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Estudo da viabilidade do soro de queijo para produção de bioetanol

Quimica e Derivados
24 de setembro de 2018
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    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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