BRPI0903273A2 - produÇço biotecnolàgica de xilitol a partir do bagaÇo de cana-de-aÇécar orgÂnico - Google Patents
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Abstract
PRODUÇçO BIOTECNOLàGICA DE XILITOL A PARTIR DO BAGAÇO DE CANA-DE-AÇéCAR ORGÂNICO. É iniciada com o bagaço da cana-de-açúcar orgânico 1, que passa pelo processo de lavagem 2, para retirada de sílica, terra e resíduos agrícolas, depois pela hidrólise 3, que separa a hemicelulose da celulose e lignina, passa pela decantação 4, segue para o concentrador A 5, que concentra em 5 vezes o volume inicial e logo após passa pelo processo de purificação 6 com seus processos de troca aniônicas e catiônicas que podem ser substituidas por carvão ativado, pela esterilização 7, para evitar a presença de microorganismos que atrapalhem a produção e o metabolismo no próximo processo que é a fermentação 8, onde se consegue uma parte sólida e uma parte líquida. A parte sólida segue para secagem e é empregada em rações, já a parte líquida, segue para o Concentrador B 11, que concentra em até 16 vezes o volume inicial e depois passa pela purificação 12, também por colunas de troca anlônicas e catiônicas e por cristalização 13 dá origem ao xilitol puro 14.
Description
PRODUÇÃO BIOTECNOLÓGICA DE XILITOL A PARTIR DO BAGAÇO DECANA-DE-AÇÚCAR ORGÂNICO
A presente invenção refere-se a um método de produção de xilitolatravés do emprego de um hidrolisado contendo xilose, proveniente de bagaçode cana de açúcar orgânico, ou seja, processos para obtenção de xilitol debagaço de cana de açúcar orgânico, tais como: hidrolise ácida (0,2-5,0%),purificação do hidrolisado, fermentação para produção de xilitol, purificação doxilitol e cristalização.
O xilitol é um adoçante produzido pelo corpo humano e também a partirda conversão da xilose por um processo químico ou um processo fermentativousando microrganismos. Embora o xilitol também seja calórico, cada gramacontém apenas 2,4 kcal. Por não causar cáries têm sido amplamenteempregado na indústria de alimentos na produção de goma de mascar, balas,etc. Esse adoçante também é bastante usado na indústria de alimentos comocomplemento ao manitol e sorbitol para adoçar balas, chicletes, etc., mas emmenor escala.
A produção de xilitol pode ser dada por duas vias: a química e abiológica ou biotecnológica.
Atualmente o xilitol é produzido em escala industrial por via química apartir de resíduos lignocelulósicos ricos em xilana, o qual inclui quatro passosbásicos: hidrólise ácida de material vegetal, purificação do hidrolisado até aobtenção de xilose pura, hidrogenação catalítica da xilose em xilitol efinalmente cristalização do xilitol. Entretanto, nesta via química é difícil alcançaralto rendimento (50-60% de xilose é convertida a xilitol), principalmente peloalto custo dos processos de recuperação e purificação da xilose e do xilitol.Já na via biológica ou biotecnológica, o metabolismo de xilose emleveduras ocorre em dois passos principais com a participação das enzimasxilose redutase que converte xilose em xilitol com a participação de NAD(P).Dentre os fatores reguladores desta bioconversão destacam-se a concentraçãode xilose, a idade e concentração do inóculo, o pH, a temperatura e aconcentração de oxigênio. No caso de hidrolisados hemicelulósicos, além dosaçúcares, tem-se a presença de compostos tóxicos à levedura, como ácidoacético e fenólicos, que podem inibir a bioconversão de xilose em xilitol emfunção da concentração em que se encontram no meio.
Para a produção biotecnológica é necessária a utilização de materialorgânico no caso do processo aqui descrito o bagaço da cana-de-açúcar. Epara sua utilização ele tem que passar por um processo de preparação. Opreparo do bagaço é uma das operações mais importantes do processo derealização da hidrólise, pois quanto menor a fibra, melhor. Quando a fibra émenor, maior é sua área de contato e conseqüentemente maior eficiência. Aqualidade da cana também é importante, quanto mais fibra, melhor. Apóspassar por um processo de separação de fibras, o material será encaminhadoa um tanque para uma breve lavagem onde será feita a retirada de materiaisindesejáveis tais como sílica, terra, etc. O bagaço será adicionado uma soluçãoácida ou enzimática, podendo ser usado os ácidos sulfúricos ou carbônicos ouácidos de Lewis ou enzimas em substituição ao ácido. No caso da hidrólisecom ácido carbônico, será realizada uma hidrólise prévia a explosão com altapressão. Já no caso da hidrólise com ácido sulfúrico será realizada a hidrólisecom alta temperatura de 120°C e alta pressão (1bar) e no caso de hidróliseenzimática usam-se enzimas produzidas por microorganismos. A última é amais recomendada no caso da produção de produtos orgânicos, embora aindaseja o processo mais caro devido aos custos das enzimas. Após, o materialdeverá ser conduzido a um tanque de decantação onde permanecerá por atétrês horas. Depois da decantação, o material será conduzido a um sistema deseparação sólido/líquido que poderá ser feito por centrífuga ou filtro prensa oumembranas. Em seguida o bagaço, depois de hidrolisado, tem em suacomposição apenas celulose e lignina. A fração hemicelulósica fica na partelíquida. O bagaço deverá passar por um processo de lavagem, onde seráretirada a fração ácida que resta. Após essa lavagem, o material voltará aoprocesso de secagem até chegar a uma umidade de nível aceitável para serqueimado na caldeira ou utilizado no preparo de ração animal oucompensados, etc. A parte líquida será conduzida a um tanque denominadoConcentrador A, a uma temperatura de 70°C e com auxílio de uma bomba avácuo acoplada e um condensador de água que concentrará em 5 vezes seuvolume inicial. Esse processo tem um tempo aproximado de quatro horas,dependendo da eficiência dos equipamentos. O principal objetivo desteprocesso é fazer a retirada da água existente no caldo.
O resultado no tanque Concentrador A, que é o concentrado, precisa serpurificado. O processo de purificação do concentrado é realizado através detrocas aniônicas e catiônicas em colunas independentes, que podem sersubstituídas por carvão ativado. Sendo três aniônicas e uma catiônica. Ascolunas receberão as resinas onde o hidrolisado, já concentrado, passará deforma contínua em cada uma delas em uma faixa de temperatura de 30 e 55°C.Este processo demora em média três horas.
Em seguida é necessário se preparar o meio de cultura. O meio decultura será preparado em um tanque, onde serão adicionados váriosnutrientes, sulfato de amônia, cloreto de cálcio e extrato de arroz, que servirãode alimentos para o crescimento do microorganismo, a levedura. Após adiluição dos nutrientes se faz necessária a esterilização do material, pois apresença de outros tipos de bactéria podem ser indesejáveis e prejudiciais aodesempenho da fermentação e do metabolismo do xilitol. O material é aquecidode 100-120°C durante 10-20 minutos e depois resfriado a 30°C. O materialtambém pode ser esterilizado por uso de membranas esterilizantes.
Uma questão deve ser atentada neste processo de cultura: osparâmetros de entrada e saída são os mesmos, ou seja, o volume de entrada éo mesmo volume de saída não havendo perda ou ganho de volume,possibilitando o uso do tanque da autoclave para este processo diminuindo oinvestimento em equipamentos. Quando se utilizar a esterilização pormembranas não se utilizará a autoclave, e o processo fica mais rápido e maiseconômico.
Depois do preparo do meio de cultura dá-se início ao processofermentativo. O processo fermentativo é um dos processos mais críticos daindústria, há sempre necessidade de um acompanhamento periódico por partedos técnicos, é neste processo que acontece grande parte das contaminaçõespor microorganismos que disputam os nutrientes do meio com a leveduraprejudicando o processo de transformação da xilose em xilitol. Após oresfriamento do mosto, este receberá leveduras, 10% (v/v), e fermentará sobagitação de 300 rpm, com aeração de 0,7 a 1,3 vvm a 30°C por 72 a 120 horas.Após a produção do xilitol, o meio contendo levedura será conduzido àcentrifugação para retirada das leveduras, separação sólido/líquido sendo:centrífuga, filtro prensa ou membranas. A parte sólida será conduzida a umprocesso de secagem, onde será embalada e vendida como fonte de proteína,ração animal. A parte líquida será conduzida a um tanque denominadoConcentrador B1 a uma temperatura de 70°C, e com auxílio de uma bomba avácuo acoplada a um condensador, concentrará em 16 vezes seu volumeinicial. Esse processo tem um tempo aproximado de 10 horas.
O processo de purificação do concentrado é realizado através de resinasde trocas aniônicas e catiônicas em colunas independentes, que podem sersubstituídas por carvão ativado. Sendo três aniônicas e uma catiônica. Ascolunas receberão as resinas onde o fermentado, já concentrado, passará deforma contínua em cada uma delas em uma faixa de temperatura de 30 a 55°C.Este processo demora em média 3 horas e há uma diminuição naconcentração da xilitol devido às perdas na etapa de purificação do caldofermentado, em média 10%.
Após a saída da última coluna de troca catiônica, teremos um xaropeconcentrado de xilitol isento de impurezas, com um poder adoçante igual ao dasacarose. Este xarope deverá ser armazenado em tanques, a uma temperaturade até 30°C, para posteriormente ser levado ao processo de cristalização. Oprocesso de cristalização é semelhante ao da sacarose, somente diferenciandoque é preciso adicionar álcool a solução de xilitol, na proporção de 50%.
A produção biotecnológica de xilitol a partir do bagaço de cana-de-açúcar orgânico é melhor compreendido na figura anexa onde:
A figura 1 é o esquema das etapas do processo.
A produção biotecnológica de xilitol a partir do bagaço da cana-de-açúcar orgânico é iniciada com o bagaço da cana-de-açúcar orgânico 1, quepassa pelo processo de lavagem 2, para retirada de sílica, terra e resíduosagrícolas, depois pela hidrólise 3, que separa a hemicelulose da celulose elignina, passa pela decantação 4, segue para o concentrador A 5, queconcentra em 5 vezes o volume inicial e logo após passa pelo processo depurificação 6 com seus processos de troca aniônicas e catiônicas que podemser substituídas por carvão ativado, pela esterilização 7, para evitar a presençade microorganismos que atrapalhem a produção e o metabolismo no próximoprocesso que é a fermentação 8, onde se consegue uma parte sólida e umaparte líquida. A parte sólida segue para secagem e é empregada em rações, jáa parte líquida, segue para o Concentrador B 11, que concentra em até 16vezes o volume inicial e depois passa pela purificação 12, também por colunasde troca aniônicas e catiônicas e por cristalização 13 dá origem ao xilitol puro 14.
A produção biotecnológico de xilitol a partir do bagaço de cana-de-açúcar orgânico inova em utilizar o sistema biotecnológico para produção emescala industrial ao invés do processo químico, aumentando o rendimento daquantidade final de xilitol maior e com custo mais baixo.
Obviamente será percebido que, enquanto o acima foi descrito por formade exemplo ilustrativo desta invenção, todas as outras modificações evariações feitas a esta invenção, na forma que seria aparente aos especialistasna técnica, são consideradas dentro do amplo escopo e âmbito desta invenção.
Claims (2)
1. PRODUÇÃO BIOTECNOLÓGICA DE XILITOL A PARTIR DO BAGAÇODE CANA-DE-AÇÚCAR ORGÂNICO" caracterizada por utilizar o meiobiotecnológico de fabricação do xilitol em escala industrial aumentando orendimento em relação à quantidade utilizada de matéria-prima e diminuindo ocusto com o processo.
2. PRODUÇÃO BIOTECNOLÓGICA DE XILITOL A PARTIR DO BAGAÇODE CANA-DE-AÇÚCAR ORGÂNICO" caracterizada por utilizar bagaço dacana-de-açúcar como matéria-prima fonte de hemicelulose para a produção dexilitol.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BRPI0903273 BRPI0903273A2 (pt) | 2009-09-01 | 2009-09-01 | produÇço biotecnolàgica de xilitol a partir do bagaÇo de cana-de-aÇécar orgÂnico |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (1)
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| BRPI0903273A2 true BRPI0903273A2 (pt) | 2011-05-10 |
Family
ID=43939762
Family Applications (1)
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| Country | Link |
|---|---|
| BR (1) | BRPI0903273A2 (pt) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022000060A1 (pt) * | 2020-06-28 | 2022-01-06 | Universidade Estadual De Campinas | Processo contínuo de purificação de xilitol biotecnológico |
-
2009
- 2009-09-01 BR BRPI0903273 patent/BRPI0903273A2/pt not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022000060A1 (pt) * | 2020-06-28 | 2022-01-06 | Universidade Estadual De Campinas | Processo contínuo de purificação de xilitol biotecnológico |
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| B03A | Publication of an application: publication of a patent application or of a certificate of addition of invention | ||
| B06F | Objections, documents and/or translations needed after an examination request according art. 34 industrial property law | ||
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| B12C | Appeal: appeal against dismissal | ||
| B08F | Application fees: dismissal - article 86 of industrial property law |
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