Estudo da viabilidade do soro de queijo para produção de bioetanol

Bárbara C. F. Bonalume, Grace O. Franzoi, Jéssica M. Freitas, Vanessa A. F. de Carvalho, Verônica A. Sasaki, José A. D. Rodrigues e Suzana M. Ratusznei

Departamento de Engenharia Química e de Alimentos, Escola de Engenharia Mauá, Instituto Mauá de Tecnologia, São Caetano do Sul, SP, BR. E-mail: rodrigues@maua.br, ratusznei@maua.br

RESUMO

Inicialmente investigou-se o desempenho de células livres de Kluyveromyces lactis e Kluyveromyces marxianus no aproveitamento do soro de queijo para a produção de etanol. Obteve-se melhor desempenho para Kluyveromyces marxianus. Verificou-se, também, o desempenho, desta levedura, na produção de etanol em diferentes meios de cultivo: soro de queijo reconstituído (SQR); soro de queijo reconstituído, esterilizado e filtrado (SQRE) e soro de queijo reconstituído, acidificado, esterilizado e filtrado (SQRAE). Os resultados foram similares, desta forma, foi possível produzir etanol a partir do aproveitamento do soro de queijo sem o tratamento prévio de acidificação, aquecimento e filtração do substrato. Posteriormente foram realizados ensaios com células imobilizadas de Kluyveromyces marxianus, em biorreator, de 10 L, BIOFLO 2000 (32oC, pH 5,0 e 300 rpm), sem dispositivo interno para manter as células imobilizadas submersas, e em biorreator, de 6,0 L, de acrílico (32oC, pH 5,0 e 100 rpm) com dispositivo interno que mantinha as células imobilizadas submersas no meio de cultivo. Os melhores resultados foram obtidos para a operação em biorreator, com dispositivo interno que possibilitou que as células imobilizadas permanecessem submersas e, também, que houvesse a renovação do meio de cultivo, repetindo-se a batelada. Foram obtidos valores de fator de conversão entre produto e substrato, rendimento e produtividade em etanol de, respectivamente: 0,38 gP/gS, 73,9% e 1,82 g/L.h, para concentração de soro de queijo de 150 g/L na operação em batelada, e de, respectivamente: 0,33 gP/gS, 64,8% e 2,28 g/L.h, para concentração de soro de queijo de 218 g/L, na operação em batelada repetida. Estes valores foram superiores quando comparados aos obtidos em condições de cultivo e operação semelhantes, porém com células livres de Kluyveromyces marxianus.

1. INTRODUÇÃO

O mercado brasileiro de laticínios apresentou em 2014 cerca de R$ 55,2 bilhões em faturamento líquido, segundo a Associação Brasileira das Indústrias da Alimentação, sendo um dos principais setores da indústria no Brasil. A Associação Brasileira das Indústrias de Queijo (Abiq) estima que a produção nacional de queijos em 2014 tenha atingido 1,1 milhão de toneladas, um aumento de 7% em relação a 2013 (Scarcelli, 2015).

O soro de queijo é um subproduto da indústria de laticínios, sendo produzido durante coagulação da caseína do leite em uma das etapas de produção do queijo. Como é produzido em grandes quantidades (9 kg de soro/kg de queijo) e tem alta carga poluidora (30 a 50 gDBO/L), pode representar um problema ambiental significativo. No entanto, mantém muitos dos nutrientes do leite, incluindo proteínas funcionais, peptídeos, lipídios, lactose, vitaminas e minerais. Dessa forma, possui um vasto potencial como fonte de compostos de valor agregado, desafiando a indústria a enfrentar o excedente do soro de queijo como um recurso valioso, e não apenas como um resíduo problemático (Guimarães, Teixeira e Domingues, 2010).

Estudos estão sendo realizados para obtenção de produtos com valor agregado a partir do excedente do soro de queijo como por exemplo: etanol, butanol, ácidos, hidrogênio, metano, entre outros (Mussatto, et al. 2010; Raganati, et al. 2013; Lund, et al. 1992; Lima, et al. 2015; Lovato, et al. 2016). Uma das possibilidades de aproveitamento do soro de queijo em bioprocessos é a sua utilização para a produção de etanol por leveduras da espécie Kluyveromyces (Zafar e Owais, M., 2006; Guimarães et al., 2010).

Com a demanda de energia cada vez maior, esforços têm sido feitos visando reduzir a dependência de fontes não renováveis de energia, optando-se pela produção, no caso do etanol, por exemplo, pela fermentação de resíduos agrícolas e agroindustriais. Aproximadamente 80% do etanol mundial é produzido via fermentação de açúcar e amido de plantas ou de subprodutos industriais. Porém, devido à crescente demanda por biocombustíveis, existe uma necessidade de aumentar o rendimento e diminuir os custos da produção, de modo que este produto possa ser disponibilizado a preços mais baixos. Uma das alternativas para otimizar o processo de produção de etanol é a imobilização das células, o que leva a maiores velocidades de fermentação, proporcionando densidades celulares mais elevadas por unidade de volume de fermentação (Shrestha, et al. 2012).

A produção do etanol utilizando o soro do queijo como matéria prima ainda é uma tecnologia em desenvolvimento (Ariyant et al. 2012) e pouco utilizada devido ao alto custo associado à sua produção (Ling, 2008). Entretanto existem algumas destilarias em países como Estados Unidos, Nova Zelândia e Irlanda que estão produzindo álcool em escala comercial a partir do soro do queijo (Silveira et al. 2005).

Diante do exposto, o objetivo deste trabalho foi estudar a viabilidade do aproveitamento do soro de queijo para a produção de etanol, avaliando-se, inicialmente, a capacidade das leveduras Kluyveromyces lactis e Kluyveromyces marxianus na produção deste biocombustivel e, posteriormente, o desempenho de células livres e imobilizadas da levedura que apresentar maior capacidade de produção, desta vez em diferentes meios de cultivo (SQR, SQRE e SQRAE) variando-se a concentração de substrato dos mesmos. Desta forma pretende-se minimizar os impactos ambientais causado por esse resíduo e ao mesmo tempo agregar um valor econômico para o mesmo.

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