2 a cerca de 20, podendo essa cadeia carbônica ser linear, ramificada ou cíclica e a insaturação ser monoinsaturada , ou seja, com uma dupla ou uma tripla ligação na cadeia carbônica; ou polinsaturada, isto é, com duas ou mais duplas ligações, ou com duas, ou mais triplas ligações, ou ainda com uma ou mais duplas ligações e uma ou mais triplas ligações na cadeia carbônica.
[0035] - Alquila significa uma cadeia carbônica saturada, de C1 a Cn, onde n varia de 2 a cerca de 20, podendo essa cadeia carbônica ser reta, ramificada ou cíclica.
[0036] - Biomassa Celular significa uma biomassa proveniente de qualquer microorganismo ou planta que produza PHA, naturalmente ou mediante modificação genética para torná-la produtora de PHA ou para torná-la mais produtora de PHA.
[0037] - Compreende ou Compreender significa que outros passos, ou outras etapas, ou outros compostos, ou outros ingredientes que não afetam o resultado final podem ser adicionados ou estar presentes. Esse termo pode também ser substituído por, ou substituir os termos: constituído de constituído por, constituído essencialmente de e constituído essencialmente por.
[0038] - Da significa Dalton, unidade de medida de peso molecular de polímeros.
[0039] - Extrair polihidroxialcanoatos de uma biomassa ou Extração de polihidroxialcanoatos de uma biomassa
14/30 significa extrair ou a extração de um determinado PHA produzido por uma biomassa produtora de um único tipo de PHA, e adicionalmente pode também significar extrair ou a extração de mais de um tipo de PHA produzido por uma biomassa, para situações onde a biomassa produtora de PHA, produza mais que um único tipo de PHA.
[0040] - Extrato Bruto” significa a suspensão constituída pelo solvente de PHA enriquecido com o PHA extraído da massa de células de PHA, contendo nele dissolvidas água e impurezas extraídas da massa celular, e pelos sólidos insolúveis que é o resíduo da biomassa celular, da qual que o PHA foi extraído.
[0041] - Pressão substancialmente atmosférica” significa uma pressão muito próxima à atmosférica, isto é igual ligeiramente superior ou inferior à pressão atmosférica.
[0042] - Reator de Extração” significa o equipamento no qual se processa a operação de extração do PHA da biomassa celular produtora de PHA.
[0043] - Resfriar rapidamente” uma corrente (solução ou suspensão) significa: resfriar essa corrente (solução ou suspensão) em alguns segundos, por expansão, por troca térmica com outra corrente mais fria e/ou por resfriamento por meio de trocadores de calor.
[0044] - Solvente” significa uma substância capaz de dissolver outra substância denominada soluto, de modo a formar uma mistura, denominada solução, de um soluto uniformemente disperso no solvente, ao nível de dimensão molecular ou ao nível de dimensão iônica.
[0045] - Solvente de PHA” significa uma substância capaz de dissolver polihidroxialcanoatos.
15/30 [0046] - Solvente de PHA enriquecido” ou solução de solvente de PHA enriquecida” significa uma solução de solvente de PHA contendo o PHA extraído da biomassa celular produtora de PHA.
[0047] - Virtualmente isento de” ou praticamente isento de” significa ter muito pouca quantidade de” ou ter presença de traços de” ou ter uma quantidade não significativa de” ou ter uma quantidade quase imperceptível de”.
[0048] Há um número relativamente grande de publicações descrevendo a extração de PHA por solventes não halogenados de fontes de biomassa de microorganismo ou vegetal. No entanto, quando se busca aplicar em escala comercial os ensinamentos descritos, denota-se uma grande dificuldade em se obter um produto com as propriedades originais do biopolímero intracelular preservadas, características estas, na maioria das vezes, fundamentais a elaboração de produtos comerciais. O que se observa é que, na maioria destas publicações, pouca atenção é dada a termosensibilidade do produto a elevadas temperaturas. As maiorias dos solventes não halogenados, mencionados como candidatos à extração de PHA, apresentam baixa solubilidade para este soluto e requerem temperaturas elevadas, normalmente acima de 70°C, para sua extração e recuperação. Quando se busca processar a extração de PHA com tais solventes, em escala comercial, os tempos necessários à recuperação de PHA muitas vezes se tornam longos demais, o bastante para degradar termicamente o PHA de maneira irreversível. O produto assim obtido, dependendo do tempo de exposição à temperatura elevada, torna-se restrito a um número muito limitado de aplicações na
16/30 indústria, ou até mesmo a mais nenhuma aplicação.
[0049] A presente invenção refere-se a um processo em escala industrial, onde as etapas de processamento são combinadas de maneira tal a permitir: a) minimizar o tempo de exposição da maior parte do PHA extraído da biomassa celular a temperaturas elevadas, utilizando solventes não halogenados, possibilitando minimizar sua degradação, de maneira a preservar o máximo possível suas propriedades originais, especialmente seu peso molecular; b) obtenção de um produto de elevada pureza, normalmente superior a 99%, preservando a cor natural do biopolímero, e virtual ausência de solvente residual, sem a necessidade de inclusão no processo de etapas adicionais específicas para remoção de cor e de purificação do PHA produzido; c) obter um elevado nível de recuperação do PHA de biomassa, normalmente superior a 90%; d) utilizar, de maneira integrada, fontes renováveis de matérias-primas e energia oriundas da indústria sucroalcooleira, permitindo aumentar a rentabilidade dos complexos industriais produtores de açúcar e álcool.
[0050] Os métodos da presente invenção são aplicáveis a PHAs produzidos por micro-organismos ou plantas de ocorrência natural ou geneticamente modificada, ou PHAs sinteticamente produzidos. O polihidroxialcanoato ou PHA é um polímero constituído por repetições da seguinte unidade:
O CH (CH2> C onde R é um grupo alquila ou alcenila de comprimento variável
17/30 e m e n são números inteiros, sendo que, nos polímeros mencionados acima, R e m assumem os seguintes valores:
PHB: R=CH3, m=1
PHB-V: R=CH3 ou CH3-CH2-, m=1
P4HB: R=H, m=2
P3HB-4HB: R=H ou CH3, m=1 ou 2
PHHx: R=CH3-CH2-CH2-, m=1 [0051] Esta invenção é aplicável a PHAs recuperados de biomassa de microorganismos, preferivelmente a PHB (poli-3hidroxibutirato), PHB-V (poli(hidroxibutirato-cohidroxivalerato)), P4HB (poli-4-hidroxibutirato), P3HB4HB (poli(3-hidroxibutirato-co-4-hidroxibutirato)) e alguns PHAmcl (polihidroxialcanoatos de cadeia média), sendo o representante típico desta última família o PHHx (polihidroxihexanoato).
Processo de Extração de PHAs utilizando solventes não halogenados, com baixo tempo de exposição do biopolímero à condição de degradação térmica.
[0052] A presente invenção refere-se a um processo que utiliza um fermentado de biomassa celular de bactérias obtida pó fermentação e que, em uma etapa de extração, é submetida a operações concomitantes de injeção de solvente de PHA, preferencialmente líquido aquecido e na forma de vapor, de agitação vigorosa e de aquecimento rápido em um reator, de modo a provocar, rapidamente, o aquecimento da biomassa celular para uma temperatura entre cerca de 90 °C até a temperatura de ebulição do solvente, à pressão substancialmente atmosférica e a dissolução do PHA contido na biomassa e a gerar um extrato bruto definido por uma suspensão compreendendo solvente de PHA enriquecido com PHA
18/30 dissolvido em uma concentração de pelo menos 2% e freqüentemente superior a 5% em peso da suspensão e resíduos insolúveis da biomassa celular.
[0053] Em uma forma preferida da invenção, em que a biomassa celular de bactérias é introduzida na extração na forma seca, o extrato bruto obtido na etapa de extração, é constituído de uma fase líquida compreendendo solvente de PHA enriquecido com PHA, e uma fase sólida definida pelos resíduos insolúveis da biomassa celular residual.
[0054] Em uma outra forma de realização da invenção, a biomassa celular de bactérias é conduzida à etapa de extração na forma de suspensão aquosa, preferencialmente concentrada acima de 10% de matéria seca (peso/peso) aqui também denominada de lodo, obtendo-se um extrato bruto constituído de uma fase líquida compreendendo solvente de PHA enriquecido com PHA e água remanescente da biomassa celular; uma fase sólida definida pelos resíduos insolúveis da biomassa celular residual; e uma fase vapor contendo vapores de água e de solvente PHA. Os vapores de água e de solvente de PHA, gerados nas várias etapas do processo, são condensados e separados em duas fases líquidas: uma rica em solvente que retorna ao processo na fase de extração e recuperação de PHA; e uma outra pobre em solvente que é recirculada no processo para possibilitar a recuperação do solvente de PHA nela contido.
[0055] Este procedimento, além de aquecer a biomassa celular, promove também o efeito de remover o excesso de água alimentada com o lodo na forma de um vapor que é uma mistura binária constituída de solvente de PHA e água. A fase vapor, contendo substancialmente a maior parte da água introduzida
19/30 no reator com a biomassa, pode ser então extraída do reator para ser posteriormente condensada, deixando para trás uma suspensão constituída de uma solução de solvente de PHA enriquecido com PHA e uma pequena fração de água dissolvida no solvente, além de resíduos insolúveis da biomassa celular extraídos.
[0056] No processo de extração e recuperação de PHA é utilizado pelo menos um solvente de PHA selecionado dos seguintes grupos:
[0057] - Grupo 1 de solventes constituído por: formiato de metila, formiato de etila, formiato de propila, formiato de butila, formiato de isoamila, formiato de pentila (amila) e formiato de caprila (ou hexila) e misturadas desses solventes, mais preferivelmente formiato de propila, formiato de butila, formiato de isoamila, formiato de pentila e mais preferivelmente ainda o formiato de isoamila.
[0058] - Grupo 2 de solventes constituídos por: propionato de etila, propionato de isopropila, propionato de isoamila, propionato de caprila (ou hexila) e misturas desses solventes, e mais preferencialmente o propionato de isopropila, propionato de isoamila, o propionato de isoamila e mais preferencialmente ainda o propionato de isoamila.
[0059] - Grupo 3 de solventes constituídos por: butirato de metila, butirato de propila, butirato de isopropila, butirato de isoamila, butirato de pentila (amila), butirato de caproíla (ou hexila) e misturas desses solventes, e mais preferencialmente butirato de propila, butirato de isopropila, butirato de isoamila, butirato de pentila (amila) e mais preferencialmente ainda o butirato de isoamila (butirato de 3-metil-1-butila).
20/30 [0060] - Grupo 4 de solventes constituídos por: isobutirato de metila, isobutirato de propila, isobutirato de isopropila, isobutirato de isoamila, isobutirato de pentila (amila), isobutirato de caproila (ou hexila) e misturas desses solventes, e mais preferencialmente isobutirato de propila, isobutirato de isopropila, isobutirato de isoamila, isobutirato de pentila (amila) e mais preferencialmente ainda o isobutirato de isoamila (isobutirato de 3-metil-1-butila).
[0061] - Grupo 5 de solventes constituídos por: valerato de propila, valerato de isopropila, valerato de butila, valerato de isobutila, valerato de isoamila (3-metil-1butila), valerato de pentila (amila) e valerato de caproila (ou hexila) e misturas desses solventes, e mais preferencialmente valerato de propila, valerato de isopropila, valerato de butila, valerato de isobutila, valerato de isoamila, valerato de pentila (amila) e mais preferencialmente ainda o valerato de isoamila.
[0062] - Grupo 6 de solventes constituídos por: isoamilato de metila(3-metil-1-butanoato de metila), isoamilato de etila (3-metil-1-butanoato de etila), isoamilato de propila (3metil-1-butanoato de propila), isoamilato de isopropila(3metil-1-butanoato de isopropila), isoamilato de butila (3metil-1-butanoato de butila), isoamilato de isobutila(3metil-1-butanoato de isobutila), isoamilato de isoamila (3metil-1-butanoato de isoamila), isoamilato de pentila (amila) (3-metil-1-butanoato de pentila ou amila) e isoamilato de caproila (hexila), e misturas desses solventes, e mais preferencialmente o isoamilato de propila,isoamilato de isopropila,isoamilato de butila, isoamilato de isobutila, isoamilato de isoamila, isoamilato de pentila (amila) e mais
21/30 preferencialmente ainda o isoamilato de isoamila.
[0063] O extrato bruto obtido, efluente da etapa de extração, em qualquer das formas da invenção é então submetido a um processo de separação dos sólidos insolúveis da solução de solvente de PHA enriquecida com PHA, por exemplo, por filtração, centrifugação, mais preferencialmente por filtração, gerando-se uma corrente filtrada isenta de sólidos insolúveis e constituída pela solução de PHA enriquecida em PHA e uma torta contendo os sólidos insolúveis separados.
[0064] O uso dos solventes aqui considerados faz com que a suspensão de solvente de PHA, enriquecido com o PHA dissolvido, apresente uma concentração de PHA de pelo menos cerca de 2% em peso e, para boa parte dos solventes escolhidos, de pelo menos superiores a cerca de 5% em peso da suspensão. Quando os solventes utilizados são aqueles cuja solubilidade de PHA nestes, é igual ou superior a cerca de 5% em peso, a etapa de remoção do solvente da solução de PHA é conduzida, sem se passar pelas etapas intermediária de resfriamento e de micro-filtração. A solução contendo PHA dissolvido e isenta de resíduos insolúveis de biomassa, preferencialmente na temperatura de extração, é então alimentada numa corrente de vapor, de maneira preferencialmente pulverizada e, então, instantaneamente expandida num reator, mantido a uma pressão que vai do vácuo à pressão substancialmente atmosférica, preferencialmente vácuos de 100 a 600 mm Hg°, em que são geradas: uma corrente de vapor binário, contendo água e parte substancial do solvente de PHA constituinte da solução alimentada, e uma suspensão finamente dividida de partículas de PHA em água e
22/30 fração de solvente residual resultante da condensação de parte do vapor introduzido. Esta suspensão é então submetida à evaporação do solvente residual final até seu esgotamento no líquido remanescente (licor mãe), mediante a injeção de vapor. Terminado o processo obtém-se, portanto, uma suspensão de partículas de PHA, finamente dispersas em água. Esta suspensão é então resfriada rapidamente até cerca de 45°C ou menos e submetida a um processo de separação das partículas de PHA dispersas nesta suspensão, por exemplo por filtração e enxágüe do bolo filtrado, contendo as partículas de PHA, com água limpa. As partículas de PHA obtidas são então submetidas a um processo de secagem, obtendo-se PHA na forma de pó, apresentando elevado nível de pureza, baixíssimos níveis de solvente residual, cor, cinzas e impureza e um elevado rendimento global, isto é, uma quantidade de PHA, recuperado em relação ao PHA contido na biomassa original, superior a cerda de 90% (peso/peso) e pesos moleculares acima de 300.000 Da, normalmente de 400.000 a 800.000 Da.
[0065] De acordo com a invenção, a remoção do solvente da solução de PHA é realizada em uma câmara de evaporação, mediante pulverização direta da solução de PHA em um fluxo de vapor, seguida da precipitação de PHA na mistura de água e solvente.
[0066] De acordo com uma forma de realização da invenção, o vapor utilizado para remoção de solvente da solução de PHA é um vapor superaquecido em relação à pressão de operação na câmara de evaporação. Deve ser entendido que a câmara de evaporação pode ser mantida a uma pressão inferior à pressão atmosférica ou a uma pressão substancialmente atmosférica.
[0067] Em uma outra forma de realização da invenção, a
23/30 remoção do solvente da solução de PHA é realizada pela injeção direta da solução em água e vapor e aquecida, sob agitação, em um reator mantido em uma pressão inferior à pressão atmosférica ou em uma pressão substancialmente atmosférica.
[0068] Na presente invenção os solventes selecionados e pertencentes aos grupos 1 a 6 podem, por exemplo, ser obtidos por reações conhecidas da síntese orgânica, entre um álcool e um ácido carboxílico em presença de um catalisador ácido (íon H+) e denominadas de reações de esterificação (MORRISON, R. e BOYD, R., Química Orgânica, 9a ed., Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa, Portugal, p. 991-1016, 1990 e Solomons, T.W. G., Organic Chemistry, 2a ed., John Wiley & Sons, Inc., New York, USA, p. 749-801, 1980) .
[0069] Particularmente o grupo 6, em que o ácido envolvido na reação de esterificação é ácido 3-metil-1-butanóico ou ácido isoamílico, deve-se destacar que este pode, por exemplo, ser obtido através da oxidação, ácido catalisada, do álcool isoamílico (3-metil-1-butanol), um álcool primário, por um processo de catálise de transferência de fase,detalhado na literatura tradicional de Química Orgânica (por exemplo em MORRISON., R e BOYD, R., Química Orgânica, 9a ed., Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa, Portugal, p. 616618 e 471-472, 1990 e Solomons, T.W. G., Organic Chemistry, 2a ed., John Wiley & Sons, Inc., New York, USA, p. 654-657, 1980).
[0070] A utilização dos solventes selecionados, anteriormente descritos, apresenta a vantagem de solubilizar cerca de 2 a 20 vezes mais PHA que, por exemplo, aqueles solventes descritos na patente PI 9302312-0, no pedido de
24/30 patente PI 04005622-1 (PCT/BR04/000237) e na patente US 6,043,063 como, por exemplo, acetato de isoamila, acetato de butila, 1-hexanol, álcool amilico, álcool isoamílico e propionato de propila. O grau de solubilidade depende do solvente utilizado e da temperatura de extração escolhida.
[0071] A boa solubilidade conseguida com os solventes selecionados como objeto desta invenção, associados à metodologia aqui descrita, permite:
a) obter uma rápida e eficiente extração de PHA de biomassa de microorganismos,
b) uma instantânea evaporação de quantidade substancial do solvente contido na solução de PHA injetado no fluxo de vapor e expandido numa câmara de evaporação, preferivelmente sob vácuo, onde boa parte do calor sensível, contido a solução de PHA alimentada é recuperado, ao mesmo tempo em que promove a precipitação de PHA em água condensada do vapor que é simultaneamente resfriado pelo vapor que deixa o sistema; este último contendo parte da água submetida pelo vapor injetado e quantidade substancial do solvente então contido na solução de PHA alimentada conjuntamente com o mesmo;
c) para os solventes com solubilidade de PHA igual ou superior a 5% em peso, mediante a utilização de uma etapa conforme descrita no item b, a eliminação de etapas adicionais de resfriamento, cristalização ou precipitação de PHB, e concentração mecânica (ou por membranas), redução acentuada da unidade de evaporação da suspensão de PHB em solvente, ao mesmo tempo em que dispensa a necessidade da adição de um agente insolubilizante (contra-solvente) de PHA;
d) para os solventes cuja solubilidade de PHA está entre
25/30 cerca de 2% e a cerca de 5% em peso, mediante a utilização de uma etapa conforme descrita no item b, a redução do tamanho das unidades de resfriamento, cristalização e precipitação de PHB, e concentração mecânica (ou por membranas), dispensando a necessidade da adição de um agente insolubilizante (contrasolvente) de PHA
e) mediante a ação do vapor, conforme descrito no item b, a rápida evaporação do solvente e precipitação de PHA reduzindo as possibilidades de causar danos ao peso molecular do mesmo, ao mesmo tempo em que remove por ação termo-mecânica, impurezas dissolvidas no solvente de PHA em contato com este, deslocando-as para a fase água; permitindo ainda a obtenção de partículas finamente divididas de PHA o que facilita a remoção de solvente residual e posterior operação de secagem;
f) mediante a ação propulsora do vapor conforme o processo descrito no item b, promover a pulverização da solução de PHA, no fluxo de vapor; e
g) que haja significativa redução das quantidades de solvente em circulação requeridas no processo de extração [0072] de PHA, o que implica em redução proporcional do tamanho de boa parte dos equipamentos que venham a ser utilizados industrialmente, que além de proporcionar uma acentuada redução no consumo de energia elétrica e térmica requerida no processo, permite uma significativa redução dos investimentos no processo de extração e purificação.
EXEMPLOS [0073] EXEMPLO 1 : EXTRAÇÃO E RECUPERAÇÃO DE PHB
UTILIZANDO PROPIONATO DE ISOAMILA COMO SOLVENTE.
[0074] Foram adicionados num balão de destilação de fundo redondo com capacidade 500ml, 50g de biomassa concentrada de
26/30
Alcaligenes eutrophus, contendo 78,4% de matéria seca e 58,8% de PHB com peso molecular de 1.000.000 Da, e 300g de propionato de isoamila. A suspensão foi então submetida, sob agitação, à evaporação do solvente e água, utilizando-se uma manta aquecedora acoplada ao balão de destilação. O vapor binário assim gerado foi encaminhado a um condensador de tubo reto (tipo Liebig) para condensação e o condensado resultante coletado em um recipiente tipo Erlenmeyer. A suspensão foi mantida em processo de evaporação sob agitação até a temperatura de extração ser atingida. A leitura de temperatura foi efetuada através de termômetro de mercúrio fixado em uma das bocas do balão e mantido em contato com a fase vapor no interior do balão. A temperatura de extração foi atingida após decorrer um tempo de evaporação de cerca de 3 minutos, passando a temperatura de ebulição da mistura de cerca de 95°C (temperatura inicial) para cerca de 115°C (temperatura de extração). A suspensão foi então mantida em regime de refluxo de condensado e sob agitação por cerca de 5 minutos, na temperatura de 115°C (temperatura de extração), sendo posteriormente filtrada em papel filtro, ainda a quente, para separação entre a parte insolúvel e a parte dissolvida no solvente filtrado. O material filtrado a quente, contendo cerca de 8,82% (p/p) de PHB solubilizado, foi então resfriado para precipitação do PHB, foi concentrado através de filtração, submetido à evaporação do solvente e posteriormente a secagem.O PHB obtido, apresentou um peso molecular de cerca de 558.000 Da. A quantidade de biomassa concentrada, utilizada para os ensaios, foi de cerca de 2,0 a 3,5 vezes maior que à quantidade necessária para atingir-se a concentração de saturação de PHB no solvente, na temperatura
27/30 de extração utilizada. Deste modo pôde-se determinar a concentração de saturação do soluto (PHB) no solvente (acetato de isoamila) para a temperatura de extração empregada.
[0075] EXEMPLO 2 : EXTRAÇÃO E RECUPERAÇÃO DE PHB UTILIZANDO BUTIRATO DE PROPILA COMO SOLVENTE.
[0076] Foram adicionados num balão de destilação de fundo redondo com capacidade 500ml,50g de biomassa concentrada de Alcaligenes eutrophus, contendo 78,4% de matéria seca e 58,8% de PHB com peso molecular de 1.000.000 Da, e 300g de butirato de propila. A suspensão foi então submetida, sob agitação, à evaporação do solvente e água, utilizando-se uma manta aquecedora acoplada ao balão de destilação. O vapor binário assim gerado foi encaminhado a um condensador de tubo reto (tipo Liebig) para condensação e o condensado resultante coletado em um recipiente tipo erlenmeyer. A suspensão foi mantida em processo de evaporação sob agitação até a temperatura de extração ser atingida. A leitura de temperatura foi efetuada através de termômetro de mercúrio fixado em uma das bocas do balão e mantido em contato com a fase vapor no interior do balão. A temperatura de extração foi atingida após decorrer um tempo de evaporação de cerca de 3 minutos, passando a temperatura de ebulição da mistura de cerca de 98°C (temperatura inicial) para cerca de 120°C (temperatura de extração). A suspensão foi então mantida em regime de refluxo de condensado e sob agitação por cerca de 5 minutos, na temperatura de 120°C (temperatura de extração), sendo posteriormente filtrada em papel filtro, ainda a quente, para separação entre a parte insolúvel e a parte dissolvida no solvente filtrado. O material filtrado a
28/30 quente, contendo cerca de 3,0% (p/p) de PHB solubilizado, foi então resfriado para precipitação do PHB, foi concentrado através de filtração, submetido à evaporação do solvente e posteriormente a secagem. O PHB obtido apresentou um peso molecular de cerca de 638.000 Da. A biomassa concentrada, utilizada para os ensaios, foi adicionada em excesso de cerca de 2,0 a 3,5 vezes maior que à quantidade necessária para atingir-se a concentração de saturação de PHB no solvente, na temperatura de extração utilizada. Deste modo pôde-se determinar a concentração de saturação do soluto (PHB) no solvente (acetato de isoamila) para a temperatura de extração empregada.
[0077] EXEMPLO 3 : EXTRAÇÃO E RECUPERAÇÃO DE PHB DE BIOMASSA SECA, UTILIZANDO VALERATO DE ISOAMILA COMO SOLVENTE.
[0078] Foram adicionados num balão de destilação de fundo redondo com capacidade 500m, 50g de biomassa concentrada de Alcaligenes eutrophus, contendo 78,4% de matéria seca e 58,8% de PHB com peso molecular de 1.000.000 Da, e 300g de valerato de isoamila. A suspensão foi então submetida, sob agitação, à evaporação do solvente e água, utilizando-se uma manta aquecedora acoplada ao balão de destilação. O vapor binário assim gerado foi encaminhado a um condensador de tubo reto (tipo Liebig) para condensação e o condensado resultante coletado em um recipiente tipo erlenmeyer. A suspensão foi mantida em processo de evaporação sob agitação até a temperatura de extração ser atingida. A leitura de temperatura foi efetuada através de termômetro de mercúrio fixado em uma das bocas do balão e mantido em contato com a fase vapor no interior do balão. A temperatura de extração foi atingida após decorrer um tempo de evaporação de cerca de
29/30 minutos, passando a temperatura de ebulição da mistura de cerca de 98°C(temperatura inicial) para cerca de 130°C (temperatura de extração). A suspensão foi então mantida em regime de refluxo de condensado e sob agitação por cerca de 10 minutos, na temperatura de 130°C (temperatura de extração), sendo posteriormente filtrada em papel filtro, ainda a quente, para separação entre a parte insolúvel e a parte dissolvida no solvente filtrado. O material filtrado a quente, contendo cerca de 27,8% (p/p) de PHB solubilizado, foi então resfriado para precipitação de PHB, foi concentrado através de filtração, submetido à evaporação do solvente e posteriormente a secagem.O PHB obtido, apresentou um peso molecular de cerca de 735.000 Da. A biomassa concentrada, utilizada para os ensaios, foi adicionada em excesso de cerca de 2,0 a 3,5 vezes maior que à quantidade necessária para atingir-se a concentração de saturação de PHB no solvente, na temperatura de extração utilizada.
[0079] Deste modo pôde-se determinar a concentração de saturação do soluto (PHB) no solvente (acetato de isoamila) para a temperatura de extração empregada.
[0080] EXEMPLO 4 : EXTRAÇÃO E RECUPERAÇÃO DE PHB DE BIOMASSA SECA, UTILIZANDO ISOAMILATO (3-METIL-1-BUTANOATO) DE ISOAMILA (3-METIL-1-BUTANOL) COMO SOLVENTE.
[0081] Foram adicionados num balão de destilação de fundo redondo com capacidade 500ml, 50g de biomassa concentrada de Alcaligenes eutrophus, contendo 78,4% de matéria seca e 58,8% de PHB com peso molecular de 1.000.000 Da, e 300g de isoamilato de isoamila. A suspensão foi então submetida, sob agitação, à evaporação do solvente e água, utilizando-se uma manta aquecedora acoplada ao balão de destilação. O vapor
30/30 binário assim gerado foi encaminhado a um condensador de tubo reto (tipo Liebig) para condensação e o condensado resultante coletado em um recipiente tipo erlenmeyer. A suspensão foi mantida em processo de evaporação sob agitação até a temperatura de extração ser atingida. A leitura de temperatura foi efetuada através de termômetro de mercúrio fixado em uma das bocas do balão e mantido em contato com a fase vapor no interior do balão. A temperatura de extração foi atingida após decorrer um tempo de evaporação de cerca de 3 minutos, passando a temperatura de ebulição da mistura de cerca de 98°C (temperatura inicial) para cerca de 125°C (temperatura de extração). A suspensão foi então mantida em regime de refluxo de condensado e sob agitação por cerca de 10 minutos, na temperatura de 125°C (temperatura de extração), sendo posteriormente filtrada em papel filtro, ainda a quente, para separação entre a parte insolúvel e a parte dissolvida no solvente filtrado. O material filtrado a quente, contendo cerca de 18,8% (p/p) de PHB solubilizado, foi então resfriado para precipitação do PHB, foi concentrado através de filtração, submetido à evaporação do solvente e posteriormente a secagem.O PHB obtido, apresentou um peso molecular de cerca de 575.000 Da. A biomassa concentrada, utilizada para os ensaios, foi adicionada em excesso de cerca de 2,0 a 3,5 vezes maior que à quantidade necessária para atingir-se a concentração de saturação de PHB no solvente, na temperatura de extração utilizada. Deste modo pôde-se determinar a concentração de saturação do soluto (PHB) no solvente (acetato de isoamila) para a temperatura de extração empregada.
Claims (14)
1. Processo para extração e recuperação de polihidroxialcanoatos (PHAs) a partir de uma biomassa celular bacteriana, dita biomassa sendo obtida por fermentação, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de:
i) submeter a biomassa celular, na forma de suspensão aquosa, utilizando micro-organismos capazes de biosintetizar PHA a partir de açúcares extraídos de cana-de-açúcar, a operações concomitantes de injeção de um solvente de PHA, de agitação vigorosa e de aquecimento rápido a uma temperatura entre 90°C e a temperatura de ebulição do solvente à pressão substancialmente atmosférica no interior de um reator, de modo a provocar o rompimento da parede das células da biomassa e a dissolução do PHA contido nessa última, e a formar uma suspensão compreendendo solvente de PHA enriquecido com o PHA dissolvido em uma concentração de pelo menos 2% em peso da suspensão e resíduos insolúveis da biomassa celular, sendo que o solvente de PHA utilizado é selecionado a partir do grupo de solventes consistindo: de propionato de etila, propionato de isopropila, propionato de isoamila, propionato de caproíla (ou hexila) e misturas desses solventes; de butirato de metila, butirato de propila, butirato de isopropila, butirato de isoamila, butirato de pentila (amila), butirato de caproíla (ou hexila) e misturas desses solventes; de valerato de propila, valerato de isopropila, valerato de butila, valerato de isobutila, valerato de isoamila (3-metil-1-butila), valerato de pentila (amila) e valerato de caproíla (ou hexila) e misturas desses solventes; e de isoamilato de metila (isovalerato)(3-metil-1butanoato de metila), isoamilato de etila (3-metil-1
2/5 butanoato de etila), isoamilato de propila (isovalerato) (3metil-1-butanoato de propila), isoamilato de isopropila (isovalerato) (3-metil-butanoato de isopropila), isoamilato de butila (3-metil-1-butanoato de butila), isoamilato de isobutila (3-metil-1-butanoato de isobutila), isoamilato de isoamila (isovalerato) (3- metil-1-butanoato de isoamila), isoamilato de pentila (amila) (3- metil-1-butanoato de pentila ou de amila) e isoamilato de caproíla (isovalerato) (hexila); e misturas desses solventes, garantindo uma solubilidade do PHA nos solventes de pelo menos 5% em peso;
ii) submeter à suspensão formada no reator, a uma etapa de separação para recuperar o solvente, enriquecido com o PHA dissolvido, a partir dos resíduos insolúveis da biomassa celular remanescente;
iii) submeter à solução de solvente de PHA, enriquecida com PHA à operações de agitação e lavagem com água e/ou vapor em uma temperatura de 45°C e a temperatura ambiente para prover a remoção, por evaporação, de substancialmente todo solvente de PHA e a precipitação do PHA, de modo a formar uma suspensão compreendendo o PHA precipitado em água e solvente remanescente;
iv) submeter à suspensão de PHA precipitado à evaporação do solvente remanescente até o esgotamento deste, através da injeção de vapor d'água na dita suspensão de PHA, de modo a obter partículas de PHA purificadas com peso molecular na faixa de 400.000 a 800.000 Da, a partir da suspensão aquosa;
v) resfriar a suspensão em meio aquoso, a partir da qual foi esgotado o solvente de PHA, até 45°C ou menos e separar as partículas de PHA da referida suspensão; e vi) submeter às partículas de PHA separadas a uma etapa de
3/5 secagem.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do PHA ser selecionado do grupo definido por poli3-hidroxibutirato (PHB), poli (hidroxibutirato-cohidroxivalerato) PHBV e misturas desses polímeros e copolímeros.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o principal insumo energético utilizado para gerar a energia térmica e a energia elétrica requeridas pelo processo é o bagaço de cana-de-açúcar.
4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a etapa de injeção de solvente na suspensão de biomassa celular compreender operações de injeção de solvente de PHA líquido e de solvente de PHA na forma de vapor, de modo a provocar o aquecimento da biomassa celular a uma temperatura entre 90°C e a temperatura de ebulição do solvente à pressão substancialmente atmosférica e a formar: uma fase líquida compreendendo solvente de PHA enriquecido com PHA e água remanescente da biomassa celular; uma fase sólida definida pelos resíduos insolúveis da biomassa celular residual; e uma fase vapor contendo vapores de água e de solvente de PHA.
5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a remoção do solvente da solução de PHA ser realizada em uma câmara de evaporação, mediante pulverização direta da solução de PHA num fluxo de vapor, seguida da precipitação de PHA na mistura de água e solvente condensados.
6. Processo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o vapor utilizado para remoção de solvente
4/5 da solução de PHA, por evaporação através da injeção direta da solução num fluxo de vapor, ser um vapor superaquecido em relação à pressão de operação na câmara de evaporação.
7. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de a remoção do solvente da solução de PHA ser realizada pela injeção direta da solução num fluxo de vapor e na câmara de evaporação mantida a pressão inferior à pressão atmosférica.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de a remoção do solvente da solução de PHA ser realizada pela injeção direta da solução num fluxo de vapor e na câmara de evaporação mantida a pressão substancialmente atmosférica.
9. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado
pressão inferior à pressão atmosférica.
10. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de a remoção do solvente da solução de PHA ser realizada pela injeção direta da solução em água e vapor e aquecida a uma temperatura entre 90°C e a temperatura de ebulição do solvente à pressão substancialmente atmosférica.
11. Processo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de o solvente de PHA formar com água, na fase vapor, uma mistura binária.
12. Processo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de a injeção de solvente na biomassa celular compreender operações de injeção de solvente de PHA líquido e de solvente de PHA na forma de vapor, de modo a provocar o
5/5 aquecimento da biomassa celular.
13. Processo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de compreender a etapa adicional de extrair a fase vapor contendo substancialmente a maior parte de água introduzida do interior do reator através da biomassa.
14. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a biomassa celular ser proveniente de microorganismos de ocorrência natural ou geneticamente modificada.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| B15K | Others concerning applications: alteration of classification |
Ipc: C12P 7/62 (2010.01), C08G 63/89 (2010.01) |
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| B06F | Objections, documents and/or translations needed after an examination request according [chapter 6.6 patent gazette] | ||
| B06A | Patent application procedure suspended [chapter 6.1 patent gazette] | ||
| B09B | Patent application refused [chapter 9.2 patent gazette] |
Free format text: INDEFIRO O PEDIDO DE ACORDO COM O(S) ARTIGO(S) 24 E 25 DA LPI. |
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| B12B | Appeal against refusal [chapter 12.2 patent gazette] | ||
| B16A | Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette] |
Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 10 (DEZ) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 24/12/2019, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS. |