BRPI0709013A2 - método para produção industrial de biocatalisadores com material bioativo na forma de enzimas imobilizadas, ou microorganismos imobilizados em álcool polivinìlico gel ,e seu uso, e dispositivos para sua produção - Google Patents

Abstract

Métodp para Produção Industrial dc Biocatalisadores com Material Bioativo na Forma de Enzimas Imobilizadas, ou Microorganismos Imobilizados em álcool Polivinílico Gel, e seu uso, e Dispositivos para sua Produção sendo um método para a produção industrial de biocatalisadores com material biologicamente ativo na forma de enzimas ou microorganismos imobilizados que são imobilizados no álcool polivinílico gel, e uso dos mesmos com base no fato de que o material biológico ativo, formado pela mistura de catalisador enzimático nativo livre ou pré-tratado (agregado), ou microorganismo de produção, ou parte dos mesmos, e o álcool polivinílico gel, é usado para sua produção industrial, a mistura é gelificada e modelada em uma corrente dear de secagem à temperatura de 80<198>C a 15<198>C, considerando a extensão do material biologicamente ativo, à proporção geométrica de biocatalisador da superficie para o volume mantida maior que 7 mm<syn>, e consequentemente os biocatalisadores assim preparados podem ser cultivados ou armazenados e em seguida usados em processos bioteenológicos nas condições, que garantem ao processo bioteenológico dado maior produtividade, maior estabilidade de produção e enzimática, uso prolongado e repetido ou controle delinível do processo com consequente separação fácil do biocatal isador.Dispositivo de produção industrial, que proporciona otimização do volume de carreador biológico e da superfície dependendo da extensão de material biologicamente ativo, consistindo em um mecanismo de modelagem (17) montado na frente de um canal de secagem (2), através do qual passa uma correia transportadora continua (1), é equipado com pelo menos um cabeçote de modelagem (17) com duas séries de injetores de agulha demodelagem conectados a um tanque de pressão temperado (15) e um compressor (16), a correia transportadora (1) e um sistema de secagem - a fonte (4) de ar de secagem, que é soprado por meio de um ventilador para dentro de um sistema de distribuição de ar (6) com elementos de aquecimento incorporados (5), que atinge o canal de secagem superior (2), e depois o canal de secagem final inferior (3) e um tanque de reentumescimento (7), entre os quais está montado um dispositivo de limpe/a e coleta (9), projetado com base em limpeza mecânica e enxague de alta pressão, que é conectado a uma tubulação com uma bomba de alta pressão integrada (10) e uma bomba de baixa pressão (11) que atingem um reservatório de coleta (8) com resfriamento e depois uma caixa de enxague (13) para limpeza final da correia transportadora continua (1) por jatos conectados à bomba de baixa pressão (14), que é conectada a um tanque de enxague (12) por tubulação.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "Método paraProdução Industrial de Biocatalisadorcs com Material Bioativo naForma de Fnzimas Imobilizadas, ou MicroorganismosImobilizados em Álcool Polivinílico Gel, c seu uso, c Dispositivospara sua Produção"

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se ao método para produção industrialde biocatalisadores com material bioativo na forma de enzimasimobilizadas, ou microorganismos imobilizados em álcoolpolivinílico gel, c ao uso dos mesmos, c também a um dispositivode produção industrial, quer permite a otimização do volume e daárea de um carreador biológico conforme a extensão do materialbiologicamentc ativo, que inclui um mecanismo de modelagemsituado na frente de um canal de secagem, através do qual passa acorreia transportadora contínua.

Fundamentos da Invenção

A encapsulação de microbactérias usando um carreador do tipoálcool polivinílico ou um carreador do tipo poliuretano éconhecida no campo. O método para a produção de umbiocatalisador com material biologicamentc ativo na forma demicroorganismos, enzimas, esporos e/ou células, que sãocolocados em álcool polivinílico gel (chamado de "PVA-gcl" notexto a seguir) está apresentado na patente CZ 249 1 79. PVA-gclcomo gel carreador para material biologicamentc ativo é altamenteadequado para a produção de catalisadores químicos oubiológicos. O corpo do gel produzido de acordo com este métodoapresenta maior estabilidade mecânica em comparação com oscorpos de gel já conhecidos, particularmente cm lermos deresistência à abrasão c resistência à tração. Devido às propriedadesmecânicas melhoradas acima mencionadas, é possível a produçãode um corpo de gel no formato de uma lente reativa ecineticamente adequada. Assim o corpo de gel produzido é firme cresistente à abrasão por mais de vários meses, mesmo comagitação de alta revolução, comparado com aqueles já conhecidos.

Devido ao formato lcnticular caracterizado por um diâmetrogrande c uma altura baixa, material fisicamente, quimicamcntc oubiologicamcnte ativo está sempre situado logo abaixo dasuperfície, o que proporciona sua disposição reativa ccincticamcntc útil. Os procedimentos biotccnológicos, queutilizam PVA-gcl como carrcador de material biologicamcnteativo, são conhecidos no campo.

As utilizações dos carreadorcs mencionados acima no processo deremoção de nitrogênio de águas servidas são conhecidas. I aisutilizações estão descritas, por exemplo, nos documentosKP0758680 (derivados de celulose porosa), W009508513 (álcoolpolivinílico, vermiculita, poliurctano) e CNl076488 (álcoolpoli vinil ico). Os carreadorcs mencionados são usados(geralmente) na imobili/ação de lama ativada, que geralmente cantes enriquecida de várias maneiras, cm particular com bactériasnitrificantcs (vide, por exemplo, os processos PIiGASUS ouPIiG AZU R), mas também diretamente na imobilização debactérias nitrificantcs ou desnitrificantes puras. Como mencionadona literatura, uma característica muito importante de um carrcadoré a extensão de sua superfície específica em relação ao volume dcum reator, ou mais precisamente em relação ao volume das águasservidas efetivamente processadas. Isto é, este parâmetro estádiretamente relacionado com o tamanho do reator c com o tempode permanência das águas servidas no reator, porque ele pode serinfluenciado cm particular pela quantidade (ou mais precisamente,pelo peso ou volume) dc um carrcador com a superfície específicadada que é colocada em um reator. Por exemplo, o processo deremoção de poluição de nitrogênio por meio de bactériaimobilizada em um carrcador do tipo polictileno glicol (PIiG) noformato dc tabletes com dimensões geométricas S/V = 3 e 2, tornapossível atingir uma taxa de remoção dc nitrogênio de 0,34 kg/m3a 1,14 kg/mJ por dia com um teor de 2% p/v de biomassa molhadade lama ativada em um carreador. (T. Sumino, II. Nakamura, N.Mori, Y. Kawaguchi: Immobilization of Nitrifying Bactéria byPolyethylene Glycol Prepolymer, Journal of Fermentation andBiocnginccring, 73(1), 37-42, 1992.)A vantagem da fermentação bacteriana é seu modo anaeróbico, epor conseguinte a simplicidade dos dispositivos de cultura cmenores exigências de esterilidade. Bactérias do gêneroLaclobacillus, que convertem um substrato de sacarose (glicose,sacarose, lactose) à temperatura de 30°C a 40°C em ácido lácticocom diferentes teores da forma de ácido L(+)-, D(-)- e DL deacordo com as propriedades do produtor, são principalmenteusadas para produção industrial.

A imobilização de microorganismos por encapsulação em géiscarrcadores é um dos métodos que proporcionam a biomassaconcentrando cm ura reator sem crescimento da biomassa em ummeio completamente fermentado. Este método consiste cmencerrar células em cápsulas de géis naturais ou sintéticos. Ascélulas devem ser maiores que os poros do carreador para que nãoocorra liberação das células, enquanto que ao mesmo garante alivre difusão de um substrato e produtos para as célulasencapsuladas.

A imobilização dc bactérias lácticas em diferentes carreadores já éconhecida. Antes dc mais nada, estas são carrageninas, peclatos,alginatos dos géis naturais (Norton, S. et al.: Enzyme MierobialTeehnol 16, 457-466, 1994; Richter, K. et al.: Aeta Bioteehnol. 11,229-341, 1991; Yan, J. et al.: Chem. Bioehem. Eng. Q. 15 (2), 59-63, 2001) e poliacrilamida dos carreadores sintéticos (Tuli, A. etal.: Enzyme Mierobial Teehnol. 7, 164-168, 1985). Osimobilizados são produzidos na forma dc bolas com diâmetro de 3mm a 5 mm, geralmente por gotejamento do gel relevante cm umasolução endurecedora. No entanto, a desvantagem de tais métodosé que o formato de bola dos imobilizados causa limitações dedifusão no interior das bolas. O volume de gel total não é usado ecomo conseqüência, os microorganismos só crescem sob asuperfície da bola.

No entanto, a extensão da superfície específica (geométrica) deum carreador em relação ao seu volume, ou mais precisamente, aoseu formato e medidas, é um parâmetro co-essencial,particularmente por motivos econômicos. Os carreadores, cujoformado sc aproxima de uma bola ou cilindro, onde o diâmetroinferior (d) e a altura (h) tem aproximadamente o mesmo valor,ainda são usados para remover nitrogênio de água de esgoto porcélulas imobilizadas. O valor mínimo da medida do carreador pararemover nitrogênio de água de esgoto é 1 mm. Os carreadoresgeralmente usados medem 3 mm, o que significa que a proporçãoda superfície para o volume do carreador (S/V) assume valores deaproximadamente 2 mm"1 a 6 mm"1. Se for usado um carreador noformato de lente ou no formato de tira, menos biocatalisador podeser usado em comparação com os processos atuais que usam ascélulas imobilizadas para remoção de compostos de nitrogênio daágua potável, de águas industriais e de águas servidas, até mesmona mesma intensidade ou em uma intensidade maior do processo.

Um outro uso alternativo de um gel carreador em processosbiotccnológicos é no método para produção de ácido láctico. Iistcácido é bastante usado, particularmente na indústria alimentícia,farmacêutica e química, entre outras. O ácido láctico é produzidopor um grande número de microorganismos, mas principalmentepor fungos e bactérias filamentosos. Dos fungos filamentosos,Rhizopsus arrhizuz, ou oryzae é um bom produtor de ácidoláctico. Sua indiscutível vantagem, comparada com as bactérias, éo fato de que ele produz apenas ácido L(+). No entanto, o modo defermentação é aeróbico (altas exigências de preparação em arestéril). O modo aeróbico dos fungos filamentosos pode ser umavantagem no caso de preparação direta de sais de cálcio do ácidoláctico, durante a qual podem ocorrer prolongamento defermentação e redução de rendimentos como resultado deneutralização ineficiente (agitação fraca) no caso de carbonato decálcio (Mattcy M.: Criticai Reviews in Biotechnology 12, 87-132, 1992).

Um outro método adequado de imobilização é o encapsulação debactérias lácticas em um álcool polivinílico gel. Este métodoapresenta numerosas vantagens em relação a outros carreadores.Antes de mais nada ele é barato, atóxico para os microorganismos,dificilmente biodegradável, possui propriedades físico-mecânicascxcclcntcs, não tem efeitos colaterais nos microorganismos eapresenta estabilidade a longo prazo (Pat. DE 198 27 552.8).Alem disso, a imobilização de células pelo método de acordo coma invenção acima mencionada é conveniente para omicroorganismo produtivo (assegura uma alta viabilidade domicroorganismo depois da imobilização e um alto índice demicroorganismos sobreviventes depois do procedimento deimobilização), porque a reticulação da matriz ocorre cm umacorrente de ar de secagem e assim substitui os procedimentosatualmente usados de reticulação por congelamento (Pat. DIi 4327 923) ou endurecimento em um sistema com ácido bórico (Pat.US 5 290 693). Além disso, o formato de lente dos imobilizadosassegura carga ótima do volume total do carrcador para ocrescimento de microorganismos e a produção de ácido láctico.

Os imobilizados preparados por este método podem ser usadosrepetidamente cm modos de operação de fermentação intcrmitcnie,semi-contínua c contínua.

Sabe-se de modo geral que as leveduras Saccharomyces cerevisiaeou outros microorganismos tipo levedura, que são capazes deconverter glicose e outros sacarídeos em ctanol durante o processode fermentação, são tradicionalmente usadas para a produção dectanol. Esta fermentação constitui a base da produção de cervejase vinhos mas também o princípio da produção de ctanol para finsindustriais, alimentícios e combustível. Recentemente, foiobservado um crescente interesse em tecnologias que utilizambactérias como produtores de ctanol. Zymomonas mobilis é umdos produtores bacterianos de ctanol. Ela é um microorganismogram-negativo facultativamente anaeróbico. Hla apresenta diversasvantagens cm relação a leveduras: crescimento mais rápido debiomassa (porém produção geralmente mais baixa de biomassa),taxas específicas mais altas de utilização de substrato c criação deproduto, não precisa de um suprimento de oxigênio monitorado cproduz menos metabólitos colaterais. Ela metaboliza glicose efruto se pela via de Entner-Doudoroff, que normalmente ocorrecom microorganismos anaeróbicos. Nesta via metabólica um moIde glicose e convertido em 2 moles de etanol, 2 moles de CO2 eum mol de ATP. Ksta via metabólica minimiza a quantidade deglicose transformada em biomassa e dessa maneira aumenta aprodução de etanol. O rendimento real (g álcool/g glicose)aumenta para 0,49 com bactérias, c normalmente é de 0,44 comleveduras).

A fermentação com o auxílio de células de Zymomonas mobilislivres pode ocorrer em modos de operação intermitente, semi-contínuo c também contínuo (Rogers P.L., Tribe D.K.: Pat. IJS4403034; Rogcrs P.L., et al., Pat. US 4443543; Salzbrunn W., etal., Pat. IJS 4876196; BuMock J. D., Pat. GB 2075053).Até hoje, o interesse de pesquisa se concentrou no aumento daprodutividade do microorganismo e na modificação da disposiçãodos dispositivos de fermentação com várias inovações; porexemplo reciclagem das células, o uso de microorganismosHoculantes etc. (Arcuri E.J., et al., Pat. US 4413058; Rogers P.L.,et al., Pat. US 4443544).

O produto da fermentação (etanol) é acumulado cm um meiolíquido c é isolado quase que totalmente por destilação. Édesejável durante o isolamento do produto reduzirconsideravelmente o teor de biomassa por sedimentação,centrifugação, filtração c outros, sem considerar a disposição e atecnologia usadas. Um teor elevado de insolúveis aumenta asexigências de energia de destilação, causa problemas tecnológicos(cntupimento do aparelho de destilação, espumação etc.), aumentaas exigências de manutenção e também pode influenciar aqualidade do produto. Por outro lado, deve-se obter eficiênciamáxima da produção de etanol. A taxa de produção de etanol édiretamente proporcional à quantidade de biomassa cm umfermentador. Isto significa que com condições constantes, um teoraumentado de biomassa provoca redução do tempo necessáriopara a produção de uma dada quantidade de etanol.

Um dos métodos que possibilita a concentração de biomassa emum reator sem crescimento de biomassa em um meiocompletamente fermentado é a imobilização de microorganismospor cncapsulação em géis carreadores. liste método baseia-se naencapsulação de células em cápsulas de gel natural ou sintético. Otamanho das células deve ser maior que o tamanho dos poros deum carreador para que não ocorra liberação das células, mas queao mesmo garante a livre difusão de um substrato e produtos paraas células cncapsuladas.

A imobilização de bactérias do gênero Zymomonas em diferentescarreadores já é conhecida. Antes de mais nada, estas sãocarragcninas c alginatos dos géis naturais (Cheetham P.S.J., Pat.US 4393136; Chibata 1., Pat. US 4350765; Kikuta M., Pat. IJS5990191; Yamada T., et al„ Pat. US 4680263) e poliacrilamidados carreadores sintéticos (Yamada T., et al., Pat. US 4680263;Chectham P.S.J., Pat. US 4393136). Os imobilizados geralmentesão produzidos na forma de bolas com diâmetro de 3 mm a 5 mm,principalmente por gotejamento do gel relevante em uma soluçãocndurecedora. No entanto, a desvantagem de tal método é que oformato de bola dos imobilizados causa limitações de difusão nointerior das bolas. O volume de gel total não é usado para carga decélulas e como conseqüência, os microorganismos só crescem soba superfície da bola de carreador, c não carrega o volume total damatriz.

Um método de imobilização adequado é a encapsulação dabactéria Zymomonas mobilis em álcool polivinílico gel. Ivstcmétodo possui inúmeras vantagens cm relação aos outroscarreadores. Antes de mais nada, ele é barato, atóxico para omicroorganismo, dificilmente biodegradável, possui propriedadesfísico-mccânicas excelentes, não tem efeitos colaterais nomicroorganismo e apresenta estabilidade a longo prazo (Pat. DH198 27 552.8). Além disso, a imobilização de células pelo métodode acordo com a invenção acima mencionada é conveniente para omicroorganismo produtivo (assegura uma alta viabilidade domicroorganismo depois da imobilização e um alto índice demicroorganismos sobreviventes depois do procedimento deimobilização), porque a reticulação da matriz ocorre cm umacorrente de ar de secagem e assim substitui os procedimentosatualmente usados de reticulação por congelamento (Pat. DE 43 27923) ou endurecimento em um sistema com ácido bórico (Pat. US5290 693). Além disso, o formato de lente dos imobilizadosassegura utilização ótima do volume total do carreador para ocrescimento de microorganismos e a produção de etanol. Osimobilizados preparados por este método podem ser usadosrepetidamente em modos de operação de fermentação intermitente,semi-contínua e contínua.

Usando o formato de bolas dos imobilizados, a produção de etanolfoi de 77mgclan0|/mlge|/h com o auxílio de Zymomonas mobilisimobilizada cm carragcnina, com 10% em peso do meio deglicose, cm um reator intermitente de 500 ml enchido com 20 mlde imobilizados com um diâmetro dos imobilizados de 4 mm euma temperatura de 30°C, (Chibata I., Pat. US 4350765). Quandoo produtor foi imobilizado em alginato de sódio, onde o peso dacélula molhada nos imobilizadas compreendia 20 % ww/v (ww -peso da célula molhada, corresponde a 1/5 do peso da célula seca),a produtividade nas mesmas condições foi de 0,49 getanoi /gww/h emum sistema intermitente, que depois de novo cálculo correspondea 98 mgetan0|/mlge|/h, e no modo contínuo foi de 0,47 gelan0] Zgvvvv/h,que depois de novo cálculo corresponde a 94 mgetan0| /ml„C| /h(Uheetham P.S.J., Pat. US 4393136).

Um uso alternativo de um gel carreador em processosbiotccnológicos é no método de produção de glicose e frutose como auxílio da enzima invertasc imobilizada. A sacarosc é umdissacarídeo de armazenamento presente principalmente nabeterraba e na cana-de-açúcar. Ela é usada na indústria alimentíciae também como substrato em processos de fermentação. Eila écomposta do monossacarídeo glicose e frutose. A sacarose forneceestes monossacarídeos por meio de hidrólise, por exemplo porhidrólisc cnzimática usando a enzima invertase. Seu uso resulta nacriação de uma mistura de glicose e frutose (açúcar invertido) que,comparada com a sacarose não hidrolisada, oferece inúmerasvantagens: produção reduzida de turvação dos cristais, maiordoçura e utilidade em processos de fermentação.Na prática industrial, preparações cnzimáticas de invertase, quenão são recicláveis, são usadas para hidrólise de sacarosc. liste é omotivo pelo qual a enzima se torna um dos itens mais econômicosna produção de xaropes de glicose-frutose. O método deimobilização adequada para essa enzima proporciona múltiplo usoda mesma, c além disso, é possível fazer todo o processo deprodução de forma contínua e com isso aumentarconsideravelmente sua eficiência. A técnica usada com maisfreqüência é a reticulação. Os agentes de reticulação maiscomumente usados são poliamida (Sou M. et al. JP58086085,Rohrbach R.P. et al. US 426842), glutaraldeído (Lee D.M et al.US 4749653), polímeros com grupos carboxil não combinados(Mauz O. US 4767620), polímeros com grupos epóxido (Mau/ O.US 4931476), imobilização em betumes de foto-reticulação(Kunihiro 1. JP55023941) e embutimento em várias matrizes coma ajuda de um agente de reticulação, tal como imobilização cmbolas de vidro com a ajuda de glutaraldeído. (Toshiyuki Y. et al.JP58179494). Outros métodos são a ligação covalente de invertasea partículas de sílica gel com a ajuda de glutaraldeído (ThibaultΡ.Λ. UP 0231668), ligação covalente com a ajuda de ligaçõesdissulfeto a carreadores orgânicos e inorgânicos (Cormier R.A. etal. US 4176006), ligação covalente com a ajuda de organossilano(Ho G.U. et al. US 4384045), ligação covalente com a ajuda dedialdeído a materiais de celulose e lignino (Monsan P. US4405715) e ligação covalente à dialquilaminoalquil celulose(Lapins Ch. D. et al. US 4933284). Λ invertase também foiimobilizada por adsorção; por exemplo em uma matriz de ossos deanimais (Findlay Ch. J. US 5037749). Um outro método é acncapsulação de lisados celulares com alta atividade de invertasecm alginato gel (Obana II. et al. JP 57163484, Chang II. N. et al.US 5766907) ou em polímeros de poliuretano (Hartdegen F.J. etal. US 4098645). Técnicas combinadas, tais como por exemploadsorção de uma enzima cm algodão tratado com polietilenoiminae subsequente reticulação por glutaraldeído (Yamazaki U. et al.CA1203187) também têm utilidade prática.O uso dc PVA (álcool polivinílico gel) parece ser uma alternativamuito boa. A invertase foi imobilizada com sucesso em umcarrcador com um centro sólido coberto com PVA gel (Yamamoto11. c koet al. JP2005042037). Foto-reticulação de PVA misturadocom polictileno glicol também foi usada para ligação covalcntc eencerramento da invertase (Ichimura K. JP 58152483, Suchiro Ύ.et al. JP 1252285, Izumida II. et al. JP 1071491). Uma matriz dePVA também pode ser rcticulada por ácido bórico, enquanto que ainvertase é encapsulada no gel (Guocheng Ch. et al. CN 1076488),ou por secagem (Ishimura F et al. US 4727030). Também foramusados outros métodos combinados com reticulação (Tsutsumi S.et al. JP 2046288), ou com a adição de vinil acetato (Moriya T. etal., JP 56113290), vinil amina (Moriya T. et al., JP 561 13292), ouPVA aminoacctalizado ('Yamauchi A. et al. US 4307151).

Um uso alternativo de um gel carreador em processosbiotccnológicos é no método de produção de glicose a partir deamido com a ajuda da enzima glicoamilase imobilizada. Amido, amatéria dc armazenamento nutritivo das plantas, é uma dasprincipais fontes dc glicose na indústria alimentícia c também naindústria dc fermentação. O amido compreende dois tipos dcmoléculas: amilase e amilopectina. A amilase, no milho porexemplo, representa 10 % do amido total. Ela compreende até1000 unidades glicose, ligadas por ligações a-l,4-glicosvdeo. Osoutros 90% representam amilopectina na qual, além das ligaçõesα-1,4-glicosídeo, também estão incluídas ligações a-1,6-glicosídeo. O número dc unidades glicose na cadeia é de até10 000.

O processo de pré-tratamento da matéria-prima amido para uso emprocessos de fermentação consiste em duas etapas. Na primeiraetapa, a liquefação do amido acontece com a ajuda da endoenzimaot-amilasc, que aleatoriamente dissocia as ligações oc-1,4-glicosídeo a uma alta temperatura. Esta reação causa a formaçãode dextrinas e oligossacarídeos inferiores com diferentescomprimentos de cadeia.

Na segunda etapa, as dextrinas e os oligossacarídeos sãodissociados da extremidade não-redutora pela exoenzimaglicoamilase formando unidades glicose. A glicoamilase dissociaambas as ligações a-1,4- e a-l,6-glicosídeo. No entanto, asligações oc-l,6-glicosídeo são hidrolisadas a uma taxa muito maisbaixa. A taxa da hidrólisc também depende do comprimento decadeia.

Na prática industrial, é usado de 1 1 a 1,2 1 de preparação daenzima glicoamilase, que não é rcciclável, por tonelada de amido.

A imobilização adequada dessa enzima permite seu múltiplo uso,com a possibilidade de fazer todo o processo contínuo. Foi obtidoum aperfeiçoamento significativo com a imobilização dessaenzima por rcticulação com um agente, tal como poliamina(Symon et al. US 4415663, Lanlcro et al. US 5472861, DcfilippiUS 4343901, Rohrbach et al. US 4268423), glutaraldcído (Lee etal. US 4749653, Nishimura et al. US 4888285, Rorvah et al. K.R.8601229), agentes acrílicos ou alílicos (Boross et al. US 4794083,Sclcmcnev et al. RU 2204600), por meio do que a enzima éancorada cm uma matriz inorgânica ou orgânica. O uso demétodos de adsorção (Abdullah et al. US 4226937, Kumakura etal. JP 61060700, Motai et al. J.P. 59232092, Selemcncv et al. R.U.2181770, Kimura et al. J.P. 63056297), e também reatores demembrana com glicoamilase imobilizada (Thomas et al. US5130237) parece ser adequado. Lncapsulação, cujo materialbiológico é cncapsulado cm uma estrutura de gel e é usadoprincipalmente para imobilização de microorganismos, estátotalmente ausente durante a imobilização da glicoamilase. Noentanto, sem rcticulação cm estruturas maiores a enzima éfacilmente removida dos poros da matriz.

Um uso alternativo de um gel carreador em processosbiotccnológicos é no método de hidrólise de solução de lactose ena produção de D-galactose, D-glicose e galactooligossacarídeos apartir de soluções de lactose com a ajuda de β-galactosidaseimobilizada.

Dissacarídco lactose é sintetizada nas glândulas mamárias damaioria dos mamíferos. Lla é comercialmente produzida a partirdo leite de vaca (com um teor de lactose de 4,5% a 5%em peso)por extração do soro de leite (Baldrick & Bamford5 1997). Λlactose presente no leite c em produtos lácteos representa um itemnutricional importante. Rla suporta o crescimento deBifldobacterium sp., c a fonte de galactosc necessária para aprodução de galactolipídios e galactooligossacarídeos, ajuda naabsorção de cálcio etc. (Maldonado et al., 1998). Ela tem umasolubilidade baixa e cristaliza a uma concentração de mais de18%cm peso. Parece haver um problema, pois os cristais delactose causam uma textura semelhante á areia desagradável(Xadow, 1992) na produção de produtos de laticínio, tais comoleite condensado c sorvete. Hste é o motivo pelo qual a hidróliscde lactose é altamente desejável para esses produtos. Além disso,a hidrólise de lactose também causa uma redução considerável nahigroscopicidadc de produtos lácteos desidratados, um aumento nadoçura e o processo das reações de Maillard é reduzido (Curda etal., 2001, Xadow, 1992, Rosenberg et ai., 1995).Λ β-galactosidase é significativa não apenas na hidrólisc delactose no leite, mas também no processamento de soro de leite. Osoro de leite é produzido em quantidades bastante grandes comoum produto secundário da indústria de laticínios durante aprodução de queijo, queijo cottage e caseína. Durante a produçãode queijo, mais de 150 milhões de toneladas de soro de leite sãoproduzidas anualmente no mundo (em média, 10 1 de soro de leitepor kg de queijo) e em todo o mundo a produção de queijo vemcrescendo constantemente. O soro de leite ainda não é amplamenteprocessado, mas representa um problema econômico e ecológico(Novalin et al., 2005). Além disso, sua manipulação acarreta emmuitas restrições c não é possível liberá-lo livremente no meioambiente. Metade do produto de refugo produzido é usada naprodução de concentrados de proteínas de soro de leite (WPC),mas principalmente para alimentar animais de criação (Rudolfová& Curda, 2005). O soro de leite também pode ser usado comomatéria-prima para a produção de etanol. Considerando-se estefato, ele poderia ser um substrato atraente para processos defermentação no futuro (Cote et al., 2004). For exemplo, durante aprodução de etanol é possível usar a levedura Kluyveromyces queutiliza laetose. A hidrólise de Iactose possibilita o uso de soro deleite engrossado com uma concentração mais alta da conte de Ccomo substrato c dessa forma aumenta consideravelmente orendimento de fermentação (Rosenbcrg et al., 1995). Em algunscasos c possível realizar o processo de fermentação de maneiraque o microorganismo produtor utiliza somente a glicose presente,ao passo que a galactose remanescente pode ser isolada, purificadaou quimicamente modificada posteriormente (Rosenberg, 2000).

Um outro uso significativo da β-galactosidasc na indústriaalimentícia c a criação de galactooligossacarídeos (GOS). files sãosimultaneamente formados durante a hidrólise de laetose devido àatividade de transglicosilato da β-galactosidade. A atividade de β-galactosidade transglicosilato foi descrita pela primeira na décadade 1950 (Aronson, 1952). Os primeiros trabalhos publicados seconcentravam no monitoramento dos efeitos favoráveis dos GIS cna busca por métodos ótimos para sua produção (Mahoney, 1998).GOS pertence ao grupo dos chamados probióticos: componentesalimentícios ingeríveis que estimulam seletivamente o crescimentoou, mais precisamente, a atividade de culturas probióticas no tratodigestivo do homem. Devido a sua configuração β, os GOS sãoresistentes à hidrólise pela saliva e enzimas do líquido digestivo,que hidrolisam seletivamente as ligações β-glicosídco (Sako et al.,1999). Os GOS penetram no intestino grosso, onde eles participamcm processos muito importantes. A microflora bifidógcnamctaboliza os GOS dando ácidos graxos dc cadeia curta (ácidoacético, propiônico, láctico e butírico) e gases (Johnson et al.,1993). Ácidos incipientes estimulam o peristaltismo do intestino eajudam a absorção de cálcio e ferro diminuindo o pll. Os GOStambém são conhecidos como fatores de crescimento debifidobactérias, que são reconhecidas por seus efeitos benéficos àsaúde. Além disso, bifidobactérias utilizam seletivamentegalactooligossacarídeos, o que suprime o crcscimcnto dcmicroorganismos indesejáveis no trato digestivo (Pennisin, 1997).Os GOS tambcm são benéficos à saúde da cavidade oral, quandonão utilizados pela microflora oral (Streptococcus mutanls), cportanto previnem a formação de cáries dentárias (Szilagyi, 1999).

As β-galactosidases individuais diferem na quantidade total e naestrutura dos GOS produzidos. Por exemplo, depois de isolamentode β-galactosidases de diferentes cepas do gênero Bifidobacleriumc seu subsequente uso durante a síntese de GOS a partir de umasolução de Iactose a 30%, houve uma diferença evidente naquantidade produzida. No caso de Bifidobaeterium angulatum,cias formaram 43,8% de todos os sacarídeos presentes cm umasolução, ao passo que no caso de Bifidobaeterium pseudolongumcias constituíram somente 26,8% (Rabiu et al., 2001). No que dizrespeito à estrutura, o tipo da ligação glicosídco recém-formadadas duas unidades monossacarídeo (galactosc-galactose,galactose-glicosc) é no caso de Bifidobaeterium bifidum β(1-3)(Dumorticr et al., 1994), oposta à β( 1 -4) no Bacillus circulans(Mozaffar et al., 1984) c β( 1 -6) no Streptococcus thermophilus(Matsumoto, 1990).

A enzima β-galactosidasc foi imobilizada das seguintes maneiras:aprisionamento (Mammarella & Rubiolo, 2005, Rodrigucz-Nogalcs & Dclgadillo, 2005), reticulação (Sungur & Akbulut,1994), adsorção (Garpio et al., 2000), ligação covalentc (Hu et al.,1993, Findlay, 1991, Di Serio et al., 2003), encerramento cmmembranas (Novalin et al., 2005), ou uma combinação dessesmétodos (descritos mais detalhadamente na parte 1.2.1).

O processo de imobilização de β-galactosidase é associado acertas desvantagens, tais como a perda de atividade enzimáticadepois da imobilização. A redução na atividade de β-galactosidascdepois da imobilização varia de 5% a 90%, e depende do métodode imobilização usado. Hsta desvantagem é compensada pelapossibilidade de reutilização dos imobilizados. A capacidade depreservar uma atividade enzimática e a estabilidade dosimobilizados durante o uso repetido são os parâmetros decisivospara a aplicação de imobilizados em escala industrial ('Tanaka &Kawamoto, 1999).IiOliacrilamida c um álcool polivinílico gel são geralmente usadospara o método de aprisionamento. Uma matriz de PVA também foiusada para eneapsulação de β-galactosidase isolada de FungosHlamentosos, com o que sua estabilidade térmica foi aumentada.

A enzima reteve 70% de sua atividade anterior depois de 24 horasa 50°C e 5% de sua atividade anterior a 60°C (Batsalova et al.,1987). Khare & Gupta (1988) imobilizaram β-galatosidasc de E.coli usando uma combinação de dois métodos: reticulação esubsequente eneapsulação em uma poliacrilamida gel. No mesmoprocedimento, porém usando dimetiladipimidato como agente dereticulação e substâncias preventivas cnzimáticas: albumina séricabovina, cisteina e lactose, a atividade mediu 190% da atividade deimobilizador anterior. A comparação de diferentes métodos deimobilização de β-galactosidase a partir da bactéria termofílicaThennus aquaticus mostrou que reticulação c subsequenteaprisionamento em grânulos de agarose é o processo preferidopara a imobilização de altas concentrações de enzima com obenefício de alta atividade enzimática (Bcrger et al., 1995). Oprocesso de imobilização permite maior estabilidade da enzima cmdiferentes condições reacionais. O aprisionamento de β-galactosidasc de A. oryzae em PVA criogel poroso aumentou aresi stcnica térmica da enzima, o valor do pH e a força iônica(Rossi et al., 1999).

Adsorção é um método tecnicamente não promissor deimobilização. fibra de algodão hidrófobo pode servir, porexemplo, como um carrcador no qual uma enzima preserva 50%de sua atividade anterior (Sharma & Yamazaki, 1984). Bakken etal., usaram β-galactosidase de A. oryzae adsorvendo a mesma cmpolivinil cloreto de sílica gel na forma de uma membrana (1990)durante a hidrólise de lactose cm leite cm um reator de Huxo axial.

A β-galactosidase imobilizada por adsorção em pó de ossopreservou 83% de sua atividade anterior, mas durante quatrohidrólise intermitentes os imobilizados gradativamente perderamsua atividade. Depois da quarta hidrólise, a atividade dosimobilizados era de apenas 24% do original (Carpio et ai., 2000).lista experiência mostrou a desvantagem do método deimobilização, durante o qual ocorre uma ligeira dessorção. listeefeito pode ser eliminado pela adição de um agente de rcticulaçãoadequado (Szczodrak, 2000).

Piettaa et al. (1989) imobilizaram β-galactosidase isolada de A.oryzae em dois carreadores diferentes usando uma ligaçãocovalcntc. O primeiro foi zeólito, mas ele não foi convenienteporque ele só se liga a uma pequena quantidade de enzima. Aocontrário, nálion-6 cm pó ligou-se covalentcmente a umaquantidade maior de enzima e criou um complexo estável. Petcrs& RchiTi (2006) imobilizaram β-galactosidasc por ligaçãocovalente a grânulos de polihidroxialcanoato. Os imobilizadosformados foram estáveis a longo prazo durante seuarmazenamento cm diferentes condições, o que ofereceu prova deuma forte ligação entre o carrcador e a enzima imobilizada.

Glutardialdcído com dois grupos funcionais reativos é o agente dercticulação usado com mais freqüência na imobilização de β-galactosidase (Guisán et al., 1997, Szczodrak, 2000, Zhou & Chcn2, 2001). No entanto, o método de imobilização por rcticulação éparticularmente usado em combinação com outros métodos (acimamencionados, Pancsar et al., no prelo), tal como adsonyyo ouaprisionamento. Por exemplo β-galactosidasc dc A. oryzaeimobilizada usando o método de aprisionamento na forma dcfibras compostas de alginato e gelatina, foi então reticulada porglutardialdcído, o que impediu remoção da enzima (Tanriscvcn &Dogan, 2002). liste tipo de rcticulação também foi usando naimobilização de β-galactosidase em um alginato de cobalto gel.No entanto, a liberação de cobalto durante a hidrólise de lactosetornou impossível o uso dos imobilizados na indústria alimentícia(Ates & MehmetOglu, 1997).

A atividade e a estabilidade da enzima imobilizada são afetadaspelo valor do pH, pela temperatura e pela força iônica (Roy &Gupta, 2003). Comparada com uma enzima livre, a enzimaimobilizada tem faixas mais amplas de plí ótimo e temperaturacomo mencionado na maioria das obras publicadas. A estabilidademais alta da β-galactosidase imobilizada a um valor de pll maisbaixo c uma temperatura mais alta c uma vantagem na hidrólisc delactose, e além disso, diminuir o valor do pH e aumentar atemperatura reduz o risco de contaminação. Por outro lado, odesvio do pll ótimo e o aumento de estabilidade constituem,nessas condições, uma vantagem durante a hidrólise de lactose emsoro de leite doce, cujo pll está no intervalo de 5,5 a 6,0(Szczodrak, 2000).

β-galactosidase de diferentes fontes microbianas também foiimobilizada com o propósito de produzir galactooligossarídcos nomodo de operação contínua bem como no modo de operaçãointermitente (Chockchaisawasdee et al. 2005). Comparada comuma enzima livre, a enzima livre produziu concentrações maisbaixas de GOS. Bsta redução foi causada pela limitação de acessodo substrato à enzima no sistema imobilizado (Mahoney, 1998).A concentração c a estrutura dos GOS cm formação dependeramde forma considerável da concentração do substrato inicial e daorigem da enzima. O aumento na concentração inicial de lactosede 14% para 23% duplicou a produção de GOS (Foda & Lopez-Leiva, 2000, Chockchaisawasdee et al., 2005).

Shin ct al. (1998) imobilizaram urna enzima isolada de Bullerasingular is ArLfC 24193 cm grânulos de quitosano. Llcs usaram aenzima assim imobilizada na produção de GOS. A experiênciadurou 15 dias, durante cujo período eles registraram 55%em pesode GOS de todos os sacarídeos (a concentração inicial de substratosendo dc 100 g.T1) e a produtividade volumétrica de 4,4g.r'.h~l.Um outro exemplo de uso de β-galactosidase imobilizada naprodução de oligossacarídcos também foi descrita na obra deAlbayrak & Yang (2002). Lles atingiram a produção máxima de26% cm peso dc todos os sacarídeos (com uma concentração desubstrato de 400 g.l"1) e a produtividade volumétrica de 106 g.lVlL1 usando uma enzima de A. oryzae imobilizada em Libra dealgodão. Foda & Lopez-Lciva (2000) testaram um reator dc fluxodc membrana com β-galactosidase imobilizada para a preparaçãodc GOS. Iilcs alcançaram a produção mais alta (31% em peso)usando soro de leite tratado por u Itrafi ltração com umaconcentração inicial dc lactosc dc 20%cm peso. O soro de leite cuma fonte rica de lactose; seu uso na produção de GOS parece sermuito atraente.

Iixiste uma unidade dc modelagem conhecida que c usada naprodução dc imobilizados, que são produtos- biocatalisadores àbase dc álcool polivinílico carreador - geralmente produzidos noformato de lentes ou correias pequenas. A mistura de álcoolpolivinílico gel e biomassa é aplicada a uma correia transportadoracontínua usando um mecanismo de modelagem por gotejamentocm dosagens precisas e previamente definidas, onde ela ctransformada cm uma massa adesiva por secagem e gelificaçãofísica durante o processo de produção. Atualmente, a unidade demodelagem para a produção de imobilizados à base de um álcoolpolivinílico carreador consiste em um mecanismo de modelagemdisposto na frente do canal de secagem, no interior do qual passauma correia transportadora contínua (feita de polietileno, porexemplo). O mecanismo de modelagem, conhecido como cabeçotedc modelagem, é equipado com uma série de injetores de agulhadc modelagem com um diâmetro variando de 0,1 mm a 2,00 mm,que pulsa com a ajuda de eletroímãs com freqüências diferentes ecomprimentos de pulso diferentes e transferem ou despejam amistura de álcool polivinílico gel e biomassa na correiatransportadora contínua. A unidade de modelagem contém aindauma seção dc reentumcscimento colocada na parte superior docanal dc secagem, que é formado por um sistema de jatos deaspersão dc baixa pressão, que molha (reentumesce) o produtoseco. Além disso, a unidade de modelagem é equipada com umaparte coletora, compreendendo um limpador de pressão feito dcplaca dc aço inoxidável enxaguada por jatos de aspersãocolocados cima do limpador dc pressão de aço inoxidável emontados na armação transportadora da unidade de modelagem,acima do cilindro de acionamento da correia. Ar ambiente oudesumidificado é usado como a fonte do meio de secagem usandodcsumidificação atmosférica contínua ou congelamento contínuo,que é aquecido por elementos de aquecimento antes de entrar nocanal de secagem, e que assegura a gelificação secando osimobilizados produzidos à base de um álcool polivinílicocarreador. As unidades de modelagem dispostas desta maneira sãoincapazes de produção econômica a longo prazo, em particulardevido à dificuldade de remover os imobilizados à base do álcoolpolivinílico carreador da correia transportadora. Um limpador deaço inoxidável mecânico é usado para limpeza, e subsequentecoleta. O limpador é firmemente pressionado contra a superfícieda correia transportadora, i.e., com base na elasticidade, esubseqüentemente, a massa é removida pelo limpador e cai dentrode um reservatório de coleta. Esta remoção mecânica do produtoda correia está longe de ser perfeita, considerando-separticularmente a formação de grandes grumos, aglomerados deálcool polivinílico carreador, e a conseqüente produção de umproduto com baixa atividade ou atividade zero. Uma outradesvantagem é também o considerável desgaste mecânico dacorreia transportadora contínua da unidade de modelagem. Foiainda observado que o uso de soluções salinas na parte derccntumescimcntO da unidade de modelagem faz com que os saisfiquem aderidos à superfície da correia contínua cconsequentemente causa alterações na tensão superficial dacorreia transportadora da unidade de modelagem, c porconseguinte a alteração do formato do produto. Esta alteraçãosignifica que durante a remoção e desprendimento dosimobilizados da correia transportadora são inevitáveis danos e aformação de grandes grumos ou aglomerados na maioria doscasos.

Sumário da Invenção

As falhas acima mencionadas são eliminadas pelo método para aprodução industrial de biocatalisadores, com materialbiologicamcnte ativo na forma de enzimas ou microorganismosimobilizados que são imobilizados em um álcool polivinílico gel,e pelo seu uso baseado no fato de que para sua produção industrialc usado um material biologicamente ativo, que consiste na misturacontendo nativo livre, ou catalisador enzimática pré-tratado(agregado), ou microorganismo produtor, ou suas partes e umálcool poliviníüco gel, depois do que a mistura é modelada cgeliHcada em uma corrente de ar de secagem, a uma temperaturade 80°C a 15°C considerando a extensão de materialbiologicamente ativo e mantendo a proporção geométrica dasuperfície para o volume maior que 7 mm"1, e em seguida osbiocatalisadores assim produzidos podem ser cultivados esubseqüentemente usados cm processos biotecnológicos, nascondições, que mantêm maior produtividade, maior estabilidadeprodutiva c enzimática, uso prolongado c repetitivo ou controledcfinívcl do processo com subsequente separação fácil dobiocatalisador, para o processo biotecnológico dado.

As principais vantagens das tecnologias com células imobilizadassão: a considerável redução do custo operacional do processodado, associada à possibilidade de usar o biocatalisadorrepetidamente c fazer do processo um processo contínuo,manutenção da alta concentração de biomassa fixa no sistema, c oscustos mais baixos de separação da biomassa c isolamento doproduto. Sc o processo for contínuo, não ocorrerá remoção dabiomassa de uma matriz de carreador, as fases de crescimento não-produtivas serão reduzidas, e serão obtidos aumento dorendimento e taxas reacionais mais altas. Também é vantajoso ofato de que o método de controle de processos biotecnológicos deacordo com esta invenção resulta na redução dos volumes dereação c dos intervalos de reação necessários, o que significa umaredução nos custos operacionais e nos investimentos.desejável para intensificação dos atuais processos de remoçãode compostos de nitrogênio de água potável, água industrial eáguas servidas na forma de nitrogênio gasoso, por meio de célulasimobilizadas, usar um formato de lente do carreador, ou maisprecisamente o carreador no formato de cilindro, cuja altura équatro vezes a vinte vezes menor que o raio inferior, ou noformato de uma correia pequena, ou mais precisamente um bloco,uma das dimensões do qual é quatro vezes a vinte vezes menorque as outras duas dimensões, de modo que a proporção(geométrica) da superfície para o volume (S/V) do carreador émaior que 7 mm-1.

E útil para a preparação do biocatalisador, destinado à remoção depoluição de nitrogênio de água potável, água industrial e águasservidas, cneapsular bactérias nitrificantes e desnitrificantes emum álcool polivinílico gel, e em seguida gelificar e modelar amistura de um álcool polivinílico carreador c células bacterianaspor secagem no formato de uma lente ou na forma de uma correiapequena à temperatura de 80°C a 15°C, de modo que a proporçãoda superfície para a superfície dos biocatalisadores é no mínimo7,0 mm"1, e em seguida endurecer os imobilizados em uma soluçãode sulfato de sódio adequada. Os imobilizados são entãocultivados em um meio nutriente aquoso contendo de 10 mg/l a1000 mg/l de N-NIi4 c de 10 mg/l a 1500 mg/l N-NO3 de substratonitrogenoso a uma temperatura de 20°C a 35°C c um valor de pllde 6,0 a 9,5.

O biocatalisador contendo bactérias nitrificantes é preparadoseparadamente do biocatalisador contendo bactériasdcsnitrifícantcs. Depois do cultivo a biomassa contendo os doisbiocatalisadores pode ser usada diretamente nos dispositivosindustriais criados para nitrifícação c dcsnitrifícação.

Uma cultura mista pura de bactérias η itrifí cantes (NUrosomonaseuropeae e Nitrobacter winogradskiy), é usada para a preparaçãode imobilizados com a ajuda de encapsulação em uma matriz dePVA. As bactérias litotróficas usadas (organismos de crescimentolento) tiram a energia para sua existência do nitrogênio daoxidação de amônia (N-Nll3), no caso das bactérias Nitrosomonaseuropeae c da oxidação de nitritos (N-NO2) no caso deNitrobacter winogradskiy.

Bactérias desnitrificantes (Paraeeocus denitrifieans), que usamnitrogênio de nitratos (N-NO3) como um receptor de elétrons aoinvés de oxigênio são usadas para a preparação de imobilizadoscom a ajuda de encapsulação cm uma matriz de PVA. As bactériasdesnitrificantes são bactérias organotróficas, que precisam decarbono orgânico para seu crescimento. As soluções de culturausadas e águas servidas industriais reais não contêm quaisqueragentes orgânicos e portanto é necessário adicionar carbonoorgânico - álcools, sacarídeos e assim por diante, de preferênciametanol, porque é barato mas produz relativamente poucabiomassa.

Também é útil o fato de que o formato de lente dos imobilizadosmantém o uso ótimo do volume total do gel carreador (cargacelular) para o crescimento do microorganismo, e por conseguinteo uso ótimo das propriedades cnzimáticas produtivas demicroorganismos e enzimas, que pode ser visto na produtividadeespecífica aumentada do processo biotecnológico usandoimobilizados cm álcool poli vinil ico (PVA). Os biocatalisadorespreparados desta maneira podem ser usados repetidamente nomodo de operação de fermentação intermitente, semi-contínuo econtínuo.

E útil para a preparação do biocatalisador, destinado à produçãode etanol a partir de substratos de sacarídeo, encapsular a bactériaanaeróbica Zymomonas mobilis em um álcool polivinílico gel, ecm seguida gelificar e modelar a mistura de álcool polivinílicocarreador e células da bactéria Zymomonas por secagem a umatemperatura de 80°C a 15°C, e em seguida cultivar osimobilizados em um meio de cultura aquoso contendo de 2 % a 25% cm peso do substrato de sacarídeo a uma temperatura de 20°C a40°C, e pH de 3,5 a 7,0, na presença de etanol, na faixa de 1 % a15 % cm peso. Também é útil neste processo o fato de que ascélulas imobilizadas são separadas da parte líquida e usadasrepetidamente para a produção de etanol, depois de terminada aprodução. Os biocatalisadores assim preparados podem ser usadosrepetidamente no modo de operação de fermentação intermitente,semi-contínuo c contínuo.

E útil para a preparação do biocatalisador, destinado à produçãode ácido láctico a partir de substratos de sacarídeo, encapsular abactéria tcrmofílica Bacillus coagulans cm um álcool polivinílicogel, c cm seguida gelificar e modelar a mistura de álcoolpolivinílico carrcador c células da bactéria Bacillus coagulans pormeio de secagem a uma temperatura de 80°C a 15°C, a umaproporção da superfície para o volume dos imobilizados maior que7,0 mm1, c em seguida cultivar as células imobilizadas em ummeio de cultura aquoso contendo de 2 % a 14 % em peso desubstrato de sacarídeo, a uma temperatura de 30°C a 60°C, c umvalor de pl 1 de 5,0 a 7,5, na presença de ácido láctico ou seus saisna faixa de 1% a 12%em peso. Também é útil o fato de que as células imobilizadas são separadas da parte líquida e usadasrepetidamente para a produção de ácido láctico, depois determinada a produção. Os biocatalisadores assim preparadospodem ser usados repetidamente cm um modo de fermentaçãointermitente, scmi-contínuo e contínuo.\i útil usar a cepa Bacillus coagulans CCM 4318 para aumentar aprodutividade da produção de ácido láctico. Essa cepa bactcriana écaracterizada na alta produtividade de produção de ácido láctico, econsiderando-se a extensão do biocatalisador embora conservandoa proporção de seu volume para sua superfície de no mínimo 7,0 mm"1, sua produtividade de produção de ácido láctico é aindamaior.

Ii útil para a preparação do biocatalisador, destinado à preparaçãode sacarídeo invertido a partir de soluções de sacarídeo,encapsular a enzima invertase em um álcool polivinílico gel, e cm25 seguida gelificar e modelar a mistura de álcool polivinílicocarrcador c enzima por secagem a uma temperatura de 80°C a15°C c a uma proporção da superfície para o volume dosimobilizados de no mínimo 7,0 mm"1, c usar a enzima assimpreparada para hidrólise das soluções de sacarídeo, que contêm de30 2% a 50% cm peso de substrato de sacarídeo, a uma temperaturade 20°C a 50°C e um valor de pH de 3,5 a 7,0.\i útil separar a invertase imobilizada da parte líquido, depois determinada a hidrólise, e usar a mesma repetidamente na produçãode sacarose invertida, a hidrólise de sacarose por meio de35 invertase imobilizada é realizada em um modo intermitente, semi-contínuo c contínuo.

O presente método para a imobilização de invertase no álcoolpolivinílico gel (PVA) baseia-se na secagem de gel em umacorrente de ar secagem, a uma temperatura de 80°C a 15°C, embora possa ocorrer a interação entre o gel e os gruposfuncionais da invertase. O formato de lente dos imobilizados, nocaso a proporção da superfície para o volume do imobilizado é deno mínimo 7,0 mm"1, assegura o uso ótimo do volume total de gele a obtenção das altas atividades específicas da invertase. Λenzima assim imobilizada não c removida da matriz e pode serusada no modo de operação intermitente, scmi-contínuo ccontínuo.

1: útil para a preparação do biocatalisador, destinado à preparaçãode D-glicosc a partir de sacarídeos superiores, encapsular a enzimaglicoamilase em um álcool polivinílico gel e e em seguida gclificare modelar a mistura de álcool polivinílico carrcador e enzima porsecagem a uma temperatura de 80°C a 15°C, e a uma proporção dasuperfície para o volume dos imobilizados de no mínimo 7,0 mm"a enzima assim produzida é usada para hidrólisc de sacarídeossuperiores, que são preparados por hidrólisc parcial de um amidocontendo 2% a 40% em peso do substrato de sacarídco a umatemperatura de 20°C a 45°C c um valor de pH de 3,5 a 7.Para impedir a remoção da glicoamilise, é útil efetuar aimobilização da enzima em um álcool polivinílico gel (PVA)durante o processo de secagem na corrente de ar, a umatemperatura de 80°C a 15°C, quando podem ocorrer as interaçõesentre os grupos funcionais do gel e a glicoamilase. A enzimaimobilizada por este método não é removida da matriz e pode serusada no modo intermitente, semi-contínuo e contínuo. Osubstrato de sacarídco assim preparado, que contém glicose, podeser usado na indústria fermentativa c alimentícia.Tambcm é útil o fato de que a glicoamilase imobilizada é separadada parte líquida, depois de terminada a hidrólisc, e é usadarepetidamente na produção de glicose.

Tambcm é útil o fato de que a hidrólise por meio de glicoamilaseimobilizada c realizada cm um modo dc operação intermitente,scmi-intcrmitcntc ("fcd-batch") e contínuo.

Também c útil o fato dc que glicoamilasc imobilizada é usada paraa sacarificação do substrato dc amido no processo fermentativo dcprodução dc etanol.

Também c útil o fato de que glicoamilasc imobilizada c usada paraa sacarificação do substrato dc amido no processo fermentativo deprodução de ácido láctico.

E útil para a preparação do biocatalisador, destinado à hidrólise dcsoluções de lactosc, preparação dc D-galactose, D-glicose cgalactooligossacarídeos a partir das soluções de lactose, encerrar aenzima β-galactosidase em álcool polivinílico gel, e em seguidagelificar c modelar a mistura de álcool polivinílico carreador eenzima por secagem a uma temperatura dc 80°C a 15°C, e a umaproporção da superfície para o volume dos imobilizados dc nomínimo 7,0 mm"1, dc modo que a enzima produzida é usada para ahidrólise das soluções dc lactose, que contêm dc 2 % a 50 %empeso dc substrato de sacarídeo, a uma temperatura dc 20°C a 60°Ce um valor dc pi I de 3,0 a 7,0.

Eútil o fato dc que a β-galactosidasc imobilizada, depois dcterminada a hidrólise, é separada da parte líquida e é usadarepetidamente para a produção dc D-galactose, D-glicosc egalactooligossacarídco, a hidrólise da lactose por meio dc β-galactosidase imobilizada é realizada em um modo de operaçãointermitente, semi-intermitente e contínuo.

Um dispositivo para a preparação dos biocatalisadoresimobilizados é o dispositivo dc produção industrial, queproporciona uma otimização do volume c da superfície de umcarreador biológico, dependendo da extensão dc materialbiologicamcntc ativo, compreendendo um mecanismo demodelagem por gotejamento montado na frente de um canal dcsecagem, através do qual passa uma correia transportadoracontínua, onde o dispositivo é equipado com pelo menos umcabeçote de modelagem com duas séries de injetores de agulha demodelagem conectados a um tanque de pressão temperado c umcompressor, a correia transportadora e um sistema de secagem - afonte de ar de secagem, que c soprado por meio de um ventiladorpara dentro de um sistema de distribuição de ar com elementos deaquecimento incorporados, que passa por dentro do canal desecagem superior, c depois o canal de secagem final inferior e umtanque de rcentumcscimcnto, entre os quais está montado umdispositivo de limpeza e coleta, projetado com base em limpezamecânica c enxague de alta pressão, que é conectado a umatubulação com uma bomba de alta pressão integrada c uma bombade baixa pressão que atingem um reservatório de coleta comresfriamento c depois uma caixa de enxague para a limpeza finalda correia transportadora contínua por jatos conectados à bombade baixa pressão, que c conectada a um tanque de enxague portubulação.

O dispositivo de acordo com esta invenção forma uma montagemcompletamente nova de um dispositivo de modelagem industrialque consiste em um ou dois cabeçotes de modelagem, equipadocom duas series de injetores de agulha de modelagem, cujodiâmetro é de 0,1 a 2,00 mm, que pulsam por meio de elctroímãscom freqüência c comprimento de pulso diferentes, uma correiatransportadora com acionamento controlado, um canal de secagemcom secagem contrafluxo, o tanque de reentumescimento, umsistema independente de enxágüe e coleta de baixa pressão, c umcanal de secagem inferior com secagem contrafluxo na parteinferior do dispositivo de modelagem. Tambcm é útil que osistema independente de enxágüe de alta pressão por meio de umasolução salina aquosa no reservatório de coleta, compreendendo abomba dc alta pressão para a distribuição de água de pressão paraos jatos dc alta pressão, faça parte do dispositivo. Maior eficiênciada limpeza mecânica da massa da correia transportadora é obtidadesta maneira.

Também é importante o fato de que o dispositivo do presenteajuste, e a saber com este tipo de dispositivo de coleta e enxágüe,é capaz de assegurar a produção industrial econômica eininterrupta á base do álcool polivinílico carreador.E útil para o funcionamento correto do dispositivo de coleta climpeza, que faz parte do dispositivo de modelagem, se ele Iorformado por uma armação lateral, na qual um limpador depolímero mecânico proporcionado o enxágüe a um ângulo de 45°a 80° c colocado sobre um mecanismo de pressão inoxidável, comum mecanismo de pressão de mola e o enxágüe por meio dosistema de jatos de alta pressão, fixado no sistema de distribuiçãode tubo inoxidável de suporte, que é fixado na armação, para alimpeza dos lados interno c externo da correia transportadora, háos limpadores inferiores c superiores com escovas de polímerofixadas atrás do limpador de polímero mecânico com o mecanismode mola, e para limpeza final da correia transportadora do produtono local em que ela sai da armação, ele c ainda dotado delimpadores inferiores c superiores. Tambcm c vantajoso o fato deque o mecanismo projetado do dispositivo de coleta c limpezatambém limpa o outro lado da correia transportadora contínua,mesmo no caso de sua superfície interna ser irregular, corrugadaou áspera.

O dispositivo de acordo com esta invenção também pode serusado para limpar outros materiais aderentes da correiatransportadora em produções de outros materiais aderentes.

Breve Descrição dos Desenhos

A invenção será melhor ilustrada pelos desenhos, onde a fig. 1ilustra o esquema da máquina de modelagem, a fig. 2 ilustra oesquema do tanque de reentumescimcnto, a fig. 3 ilustra a seçãoparcial do dispositivo de coleta c a fig. 4 ilustra o esquema dacaixa de enxágüe.

Descrição da Tecnologia Relacionada

O método para a produção dos carreadores acima mencionados cseu uso no processo de remoção de nitrogênio de águas servidaspor meio das células nitrificantcs c desnitrificantes imobilizadascm um álcool polivinílico gel, serão descritos nos exemplos aseguir.

Exemplo 1

Imobilizados - biocatalisador para a nitrificação foi preparado pelacncapsulação da cultura mista pura de bactérias nitrificantes(Nitrosomonas europeae and Nitrobacter winogradskiy) em PVAhidrogcl.

Imobilizados - biocatalisador para a dcsnitrificação foi preparadopela cncapsulação de bactérias desnitri Hcantes (Paraccocus(Jenilrifieans).

A imobilização foi realizada da seguinte maneira: A solução dePVA, que continha 100 g de PVA (álcool polivinílico), 60 g dePbXj (polietilcnoglicol), 790 g de água destilada, foi preparada.50 ml da suspensão homogênea de biomassa foram adicionados nasolução assim preparada de modo que a concentração de célulasresultante fosse de 0,60 g de células por 1 dm3 de gel. A misturade células assim preparada na solução de PVA foi despejada sobreuma placa rígida e em seguida reticulada e modelada em umacorrente de ar seco à temperatura de 80°C a 15°C. Osimobilizados, cuja proporção da superfície para o volume era nomínimo 7 mm"1, foram então transferidos para a solução de sulfatode sódio (0,01 mol/l) c cloreto de amônio (0,1 mol/1) por 60minutos. Os imobilizados foram cultivados ou armazenados cmum meio de armazenamento à temperatura de 4°C, depois deΠ Itr ação.

No caso de microorganismos nitrificantes, o cultivo intermitentefoi realizado em um meio de cultura aquoso com um teorgradualmente crescente do substrato de nitrogênio de 50 mg/l a500 mg/l de N-NH4, durante o que o cultivo das bactérias ocorreua um pl 1 7,0 c a concentração de oxigênio dissolvido foi maiorque 1,5 mg/l.

No caso de microorganismos desnitrificantes, o cultivointermitente foi realizado em um meio de cultura aquoso, com umteor de substrato de nitrogênio de 200 mg/l de N-NO3 c outrosnutrientes, à temperatura de 20°C a 35°C c pll 7,8 na presença demetanol como substrato de C. O teor de biomassa nos doisbiocatalisadorcs era de cerca de 60 mg a 80 mg de matéria seca debiomassa por 1000 ml de PVA, depois dos cultivos.

Então os imobilizados preparados passaram por fermentaçõesintermitentes repetitivas. A nitrificação (remoção de nitrogênio daamônia) no reator com o volume efetivo de 17 1, com o conteúdode 15 1 de águas servidas sintéticas (WW), contendo cerca de800 mg/l de N-NIl 4 e 2000 g de preferencia biocatalisador combactérias nitrificantes encapsuladas terminou depois de 4 horas, oque dá uma taxa de nitrificação de cerca de 1500 mg de N-Nll4 /hχ kg do biocatalisador, respectivos cerca de 4,8 kg de N-Nl I4 /m3de WW χ dia e 36 kg de N-NH4/mJ do biocatalisador χ dia.

A desnitrificação (remoção de nitrogênio de nitratos) no reatorcom o volume efetivo de 15,8 1, com o conteúdo de 15 1 de águasservidas sintéticas com a concentração de 800 mg/l de N-NO3 e800 g do biocatalisador com bactérias nitrificantes encapsuladas,terminou depois de 3 horas na presença de metanol como substratode C, o que dá uma taxa de dcsnitrificação de cerca de 2000 mg deN-N03/hr χ kg do biocatalisador, respectivos cerca de 6 kg de N-NCVm3 de WW χ dia e 45 kg de N-NO3Zm3 do biocatalisador χ dia.

Exemplo 2

Os imobilizados preparados e cultivados, da maneira descritaacima no lixemplo 1, foram usados para a remoção de poluição denitrogênio de águas servidas reais com alta concentração depoluição de nitrogênio de 200 mg/l a 1000 mg/l de N-Nll4 c umíndice de dicromato zero de fato, no ajuste contínuo de nitrificaçãoe dcsnitrificação.

A unidade de modelo contínuo foi usada para testar a nitrificaçãoe desnitrificação simultâneas, onde o volume efetivo do reator denitrificação com agitação era de 17 1 e o volume efetivo no reatorde dcsnitrificação com agitação era de 3,8 1. A taxa de fluxo daságuas servidas industriais reais foi de 35 l/dia com um teor decerca de 1600 mg/l de N-Nl I4.

2000 g do biocatalisador com bactérias nitrificantes encapsuladasforam adicionados ao reator de nitrificação. 800 g dobiocatalisador com bactérias desnitrificantes encapsuladas foramadicionados ao reator de desnitrificação.

A taxa de nitrificação média de cerca de 1000 mg de N-NH4 /hr χkg do biocatalisador a uma eficiência dc nitrificação de 95% , e ataxa dc dcsnitrificação média na presença de metanol como osubstrato de C de cerca dc 1600 mg de N-NO3 Zhr χ kg dobiocatalisador, foi atingida durante a experiência de váriassemanas. A taxa dc remoção de poluição de nitrogênio foi dc cercade 1,5 kg/m3 de WW χ dia.

Exemplo 3

Os imobilizados, preparados e cultivados da maneira descritaacima no Exemplo 1, foram usados na remoção de poluição denitrogênio dc águas servidas reais com o alto teor dc poluição denitrogênio dc 200 mg/1 a 1000 mg/l dc N-Nll4 e alto índice dedicromato (>1000 mg/l) no ajuste contínuo dc nitrificação edcsnitrificação.

Os imobilizados assim preparados sofreram fermentaçõesintermitentes. A nitrificação (remoção de nitrogênio da amônia) noreator com o volume efetivo dc 17 1, com o teor dc 15 1 de águasservidas sintéticas (WW) com o teor de cerca dc 800 mg/l deN-Nl l4 c 2000 g do biocatalisador com bactérias nitrificantcsencapsuladas, terminou depois de 12 horas, o que dá uma taxa denitrificação de cerca de 500 mg de N-Nll4/hr χ kg dobiocatalisador, respectivos cerca de 1,6 kg de N-NI I4Zm1 de WWχ dia c 12 kg dc N-Nl I4Zmj do biocatalisador χ dia.A dcsnitrificação (remoção dc nitrogênio nitroso) no reator com ovolume efetivo dc 15,8 1, com teor dc 15 1 de águas servidassintéticas com a concentração de 800 mg/l de N-NO3 c 800 g dobiocatalisador com bactérias nitrificantcs encapsuladas, terminoudepois dc 6 horas na presença de metanol como substrato de C, oque dá uma taxa de desnitrificação de cerca de 1000 mg deN-NO3Zhod χ kg do biocatalisador, respectivos cerca dc 3 kg dcN-NO3Zm3 dc WW χ dia c 22,5 kg de N-NO3Zm3 do biocatalisadorχ dia.

O método para a produção e uso dos carrcadores acimamencionados na produção de ácido láctico a partir de substratos desacarídeo por meio de células imobilizadas de Bacillus coagulansem um álcool polivinílico gel será ilustrado nos exemplos a seguir.Exemplo 4

A suspensão dc esporos de Bacillus coagulans CCM 4318 foipreparada por inoculação com 0,2 cmJ da cultura dearmazenamento sobre a superfície de MRS ágar com CaCO3estéril (3 h, 160°C) em pratos de P. (0 9 cm). Λ incubação ocorreupor 72 h à temperatura de 50°C no termostato de laboratório. Hmseguida a cultura csporulada foi revestida com 5 cmJ dc águadestilada estéril e transferida para um balão de Krlcnmayer. Kmseguida a suspensão obtida foi incubada por 25 minutos àtemperatura dc 70°C e em seguida usada na imobilização noálcool polivinílico (PVA) gel.

Foi preparada a solução de PVA, que continha 100 g dc PVA(álcool polivinílico), 60 g de PFG (polictilcno glicol) e 790 g deágua destilada. 50 ml da suspensão dc biomassa homogênea foramadicionados à solução assim preparada dc modo que aconcentração final dc células fosse de 0,67 g dc células (matériaseca) por 1 dmJ de gel. A mistura de células assim preparada nasolução de PVA foi despejada sobre uma placa rígida e cmseguida foi reticulada e modelada em uma corrente de ar seco aum gradiente dc temperatura: dc 80°C a 15°C. Os imobilizados,cuja proporção da superfície para o volume era no mínimo 7 mm"1,foram então transferidos para a solução de sulfato dc sódio (0,1mol/l) por 60 minutos. Os imobilizados foram usados nasfermentações intermitentes ou armazenados em água doce estéril àtemperatura dc 4°C, depois de fíltração.

A propagação da biomassa foi realizada nas fermentaçõesintermitentes repetitivas em um fermentador de laboratório de 5 1com 2,6 1 dc meio dc produção. O meio de produção continha 60 gdc sacarose, 10 g de extrato dc levedo, 1 g de (NlI4)2IlPO4, 0,2 gdc MgSO4 χ 7112O, 0,05 g de MnSO4 χ 4112O, 0,01 g de KcSO4 χ7112O cm 1 1 de água destilada. O meio de produção foi fervidopor um curto período de tempo, resfriado para a temperatura de60°C e em seguida 400 g dos imobilizados molhados foramadicionados. A temperatura foi gradativãmente baixada para 45°Cdurante 1 hora, o pH baixou espontaneamente de 6,9 para 5,0 e emseguida foi mantido cm 5,8 durante a fermentação seguinte poradição da solução aquosa amoniacal a 26%. A fermentação foirealizada de modo intermitente e continuamente agitada(200 rpm). Os imobilizados foram separados do meio defermentação depois do consumo do substrato de sacarídeo e foramusados em uma nova fermentação. Λ série de 9 fermentaçõesintermitentes foi realizada de maneira similar nas seguintescondições: a segunda até a quinta conversão ocorreram àtemperatura de 50°C e pl l 6,0 e a sexta até a décima ocorreram à temperatura de 52°C e um valor de pll de 6,3. A duração total dafermentação foi reduzida durante as respectivas fermentação de 48horas (a primeira conversão) para 12 horas (a décima conversão)com um rendimento de ácido láctico de 91 a 93%. A concentraçãode biomassa no PVA gel aumentou para 0,065gcciuias/gimobiii/adüdepois da décima conversão.

Exemplo 5

A composição de meio, a preparação de imobilizado c afermentação intermitente foram análogos àquelas mencionadasacima no lixcmplo 4, com a diferença de que glicose foi usada nolugar de sacarosc no meio de produção (60 g/l). Havia 55,2 g /1 deácido láctico c 1,2 g /1 de glicose na décima conversão depois de14 horas de fermentação.

Exemplo 6

350 g dos imobilizados molhados preparados da maneira descrita25 acima no Kxcmplo 4 foram transferidos para um fermentador de 61 c foram adicionados 2 dmJ do meio de produção, que continha:60 g de sacarosc, 5,0 g de extrato de levedo, 0,8 g de (NIl4)2IlPO4,0,2 g de MgSO4 χ 7H20, 0,05 g de MnSO4 χ 4112O, 0,01 g deFeSO4 χ 7112O em 1 1 de água destilada. A fermentação foirealizada de forma intermitente, permanentemente agitada(200 rev. /min) à temperatura de 52°C, o pH foi mantido no valorde 6,3 por adição da solução amoniacal (26%). 2 1 do meio deprodução da mesma composição com um teor de 140 g /1 desacarose foram então adicionados depois que a concentração desacarosc diminuiu para 20g χ dm"J à taxa à qual a concentração nofermentador podia ser mantida na faixa de 15 g/l a 30 g/l. O teorde áeido láctico no meio era de 93,5g χ dm"J depois 15 horas, asacarose residual era de 2,6 g /1.

Rxcmplo 7

A composição de meio c a preparação dos imobilizados foramidênticas àquelas mencionadas acima no Exemplo 5. 350 g dosimobilizados foram transferidos para um fermentador de 6 1 depoisda 10a conversão ("10. Conversion") e foram adicionados 2,5 dmJdo meio de produção, que continha 60 g de glicose, 5,0 g deextrato de levedo, 0,8 g de (NH4)2IIPO4, 0,2 g de MgSO4 χ 7H20,0,05 g de MnSO4 χ 4112O, 0,01 g de FeSO4 χ 7112O em 1 1 de águadestilada. Λ fermentação foi permanentemente agitada (200 rpm) àtemperatura de 52°C, o pH foi mantido no valor de 6,3. O meio deprodução foi gradativamente adicionado depois de a concentraçãode glicose diminuir para 20 g χ dm"J e o meio fermentado damesma composição foi retirado para manter a concentração desacarose residual no reator na faixa de 1 5 g/l a 30 g/l, para mantera concentração de glicose residual na faixa de 10 g/dmJ a 15 g/dmJc a concentração efetiva de ácido láctico na faixa de 40 g.dm"J a48 g.dm°. A fermentação foi realizada de forma contínua por 40dias, a produtividade volumétrica média do dispositivo variou de13,5 a 1 7,0 (gácido ,áclico χ dm"3 χ h"1) no processo.O método para a produção e uso dos carreadores acimamencionados no processo de produção de etanol a partir desubstratos de sacarídco por meio de células imobilizadas deZymomonas mobilis em álcool polivinílico gel será ilustrado pelosexemplos a seguir.

Exemplo 8

Foram preparados IOOml do meio de cultura em um balão decultura de 250 ml (esterilizado por 20 minutos à temperatura de121 °C). O meio de cultura continha 5 g de extrato de levedo, 1 gde (NII4)2SO4, 0,5 g de MgSO4 χ 7112O, 1 g de KIl2PO4, 100 g deglicose (pll de 5 a 5,5) em 1 1 de água destilada. Em seguida omeio preparado foi inoculado com a cultura de Zymomonasmobilis CCM 2770, que cresceu no meio de cultura sólido e foicultivado estaticamentc por 24 a 48 horas à temperatura de 30°C.A biomassa assim preparada foi usada como inóculo (10% v.) em100 ml do meio de cultura com a composição descrita acima embalões de cultura de 250 ml. O microorganismo foi novamentetransferido para o meio de cultura (5% v.) depois de 12 horas decultivo estático à temperatura de 30°C. O cultivo foi realizado àtemperatura de 30°C até o valor de matéria seca da biomassaatingir 1,2 g χ dm°, é agitar ligeiramente o meio. Λ biomassa foiseparada por centrifugação (5500 rev./min., 25 min) depois determinado o cultivo e usada na imobilização.

Foi preparada uma solução de PVA contendo IOOg de PVA(álcool polivinílico), 60 g de PHG (polictilcno glicol) c 790 g deágua destilada. 50 ml da suspensão de biomassa homogênea foramadicionados à solução assim preparada para que a concentração decélulas resultante fosse de 0,56 g de células por 1 dm3 de gel. Amistura de células assim preparada na solução de PVA foidespejada sobre uma placa rígida c em seguida foi reticulada cmodelada cm uma corrente de ar seco a um gradiente detemperatura de: 80°C a 15°C. Os imobilizados, cuja proporção dasuperfície para o volume era no mínimo 7 mm"1, foram entãotransferidos para a solução de sulfato de sódio (0,lmol/l) por 30 a60 minutos.

A biomassa de bactérias nos imobilizados foi propagada cm umfermentador de laboratório de 6 dmJ, cada vez com 3 dmJ de um meio de cultura estéril no processo de fermentação, e então: 23%v. do imobilizado no meio de cultura foram cultivados de formaintermitente enquanto agitados constantemente (80 rev./min), demodo que o pll do meio de cultura foi ajustado em 6,5 e diminuiuespontaneamente até piI = 4,0 à temperatura de 25°C. A fasefluida foi removida e um meio fresco foi adicionados aosimobilizados c o processo foi repetido mais uma vez. A fase Ouidafoi então removida e um meio fresco foi adicionado aosimobilizados e o valor do pFI foi ajustado em 6,5 (por uma solução1 M de NaOII). O valor fórmula pll diminuiu então para pll = 5por fermentação espontânea enquanto permanentemente agitado(80 rpm), c em seguida a fermentação foi realizada até dcplcção daglicose. A fase fluida foi removida e um meio fresco foiadicionado às células imobilizadas c o processo foi repetido 6vezes. A matéria seca celular nos imobilizados assim preparadosaumentou para 65,8 g de células/dm3 de gel.

2,2 dm3 de um meio de produção estéril com um teor de glicose de150 g χ dm~3 e pH = 5,5 foram adicionados às células imobilizadasassim preparadas (450 g do biocatalisador molhado). Afermentação ocorreu no biorreator de 5 1 permanentemente agitado(80 rpm), o pl I foi mantido cm 5,0 por adição da solução deNaOl 1 (2 mol/dmJ) à temperatura de 30°C. Este meio continha73,8 g.dm° de ctanol depois de 11 horas de fermentação, ao passoque a concentração de glicose residual foi de l,8g.dm3. Aprodutividade específica de ctanol de Zymomonas mobilisimobilizado no PVA carreador atingiu 202 mgetan0l/mlge|/h.

Exemplo 9

450 g dos imobilizados molhados, preparados da maneira descritaacima no Hxemplo 8, foram adicionados a 2,2 dm' do meio deprodução com um teor de glicose de 200 g.dm"J (pl 1 = 5,0). Afermentação ocorreu de maneira intermitente, permanentementeagitada (80 rpm), o pH foi mantido em 5,0 por adição da soluçãode NaOH (2 mol.dm3) à temperatura de 30°C. Seis fermentaçõesforam realizadas dessa maneira. O teor de etanol no meio foi nomínimo de 94,0 g.dm3 a 98,0 g.dm3, depois de cada conversão,depois de 13 horas, e a glicose residual foi de 3 g.dm3 a 8 g.dm3(i.e., 94 % a 98 % do rendimento teórico).

Exemplo 10

Os imobilizados preparados e propagados da maneira descritaacima no Exemplo 9 foram usados. 1050 ml de um meio deprodução com uma concentração de glicose de 150g.dm3 (osimobilizados formavam 30% do volume do meio de fermentação)foram adicionados a 450 g dc imobilizados. A fermentaçãoocorreu dc maneira intermitente, permanentemente agitada(80 rpm), o pll foi mantido cm 5,0 por adição da solução deNaOH (2 mol/dirf) à temperatura dc 30°C. 1500 ml dc um meiocic cultura com uma concentração de glicose de 320 g.dm~J foramgradati vãmente adicionados, depois de a concentração de glicosediminuir para um valor de 20 g.dm~J, a uma taxa tal quemantivesse a concentração de glicose residual no fermentador de15 g.dm° a 30 g.dm°. O teor de etanol no meio foi de 113,5 g.dirfJ, i.e., 91% do rendimento teórico, depois 20 horas, a glicoseresidual era de 4,6 g.dirfJ.

Exemplo 11

Os imobilizados de Z mobilis CCM 2770 preparados epropagados da maneira descrita acima no Exemplo 8 foramusados. 450 g dos imobilizados molhados foram transferidos para2,2 dmJ de um meio de cultura com 150 g.dm"J de glicose, pHajustado cm 5,0. A fermentação ocorreu a um pll = 5,0 e àtemperatura de 30°C. Um meio de cultura com um teor deglicose de 50 g.drrT' foi continuamente adicionado, depois de oteor de glicose diminuir no fermentador para um valor de 10 g.dm"J a 20 g.dm°, c o meio fermentado foi removido a uma taxa dediluição tal que a concentração de glicose residual no fermentadorficou na faixa de 17 g.dm° a 30 g.dm° e a concentração efetiva deetanol Ilcou na faixa de 58 g.dm"' a 65 g.dm"J. Λ fermentação foirealizada de forma contínua por 50 dias, enquanto a produtividadevolumctrica do dispositivo foi de 30 getanoiu-dm^.h"1, quecorrespondente à produção específica de etanol de140 mgctanoi/mlgei/h.

Exemplo 12

O procedimento c o mesmo que aquele do exemplo 8, Zymomonasmobilis subsp. pomacii CCM 2771 foi usado comomicroorganismo de produção. O meio continha 68,3 g.dm° dcetanol depois de 15 horas dc fermentação, enquanto aconcentração de glicose residual foi de 6,8 g.dm0.

O método para a produção e uso dos carreadores acimamencionados na preparação de açúcar invertido a partir dcsoluções dc sacarose por meio dc invertase encapsulada em álcoolpolivinílico gel será ilustrado pelos exemplos a seguir.

Exemplo 13l;oi preparada uma solução dc PVA, que continha 100 g de PVA(álcool polivinílico), 60 g de PEG (polietileno gücol), 790 g dcágua destilada. 50 ml da preparação dc enzima Invcrtasc (Sigma)(concentração de enzima 100 g/l) foram adicionados na soluçãoassim preparada. Λ mistura de enzima assim preparada na soluçãodc PVA foi despejada sobre uma placa rígida c cm seguidarcticulada c modelada em uma corrente de ar seco a um gradientede temperatura de : 80°C a 15°C. Os imobilizados, cuja proporçãoda superfície para o volume era no mínimo 7 mm"1, foramtransferidos para a solução de sulfato dc sódio (0,lmol /1) por 10 a120 minutos. Os imobilizados preparados podem ser armazenadoscm 10 mM da solução dc tampão acetato (pH = 4,5) à temperaturadc 4°C.

A enzima imobilizada assim preparada pode ser usada nahidrólise de sacarose dissolvida em IOmM dc tampãoacetato com ρII = 4,5. 120 g de invertasc imobilizadaforam adicionados a IOOOml de solução de sacarose(100 g/l). A hidrólise foi realizada com agitaçãopermanente (80 rpm) de forma intermitente à temperaturadc 30°C. A sacarose está completamente hidrolisadadepois de 50 minutos de hidrólise dando glicose e frutose.

Exemplo 14

120 g dos imobilizados molhados, preparados da maneira descritaacima no Ivxcmplo 13, foram adicionados a 1000 ml dc solução dcsacarose com a concentração de 450 g/l (ρ11 = 4,5, tampão acetatolOrnM) à temperatura de 30°C. A hidrólise ocorreu dc formaintermitente, continuamente agitada. A concentração dc sacaroseresidual é dessa maneira de 10,1 g/l depois de 360 minutes.

Exemplo 15

120 g dc imobilizados molhados, preparados da maneira descritaacima no Exemplo 13, foram adicionados a 1000 ml de solução desacarose com a concentração de 280 g/l (pll = 4,5, tampão acetato10 mM) à temperatura de 30°C. A hidrólise foi realizada de formaintermitente, permanentemente agitada. A concentração dcsacarose residual é dessa maneira de 1,8 g of/1 depois de360 minutes. A fase fluida foi removida depois da hidrólisc, einvertase imobilizada foi usada na hidrólise intermitente repetidapelo procedimento mencionado acima. A concentração desacarosc residual depois de 240 minutes de hidrólise foi de 3 g/ldepois de 6 conversões.

Exemplo 16

Os imobilizados preparados da maneira descrita acima no exemplo13. 25 g de imobilizados molhados foram transferidos para 0,5 1de mclaços com uma concentração de sacarose de 120 g/1, pi í 4,5(ajustado por II2SO4). Λ hidrólisc foi realizada a pH = 4,5, 30°C eagitação a 200 rpm. Os mclaços com a concentração de 120 g /1foram continuamente introduzidos no fermentador, c o meiohidrolisado foi removido a uma taxa tal para atingir umaconcentração de sacarose de 30 g/l a 40 g/l (66% a 75% deconversão), depois de a quantidade de sacarose no fermentadordiminuir para um valor de 30 g/l a 40 g/l. A atividade específicado imobilizado é de 0,35 g /g.h"1 (g da sacarose considerada por gdo imobilizador por hora) cm tal modo.

Exemplo 17

Os imobilizados preparados da maneira descrita acima no exemplo13 foram usados. 25 g de imobilizados molhados foramtransferidos para 0,5 1 de melaços com uma concentração desacarose de 120 g/l, pll 4,5. A hidrólise ocorreu a pH = 4,5,temperatura de 450C c agitação a 200 rpm. Os melaços com aconcentração de 120 g /1 foram continuamente introduzidos nofermentador, e o meio hidrolisado foi removido a uma taxa tal paraatingir uma concentração de sacarose de 30 g/l a 40 g/l (66% a75% de conversão), depois de a quantidade de sacarose nofermentador diminuir para um valor de 30 g/l a 40 g/l. A atividadeespecífica do imobilizado c de 0,55 g /g.h"1 a 0,60 g /g.lV1 (g dasacarosc considerada por g do imobilizador por hora) em tal modode hidrólise, que c realizada continuamente por 500 horas.

O método para produção e uso dos carreadores acimamencionados no processo de produção de glicose a partir dehidrolisados de amido por meio glicoamilase encapsulada emálcool polivinílico gel será ilustrado pelos exemplos a seguir.Exemplo 18

Foi preparada a solução de PVA, que continha IOOg de PVA(álcool polivinílico), 60 g de PI-Xj (polietilcnoglicol), 790 g deágua destilada. 50 ml da preparação de enzima SUN Ultra L(Novozymcs) foram adicionados à solução assim preparada. Amistura de enzima assim preparada na solução de PVA foidespejada sobre uma placa rígida e em seguida foi reticulada emodelada cm uma corrente de ar seco a um gradiente detemperatura de: 80°C a 15°C. Os imobilizados, cuja proporção dasuperfície para o volume é no mínimo de 7 mm"1, foram entãotransferidos para a solução de sulfato de sódio (0,1 mol/1) por 10 a120 minutos. Os imobilizados preparados podem ser armazenadoscm 30 %em peso de glicose, dissolvidos em IOmM de solução detampão acetato (pl I = 4,5) à temperatura de 4°C.

A enzima imobilizada assim preparada foi usada na hidrólisc dehidrolisado de amido, por exemplo, melaços de maltose(composição: sacarídcos superiores 33% em peso, maltotriosc20% cm peso, maltose 53% cm peso, glicose 4% em peso),dissolvido em IOmM de solução de tampão acetato com pi 1 = 4,5.120 g de glicoamilasc imobilizada foram adicionados a IOOOmlda solução assim preparada com uma concentração de sacarídeosde 100 g/l. A hidrólise foi realizada permanentemente agitada (200rpm) de forma intermitente à temperatura de 30°C. O meiocontinha 70 g/l a 80 g/l de glicose depois de 60 minutos dchidrólisc.

Exemplo 19

5000 ml de meio dc maltose com uma concentração de 250 g desacarídcos/1 (pl l = 4,5) foram adicionados a 200 g de imobilizadosmolhados, preparados da maneira descrita acima no Exemplo 18 àtemperatura de 40°C. A hidrólise ocorreu de forma intermitente,permanentemente agitada. 180 g/l de glicose foram criados destamaneira em 6 horas. A fase fluida foi removida depois da hidrólisce a glicoamilase imobilizada foi usada em hidrólises intermitentesrepetidas no procedimento mencionado acima. Λ concentração daglicose produzida c dc 178 g/l depois de 6 horas de hidrólisedepois da sexta conversão.

Exemplo 20

Os imobilizados preparados da maneira descrita acima no exemplo18 foram usados. 25 g de imobilizados molhados foramtransferidos para 0,5 1 de melaços de maltose com umaconcentração de sacarídeos dc 100 g/l, pH 4,5. A hidrólise ocorreua um pl I = 4,5, uma temperatura de 30°C e agitação a 200 rpm. Osmelaços de maltose com uma concentração dc sacarídeos de100 g/l foram continuamente introduzidos no fermentador e omeio hidrolisado foi removido a uma taxa tal para obter umaconcentração de glicose de 50 g/l a 60 g/l (50% a 60% deconversão) depois dc a concentração de glicose aumentar nofermentador para um valor dc 55 g/l a 65 g/l. Λ atividadeespecífica do imobilizador c de 0,3 g/g.h"1 a 0,4 g/g.h"1 (g daglicose produzida por g do imobilizado por hora), no modo dehidrólise realizada continuamente por 900 horas.

Exemplo 21

Os imobilizados preparados da maneira descrita acima no exemplo18 foram usados. 25 g de imobilizados molhados foramtransferidos para 0,5 1 de melaços de maltose com umaconcentração de sacarídeos de 100 g/l, pl 1 4,5. A hidrólise ocorreua um pl I = 4,5, uma temperatura de 45°C c agitação a 200 rpm.

Os melaços maltose com uma concentração de sacarídeos de100 g/l foram continuamente introduzidos no fermentador e omeio hidrolisado foi removido a uma taxa tal para obter umaconcentração de glicose dc 60 g/l a 70 g/l (60% a 70% deconversão) depois dc a concentração de glicosc aumentar nofermentador para um valor de 55 g/l a 65 g/l. A atividadeespecífica do imobilizado foi de 0,55 g/g.h"1 a 0,6 g/g.h"1 (aglicose produzida por g do imobilizado por hora), no modo dehidrólise realizada continuamente por 1500 horas.

Exemplo 22

Os imobilizados preparados da maneira descrita acima no exemplo18 foram usados. O meio com a composição de: melaços dcmaltosc com uma concentração dc sacarídeos de 195 g/l, deextrato dc levedo 5 g/l, (NH4)2SO4, 1 g/l, MgSO4 χ Ill2O, 0,5 g/1,KlI2PO4,! g/l, todos dissolvidos em água destilada, pH = 4,5. 50 gdo imobilizador com a glicoamilase imobilizada foramadicionados a 1 1 do meio estéril assim preparado. A suspensão foientão inoculada com 10% vol. de inóculos dc Zymomonas mobilisno período dc crcscimcnto cxponcncial do microorganismo. Autilização simultânea de glicose nascente e a produção dc etanolpor meio do microorganismo ocorreu no processo de hidrólise.70 g/l de etanol foram produzidos desta maneira em 13,5 horas.

Exemplo 23

Os imobilizados preparados da maneira descrita acima no exemplo18 foram usados. O meio com a composição de: melaços demaltosc com um teor de sacarídeos de 80 g, IOg de extrato dclevedo, 1 g de (NH4)2HPO4, 0,2 g de MgSO4 χ 7H20, 0,05 g deMnSO4 χ 4112O, 0,01 g de FeSO4 χ 7H20 todos dissolvidos em 1 1dc água destilada, pll = 6,0 foi usado nas conversões. 50 g doimobilizado com glicoamilase imobilizada foram adicionados a 1 1do meio estéril assim preparado. A suspensão foi inoculada com5 % vol. dc suspensão dc esporos de Bacillus coagulam. Autilização simultânea de glicose nascente e a produção de ácidoláctico por meio do microorganismo ocorre no processo dchidrólise. Há 55,2 g/l de ácido láctico e 1,2 g/l de glicose no meiodepois dc 24 horas dc fermentação.

O método para produção e uso dos carreadores acimamencionados na hidrólise de soluções de lactose, cm preparaçãode D-galactose, D-glicose e galactooligossacarídcos por meio deβ-galactosidase encapsulada em álcool polivinílico gel, seráilustrado nos exemplos a seguir.

Exemplo 24

Foi preparada uma solução de P VA, que continha 100 g de PVA(álcool polivinílico), 60 g dc PFXj (polietileno glicol), 790 g dcágua destilada. 50 ml da preparação de enzima Factozymc(Novozymes) foram adicionados à solução assim preparada. Amistura assim preparada da enzima na solução de PVA foidespejada sobre uma placa rígida e em seguida reticulada cmodelada cm uma corrente de ar seco a um gradiente detemperatura dc: 80°C a 15°C. Os imobilizados, cuja proporção dasuperfície para o volume é no mínimo de 7 mm"1, foram entãotransferidos para a solução dc tampão fosfato de potássio,(pH = 6,5) por 10 a 120 minutos. Os imobilizados preparadospodem ser armazenados na solução de tampão fosfato (pll = 6,5)com a adição dc ctanol 5% a 10%, à temperatura de 4°C.A enzima imobilizada preparada dessa maneira teve uma atividadeinicial dc 900± 100 Uxm"3.

Exemplo 25

Os imobilizados preparados da maneira descrita acima no exemplo24 foram usados. A solução de lactose em tampão fosfato 0,1 Mcom pi 1 = 6,5 c com adição de 2 mM dc MgCl2, foi usada nahidrólisc. 130 g dc β-galactosidasc imobilizada foram adicionadosa 1000 ml da solução assim preparada com uma concentração dcIactosedc 100 g/l. A hidrólisc ocorreu com agitação permanente(200 rpm), de forma intermitente, à temperatura de 30°C. A fasefluida foi removida depois da hidrólisc e a β-galactosidascimobilizada foi usada cm hidrólises intermitentes repetidas noprocedimento acima mencionado. O meio continha 13 g/l a 2 g/ldc Iactose depois dc 210 minutos de hidrólise.

Exemplo 26

Os imobilizados preparados da maneira descrita acima no exemplo24 foram usados. A solução dc lactose cm tampão fosfato 0,1 Mcom pi 1 = 6,5 e com adição de 2 mM de MgCl2 foi usada nahidrólise. 130 g de β-galactosidasc imobilizada com uma atividadeinicial dc 786 U.cm° foram adicionados a 1000 ml da soluçãoassim preparada com uma concentração de lactosc de 100 g/l. Ahidrólisc ocorreu continuamente agitada (200 rev./min.) dc formaintermitente à temperatura de 30°C. A duração dc conversão foiconstante. A atividade do imobilizador diminuída de 5% a 10% foiobservada depois de 25 hidrólises intermitentes, que em geralduraram 160 horas.

A disposição do dispositivo dc modelagem para a produção dosimobilizados, à base do carreador álcool polivinílico, que forammencionados nos exemplos acima, será explicada no texto aseguir. K óbvio que a descrição a seguir apenas ilustra osprincípios de uma aplicação dos princípios da invenção.

A Ilgura 1 mostra a presente versão de construção do dispositivode modelagem para a produção dos imobilizados à base de umcarreador do tipo álcool polivinílico, ajustada para produçãoindustrial contínua. A versão de construção inclui o conjunto demodelagem por gotejamento, situado na frente do canal desecagem superior 2, que é formado pelo cabeçote ou cabeçotesduplos de modelagem por gotejamento ("dropping casting double-row hcad or hcads") 17, que é (são) cquipado(s) com duas seriesde injetores de modelagem e conectados ao tanque de pressãotemperado 15» e um compressor ou um reservatório de ar depressão 16. O canal de secagem superior 2, dentro do qual passauma correia transportadora contínua 1 com acionamentocontrolado, é equipado com um sistema de secagem - a fonte 4 dear de secagem, do qual o ar desumidificado c transportado atravésdo primeiro ventilador auxiliar 1_9 para o sistema de distribuiçãode ar 6 com elementos de aquecimento 5 integrados, que atinge ocanal de secagem superior 2 em vários pontos. A correiatransportadora contínua depois de deixar o canal de secagemsuperior, passa através do tanque de rcentumescimento 7 e docanal de secagem final 3, que fica situado no lado oposto - inferiordo dispositivo de modelagem, para um lado do qual dá a tubulaçãocom o segundo ventilador auxiliar 20 para o transporte de ar desecagem do canal de secagem superior, usado para a secagem finalda correia transportadora depois de deixar a caixa de enxague 13,c do outro lado do qual a saída 18 de ar gasto úmido dá para fora.

O dispositivo de coleta e limpeza 9, projetado com base cmlimpeza mecânica c enxague de alta pressão, que é conectado aoreservatório de coleta 8, contendo a solução de sais coletores derecntumcscimento 24 e equipado com resfriamento, pela tubulaçãocom uma bomba de alta pressão Π) e uma bomba de baixa pressãoH integradas, c a caixa de enxague Π, para limpeza da correiatransportadora contínua 1 por meio de jatos ligados à bomba debaixa pressão 1_4, que c conectada pela tubulação com o tanque deenxague 12 contendo água dcsmineralizada, são integrados entre otanque de recntumescimento 7 com a solução de sais derccntumcstimcnto 24 e o canal de secagem final 3.

A função do dispositivo para a produção de imobilizados à basedo carreador álcool polivinílico carrcador é a seguinte: A misturade álcool polivinílico gel c matéria biológica c transferida oudespejada, do conjunto de moldagem por gotejamento, formadopor dois cabeçotes de modelagem 17 equipados com duas sériesde agulhas de modelagem, cujo diâmetro é de 0,1 a 2,00 mm,pulsando por meio de eletroímãs de freqüência c comprimento depulso diferentes, sobre a correia transportadora contínua 1 comacionamento controlado, que atravessa o canal de secagemsuperior 2. A mistura para moldagem por gotejamento éintroduzida no tanque de pressão temperado 1_5, que é conectadoao compressor ou ao tanque de ar pressão 16. A mistura secandosobre a correia transportadora 1 é presa por um ar livre deumidade-água obtido do desumidificador atmosférico contínuo 4,que passa pelo primeiro ventilador auxiliar 1_9 c pelos elementosde aquecimento colocados na tubulação de distribuição de arcondicionado 6, que controla o gradiente de temperatura no canalde secagem superior e leva para dentro de cada segmento do canalde secagem superior 2. A mistura seca, aderida, presa à correiatransportadora contínua 1 atravessa então o tanque derecntumescimento 7 com a solução de sais de recntumescimento,depois do que os produtos, i.e., os imobilizados à base docarrcador álcool polivinílico, são desprendidos no dispositivo decoleta e limpeza 9. Este dispositivo é equipado com o sistema parasuprimento de água de alta pressão, formado pela bomba de altapressão JU) e jatos, e esse sistema é conectado ao circuitoindependente. Os produtos que desprendem da correiatransportadora ocorrem por meio da lâmina limpável de polímero eos jatos por uma solução salina aquosa suprida pela bomba dc altapressão Η). A correia transportadora i é por fim tratada por meiodos jatos situados na caixa dc enxaguc 13, bomba dc baixa pressãoJ_4 c a água desmineralizada dc cnxágüe é coletada no tanque dccnxágüe 1_2, dentro do qual cia escoa da caixa dc enxague 13. Osistema dc distribuição dc água de baixa pressão para enxágüc dacorreia transportadora c conectado ao circuito independente. Acorreia transportadora molhada 1 é então finalmente secada nocanal de secagem inferior 3, dentro do qual um ar de secagem ésoprado do canal de secagem superior através da tubulação, naqual o segundo ventilador auxiliar 20 é instalado, enquanto o argasto molhado é conduzido para fora do canal dc secagem inferior3 através da descarga dc ar gasto molhado j_8.

A llgura 2 mostra a construção do tanque de reenlumcscimento. Otanque dc rccntumescimcnto 7 nesta versão consiste no tanque 21com um fundo oblíquo, no ponto mais baixo do qual está situada aválvula de descarga 22 para deixar sair o produto e a solução dcsais dc rccntumescimcnto. A correia transportadora conduzidapelo par dc rolos carregadores dianteiros 23, que simultaneamenteespecifica a imersão da correia transportadora na solução salinaaquosa dc rccntumescimcnto 24, com o que o tanque 2\_ é enchido,atravessa o tanque 21.

A figura 3 mostra a construção do dispositivo de coleta e limpeza9. O dispositivo dc coleta e limpeza 9 nesta versão consiste naarmação lateral 25, o limpador de polímero mecânico é situadosobre o conjunto dc pressão dc aço inoxidável 27 com o conjuntodc pressão de mola 28. Hssc conjunto dc pressão dc mola 28 éformado pelo parafuso de rcgulagem de impulso 34 com arruela,sobre o qual aminoácido mola 35 é colocado. O dispositivo decoleta e limpeza 9 é ainda formado por jatos de alta pressão 26,unidos no sistema de distribuição de tubos de aço inoxidável dcsuporte fixados na armação 25, que permitem o cnxágüe a umângulo dc 45° a 80°. O sistema de distribuição dc tubos dc açoinoxidável 30, é equipado com a rcgulagem altitudinal, que é presapelos parafusos dc rcgulagcm 3L O limpador inferior c olimpador superior 29, com as escovas de polímero 32 que sãofixadas na armação superior 33, ao passo que a correiatransportadora l passa entre os limpadores, são firmementesituadas cm seu lado interno e também externo atrás do limpadormecânico 27, para limpe/a do lado interno da correiatransportadora. A corrcia transportadora é equipada com olimpador dc polímero inferior e também com o limpador dcpolímero superior 29 para o tratamento final do lado interno ctambém do lado externo da corrcia transportadora 1 no ponto deseu caminho para fora da armação 25.

A função do dispositivo dc coleta e limpeza 9 é guiada para alinha dc produção através do tanque dc rcentumcscimenlo 7, doqual a corrcia transportadora 1_ passa para fora já da seção inferiordo dispositivo, portanto na direção oposta. Ii óbvio que o produtoaplicado na seção do dispositivo superior sobre a corrciatransportadora 1 está agora virado para baixo na posição vertical.

O método para sua remoção da corrcia transportadora baseia-se nofato dc que o limpador mecânico 27 e também os jatos de altapressão 26 afetam cm cooperação o produto aderido ao ladoexterno da correia transportadora i. O produto sobre a correiatransportadora l é primeiro levado para o enxágüc de alta pressão,que é garantido pelo sistema de distribuição de pressão da soluçãosalina aquosa distribuída pelos jatos de pressão 26, que operam aum ângulo de 40° a 80° contra o limpador mecânico 27 com omecanismo de pressão de mola 28, cuja inclinação em relação àcorreia transportadora 1 também é controlável na faixa de 5o a15o. Os limpadores inferiores e superiores 29 firmemente fixados,com as escovas de polímero, que simultaneamente efetuam otratamento final da correia transportadora 1 sobre seu lado internoe também seu lado externo, são montados atrás do limpador depolímero mecânico dc molas 27 sobre o conjunto de pressão deaço inoxidável 28. A correia transportadora 1 deixa a armação 25pelos limpadores de polímero inferior e superior 29, pelos quaisela c finalmente tratada em ambos os lados.Λ figura 4 mostra a construção da caixa de enxague 1_3. Λ caixade enxague 13 nesta versão é formada pela parte superior 36 coma tampa 43 c a parte inferior 37 com a descarga 38 conectadas,entre as quais passa a correia transportadora \ ao passo que estaspartes são conectadas à armação da máquina de modelagem 39.Além disso, o jato de enxague superior 40 conectado ao tubo deabastecimento de água de enxague 4j_ é montado na parte superior36 c da mesma forma o jato de enxague inferior 42 conectado aotubo de abastecimento 41 é montado na seção inferior 37. Oslimpadores de polímero ajustáveis 44 são fixados nos dois ladosda seção superior 36 para remover a água da correiatransportadora c da mesma maneira os limpadores 45 são fixadosnos dois lados da parte inferior 37. A caixa de enxague 13 é fixadaà armação da máquina de modelagem 39 pelos segmentos demontagem superiores e inferiores 46 e 47.

UTILlDADli INDUSTRIAL

A presente invenção pode usada na produção dos imobilizados,que destinam-se a aplicações na indústria alimentícia, farmácia eno tratamento de águas servidas, cm particular na remoçãobiológica de compostos de nitrogênio da água potável, da água deabastecimento c de águas servidas (águas servidas de despejos,agrícolas, municipais, industriais), presentes onde várioscompostos de nitrogênio são convertidos em nitrogênio gasosopela atividade fisiológica de bactérias nitrificantcs cdcsnitrificantes, e ainda no processo de produção de ácido láctico,etanol, glicose c melaços de glicose-frutose, na hidrólise delactose era D-galactose e na produção de galactooligossacarídocs.Todos eles são produzidos por meio do dispositivo que ofereceprodução industrial contínua com capacidade de 1 kg a 10 kg dosimobilizados da marca LcntiKats por hora.

O dispositivo para a produção dos imobilizados, destinado àindústria alimentícia, aplicações de farmácia e ao tratamento deáguas servidas, pode ser usado em produção contínua.

LISTA DE SÍMBOLOS RELACIONADOS1 - correia transportadora com acionamento controlado

2 - canal de secagem superior

3 - canal de secagem inferior

4 - fonte de ar de secagem - desumidificador de adsorção contínua

5 - elementos de aquecimento na tubulação de ar

6 - sistema de distribuição de ar de secagem

7 - tanque de reentumescimento na seção inferior do dispositivode modelagem de produção

8 - reservatório de coleta com resfriamento

9 - dispositivo de coleta de alta pressão

10 — bomba de alta pressão

11 - bomba de distribuição de baixa pressão

12 - tanque de cnxágüe

13 - caixa de enxágüc

14 -bomba de enxágüc de baixa pressão

1 5 - tanque de pressão temperado de 10 1 a 12 1

16 - compressor

17 - cabeçote de modelagem por gotejamento

18 - descarga de ar úmido residual

19 - o primeiro ventilador

20 - o segundo ventilador

21 - tanque

22 - válvula de escape

23 - rolo carregador

24 - solução salina de reentumescimento

25 - armação lateral

26 - jatos

27 - limpador mecânico

28 - mecanismo de pressão de mola

29 - limpador superior, inferior

30 - tubo de distribuição

31 - parafusos de ajuste

32 - escova

33 - armação protetora superior

34 - parafuso de rcgulagem de impulso35 - mola

36 - seção superior da caixa

37 -seção inferior da caixa

38 - descarga

39 - armação da máquina de modelagem

40 - jato de enxágüe superior

41 - lubo de abastecimento

42 - jato de enxágüe inferior

43 - tampa

44 - limpador ajustável

45 - limpador

46 - segmento de montagem superior

47 - segmento de montagem inferior

Claims (17)

1. "Método para Produção Industrial de Biocatalisadorcs comMaterial Bioativo na Forma de Enzimas Imobilizadas, ouMicroorganismos Imobilizados cm Álcool Polivinílico Gel, c seuuso, e Dispositivos para sua Produção" caracterizado por ser ummétodo para a produção industrial de biocatalisadores commaterial biologicamente ativo na forma de enzimas oumicroorganismos imobilizados que são imobilizados em álcoolpolivinílico gel e uso dos mesmos, onde o material biológicoativo, formado pela mistura de catalisador enzimático nativo livreou pré-tratado (agregado), ou microorganismo de produção, ouparte dos mesmos, c do álcool polivinílico gel, é usado para suaprodução industrial, a mistura é gclificada e modelada cm umacorrente de ar de secagem na faixa de temperatura de 80°C a 150Cconsiderando a extensão do material biologicamente ativo, àproporção geométrica de biocatalisador da superfície para ovolume mantida maior que 7 mm'1, e conseqüente osbiocatalisadores assim preparados podem ser cultivados ouarmazenados e em seguida usados cm processos biotecnológicosnas condições, que garantem ao processo biotecnológico dadomaior produtividade, maior estabilidade de produção e cnzimática,uso prolongado c repetido ou controle definível do processo comconseqüente separação fácil do biocatalisador.

2. "Método para Produção Industrial de Biocatalisadores comMaterial Bioativo na J;orma de Enzimas Imobilizadas, ouMicroorganismos Imobilizados em Álcool Polivinílico Gel, e seuuso, c Dispositivos para sua Produção", de acordo com areivindicação 1, caracterizado onde o biocatalisador produzidoindustrialmente é repetidamente usado em repetidas fermentaçõesintermitentes ou em repetidas fermentações contínuas ou semi-iηtermitentes.

3. "Método para Produção Industrial de Biocatalisadores comMaterial Bioativo na forma de Enzimas Imobilizadas, ouMicroorganismos Imobilizados em Álcool Polivinílico Gel, e seuuso, e Dispositivos para sua Produção", de acordo com areivindicação 1 ou 2, caracterizado onde microorganismosnitriHcantes são cncapsulados no álcool polivinílico gel para apreparação do biocatalisador, destinado à remoção de poluição denitrogênio de águas servidas, e o biocatalisador é modelado naforma de lentes ou de correias pequenas, c consequentemente osimobilizados são cultivados em meio nutriente aquoso com o teorde substrato de nitrogênio de 50 mg/l a 500 mg/l de N-NH4, apll 7,0, à temperatura de 20°C a 35°C, e a concentração deoxigênio dissolvido maior que 1,5 mg/l.

4. "Método para Produção Industrial de Biocatalisadores comMaterial Bioativo na Forma de Hnzimas Imobilizadas, ouMicroorganismos Imobilizados cm Álcool Polivinílico Gel, c seuuso, e Dispositivos para sua Produção", de acordo com areivindicação 1 ou 2, caracterizado onde microorganismosdcsnitrificantcs são cncapsulados cm álcool polivinílico gel para apreparação do biocatalisador, destinado à remoção de poluição denitrogênio de águas servidas, e o biocatalisador é então modeladona forma de lentilhas ou fitas, e consequentemente os imobilizadossão cultivados em um meio nutriente aquoso com um teor desubstrato de nitrogênio de 50 mg/l a 500 mg/l de N-NO3, pi 1 7,8, àtemperatura de 20°C a 35°C, e na presença de metanol como umsubstrato de C no caso de microorganismos desnitrificantcs.

5. "Método para Produção Industrial de Biocatalisadores comMaterial Bioativo na Forma de Hnzimas Imobilizadas, ouMicroorganismos Imobilizados em Álcool Polivinílico Gel, c seuuso, c Dispositivos para sua Produção", de acordo com areivindicação 1 ou 2, caracterizado onde bactérias anacróbicasZymomonas mobilis são encapsuladas no álcool polivinílico gelpara a preparação do biocatalisador, destinado à produção dectanol a partir de substratos de sacarídeos, e o biocatalisador éentão modelado na forma de lentes ou de correias pequenas, econsequentemente os imobilizados são cultivados em um meionutriente aquoso com o teor de substrato de sacarídeo de 2% a-25% cm peso à temperatura de 20°C a 40°C e pi-I 3,5 a 7,0, napresença de ctanol de 1% a 15% em peso.

6. "Metodo para Produção Industrial de Biocatalisadores comMaterial Bioativo na Forma de Enzimas Imobilizadas, ouMicroorganismos Imobilizados em Álcool Polivinílico Gel, e seuuso, e Dispositivos para sua Produção", de acordo com areivindicação 1 ou 2, caracterizado onde bactérias termofílicasBacillus coagulam são encapsuladas no álcool polivinílico gelpara a preparação do biocatalisador, destinado à produção deácido láctico a partir de substratos de sacarídeos, e obiocatalisador é então modelado na forma de lentes ou de correiaspequenas, c consequentemente os imobilizados são cultivados cmum meio nutriente aquoso com o teor de substrato de sacarídco de- 2% a 14% cm peso à temperatura de 30 a 60°C e pi 1 5,0 a 7,5, napresença de ácido láctico ou seus sais de 1% a 12% em peso.

7. "Método para Produção Industrial de Biocatalisadorcs comMaterial Bioativo na Forma de Enzimas Imobilizadas, ouMicroorganismos Imobilizados em Álcool Polivinílico Gel, c seuuso, e Dispositivos para sua Produção", de acordo com areivindicação 5, caracterizado onde a cepa Bacillus coagulansCCM 4318 é de preferência usada para a produção.

8. "Método para Produção Industrial de Biocatalisadores comMaterial Bioativo na Forma de Enzimas Imobilizadas, ouMicroorganismos Imobilizados em Álcool Polivinílico Gel, e seuuso, c Dispositivos para sua Produção", dc acordo com areivindicação 1 ou 2, caracterizado onde a enzima glicoamilase écncapsulada cm um álcool polivinílico gel para a preparação dobiocatalisador, destinado à hidrólise de substratos de amido ccelulose, e o biocatalisador é modelado na forma de lentilhas oufitas.

9. "Método para Produção Industrial de Biocatalisadores comMaterial Bioativo na Forma de Enzimas Imobilizadas, ouMicroorganismos Imobilizados em Álcool Polivinílico Gel, e seuuso, e Dispositivos para sua Produção", de acordo com areivindicação 1 ou 2, caracterizado onde a enzima invertase éencapsulada no álcool polivinílico gel para a preparação debiocatalisador, destinados à hidrólise de substratos de sacarose, e obiocatalisador c modelado na forma dc lentes ou de correiaspequenas.

10. ttMelodo para Produção Industrial de Biocatalisadores comMaterial Bioativo na Forma de Hnzimas Imobilizadas, ouMicroorganismos Imobilizados cm Álcool Polivinílico Gel, c seuuso, c Dispositivos para sua Produção", dc acordo com areivindicação 1 ou 2, caracterizado onde a enzimaβ-galactosidase c encapsulada no álcool polivinílico gel para apreparação do biocatalisador, destinado à hidrólise de lactose e àprodução de D-galactose, D-glicose e galactooligossacarídeos, e obiocatalisador c modelado na forma dc lentes ou dc correiaspequenas.

11. "Método para Produção Industrial de Biocatalisadorcs comMaterial Bioativo na Forma de Enzimas Imobilizadas, ouMicroorganismos Imobilizados cm Álcool Polivinílico Gel, e seuuso, e Dispositivos para sua Produção", de acordo com areivindicação 1 ou 2 ou 9, caracterizado onde a enzima assimimobilizada c usada na hidrólise dc soluções de sacarosc com umteor dc 2% a 50% em peso de substrato de sacarídeo à temperaturade 20°C a 50°C e pFI = 3,5 a 7,0.

12. "Método para Produção Industrial de Biocatalisadores comMaterial Bioativo na Forma de Enzimas Imobilizadas, ouMicroorganismos Imobilizados em Álcool Polivinílico Gel, c seuuso, e Dispositivos para sua Produção" caracterizado por ser ummétodo para uso dc glicoamilase encapsulada cm álcoolpolivinílico gel na preparação de D-glicose de acordo com asreivindicações 1 ou 2 ou 8, onde a enzima assim imobilizada éusada na hidrólise dc sacarídeos superiores, preparados porhidrólise de amido parcial com 2% a 40% em peso de teor desubstrato dc sacarídeo, à temperatura de 20°C a 45°C e pl l 3,5 a 7.

13. "Método para Produção Industrial de Biocatalisadorcs comMaterial Bioativo na Forma de E^nzimas Imobilizadas, ouMicroorganismos Imobilizados em Álcool Polivinílico Gel, e seuuso, e Dispositivos para sua Produção", de acordo com areivindicação 12, caracterizado onde a glicoamilase imobilizada éusada na sacarificação de substrato contendo amido na produçãofermentativa de ctanol.

14. "Método para Produção Industrial de Biocatalisadores comMaterial Bioativo na Forma de Enzimas Imobilizadas, ouMicroorganismos Imobilizados em Álcool Polivinílico Gel, e seuuso, c Dispositivos para sua Produção", de acordo com areivindicação 12, caracterizado onde a glicoamilase imobilizada éusada na sacarificação de substrato contendo amido no processode produção fermentativa de ácido láctico.

15. "Método para Produção Industrial de Biocatalisadores comMaterial Bioativo na Forma de Enzimas Imobilizadas, ouMicroorganismos Imobilizados em Álcool Polivinílico Gel, c seuuso, c Dispositivos para sua Produção" caracterizado por ser ummétodo de uso de β-galactosidase encapsulada em álcoolpolivinílico gel na preparação de D-galactose, D-glicosc egalactooligossacarídeos de acordo com as reivindicações 1 ou 2 ou-10, onde a enzima assim imobilizada é usada na hidrólise desoluções de lactosc com 2% a 40% cm peso de teor de substratode sacarídeo à temperatura de 20°C a 60°C e pll 3,5 a 7.

16. "Método para Produção Industrial de Biocatalisadores comMaterial Bioativo na Forma de Enzimas Imobilizadas, ouMicroorganismos Imobilizados em Álcool Polivinílico Gel, e seuuso, e Dispositivos para sua Produção" caracterizado por ser umdispositivo de produção industrial, que proporciona otimização dovolume de carrcador biológico e da superfície dependendo daextensão de material biologicamentc ativo, que consiste cm ummecanismo de modelagem (17) montado na frente de um canal desecagem (2), através do qual passa uma correia transportadoracontínua (1), de acordo com a reivindicação 1, onde o dispositivoé equipado com pelo menos um cabeçote de modelagem (17) comduas séries de injetores de agulha de modelagem conectados a umtanque de pressão temperado (15) e um compressor (16), a correiatransportadora (1) e um sistema de secagem - a fonte (4) de ar desecagem, que é soprado por meio de um ventilador para dentro deum sistema de distribuição de ar (6) com elementos deaquecimento incorporados (5), que atinge o canal de secagemsuperior (2), c depois o canal de secagem final inferior (3) e umtanque de recntumescimento (7), entre os quais está montado umdispositivo de limpeza c coleta (9), projetado com base emlimpeza mecânica c enxague de alta pressão, que c conectado auma tubulação com uma bomba de alta pressão (10) e uma bombade baixa pressão (11) integradas que atingem um reservatório decoleta (8) com resfriamento c depois uma caixa de enxague (13)para limpeza final da correia transportadora contínua (1) por jatosconectados à bomba de baixa pressão (14), que é conectada a umtanque de enxague (12) por tubulação.

17. "Método para Produção Industrial de Biocatalisadores comMaterial Bioativo na Forma de Enzimas Imobilizadas, ouMicroorganismos Imobilizados em Álcool Polivinílico Gel, c seuuso, c Dispositivos para sua Produção", de acordo com areivindicação 14, caracterizado onde seu dispositivo de coleta (9)c formado por uma armação (25), na qual o limpador mecânico(27), com o mecanismo de pressão de mola (28), e os jatos de altapressão (26), fixados à armação (25) a um ângulo de 45° a 80°, sãomontados, ao passo que o limpador superior (29) com uma escovapara limpeza da parte interna da correia transportadora (1) éfirmemente montado em seu lado interno e oposto ao limpadormecânico (27) e a correia transportadora (1) é equipada com olimpador inferior (29) para limpeza final no ponto de sua saída daarmação (25).