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Patent Searching and Data


Title:
FERMENTATIVE PROCESS AND INTEGRATED SYSTEM FOR PRODUCING ORGANIC ACIDS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/112577
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to an integrated system for producing acids, preferably propionic acid and acetic acid, comprising a unit for producing the acids via a fermentative pathway (unit a) coupled to a unit for perstraction of the acids (unit b). Furthermore, the present invention relates to a process of continuous production of acids, preferably propionic acid and acetic acid, by microorganisms using the present system.

Inventors:
FARDELONE LUCIDIO (BR)
SAMENHO MORAN PAULO (BR)
RODRIGUES JOSÉ (BR)
DOS SANTOS DE JESUS TACIANE (BR)
PAIM VALENÇA GUSTAVO (BR)
NUNHEZ JOSÉ (BR)
Application Number:
PCT/BR2017/000149
Publication Date:
June 28, 2018
Filing Date:
December 19, 2017
Export Citation:
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Assignee:
UNIV ESTADUAL CAMPINAS UNICAMP (BR)
International Classes:
C12M1/12; B01D61/38; C12P7/52; C12P7/54; C12R1/01
Domestic Patent References:
WO2001056933A22001-08-09
Foreign References:
EP2723478B12015-07-29
CA2058438A11991-10-14
US20100226839A12010-09-09
FR2616354A11988-12-16
Other References:
CASCAVAL, D. ET AL.: "Fractionation of Carboxylic Acids Mixture Obtained by P. acidipropionici Fermentation Using Pertraction with tri-n-Octylamine and 1-Octanol", IND. ENG. CHEM. RES., vol. 52, no. 7, 2013, pages 2685 - 2692, XP055496690
NUCHNOI, P. ET AL.: "Extractive acidogenic fermentation by a supported liquid membrane", JOURNAL OF FERMENTATION TECHNOLOGY, vol. 65, no. 6, 1987, pages 699 - 702, XP025706048
BOYAVAL ET AL.: "Propionic acid production in a membrane bioreactor", ENZYME AND MICROBIAL TECHNOLOGY . 1994, vol. 16, no. 10, 1994, pages 883 - 886, XP023679640
HEEREMA, L. ET AL.: "In situ phenol removal from fed-batch fermentations of solvent tolerant Pseudomonas putida S 12 by pertraction", BIOCHEMICAL ENGINEERING JOURNAL, vol. 53, no. 3, 2011, pages 245 - 252, XP028128363
Attorney, Agent or Firm:
DE LA CERDA, Ciro (BR)
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Claims:
REIVINDICÃ.ÇÕES

1. Sistema integrado para. a produção de ácidos caracterizado pelo fato de compreender uma unidade de produção dos ácidos por via fermentativa (unidade a) acoplada a uma unidade de perstração dos ácidos (unidade fo) , em que a "unidade a" compreende :

- pelo menos um biorreator (ál);

- pelo menos uma bomba peristáltiea (a2); e

- pelo menos um filtro de retenção (a3) ,

em que a unidade "b" compreende:

- pelo menos duas membranas de fibra oca para separação de misturas (b.2) e (b3);

- pelo menos dois coletores/respiros (b1) e (b4);

- pelo menos uma bomba peristáltica (b5) ; e

pelo menos um recipiente (b6) para extraçâo/coleta/concentração dos ácidos.

2. Sistema integrado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de, alternativamente, a "unidade a" ser qualquer meio de produção dos ácidos.

3. Sistema integrado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a membrana de fibra oca (b2 e b3) ser acoplada ao sistema de perstração (unidade "b") .

4. Processo de obtenção continua de ácidos caracterizado peio fato de ser por via fermentativa e perstração dos ácidos em um. sistema continuo composto por biorreator./membrana de fibra oca; e compreender as etapas de:

1) Cultura e crescimento celular de microrganismo para adição no biorreator (a1);

2) Preparação do biorreator (a1): a. Inserir meio nutriente (fermentativo) no biorreator (a1)

b. Adição de suporte celular;

c. Esterilizar o biorreator com o meio nutriente e o suporte celular ;

d. Resfriamento ;

3) Inserção do microrganismo obtido na etapa 1) no biorreator (a1) ;:

4) Fermentação na unidade a:

a. Fermentação do meio nutriente e produção de ácidos no biorreator (a1) ;

b. Impulsão do meio nutriente com os ácidos obtidos na etapa 4.a contido ao biorreator (a1) pela bomba peristáltica (a2);

c. Retenção de qualquer particuiado do meio nutriente de 4. a pelo filtro de retenção (a3) ;

d. Entrada do meio nutriente com ácidos da etapa 4.c no sistema de perstração (unidade "b");

5) Perstração na unidade b:

a. Passagem do meio nutriente obtidos na etapa 4. d pelo coletor/respirador (b1);

b. Passagem do meio nutriente da etapa 5. a pela membrana de fibra oca impregnada (b2 ou b3) com uma solução compreendendo octanol e base intermediária presente rio reservatório (b6):

i. Impulsão da solução (fase superior) contida no reservatório b6 pela bomba (b5);

ii. Extração na membrana de fibra oca (b2 ou b3) dos ácidos pela solução de octanol e a base intermediária iii. Drenagem da .solução de octanol e. base intermediária obtida em S.b.ii para o reservatório (b6) e extração com base forte, formando duas fases liquidas; iv. Adição de base forte na fase liquida inferior da etapa 5. b . iii ;

v. Impulsão da fase liquida superior da etapa 5.b. iv;

vi. Repetição do processo peia Etapa 5.b.i;

c. Passagem do meio nutriente da etapa 5-b pelo coletor/respirador (b4) para controle de pressões e dreno do sistema (unidade a e b) ;

d. Entrada do meio nutriente da etapa 5.c no sistema fermentativo (unidade a) até o biorreator (a1) ;

e. Adição de meio nutriente compreendendo glicose no biorreator (ai) ;

f. Repetir as etapas 4. a a 5.e continuamente;

6) Obtenção dos ácidos a partir da fase liquida inferior obtida na etapa 5.b. iii presente no reservatório (b6) .

5. Processo, de acordo com a reivindicação 4, caraeterizado peio fato de o sistema continuo ser preferencialmente o sistema integrado para a produção de ácidos conforme definido em qualquer uma das relnvindicações 1 a 6.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato dos ácidos produzidos serem preferencialmente ácidos propiônico e acético.

7. Processo, de acordo com. a reivindicação 4, caracterizado pelo' fato do microrganismo da etapa 1 ser microrgan ismo , preferencialmente, bactéria..

8. Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato da bactéria ser Propíonibacterium acidίρropionici .

9. Processo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado peio fato do meio nutriente com glicose, preferencialmente na concentração de 80 g/L, ser adicionado ao biorrsator (al) quando a concentração de glicose do meio nutriente presente no bicrreator atingir entre 2 e 15 g/L.

10:. Processo,. de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de na etapa. 3 a concentração celular de bactérias variar entre 1 a 4 gramas de células/ 100ml de meio de cultura, preferencialmente, 2 gramas de células/ por 100ml de meio de cultura.

11. Processo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato do suporte celular compreender qualquer suporte selecionado dentre argilas; resinas poliméricas ; resinas catiônicas; resinas aniônieas; resinas de adsorçâo.

12. Processo, de acordo com a reivindicação 4 e 11, caracterizado pelo fato do suporte celular ser argila.

13. Processo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado peio fato do suporte celular ser, preferencialmente, Montmorilonita K-10.

14. Processo, de acordo com a reivindicação 4 e 13, caracterizado pelo fato da adição de montmorilonita K-10 ser variável entre 2,8 e 3,2 gramas/100m.l de meio de cultura, preferencialmente 3,0 g/100 mL de meio de cultura.

15. Processo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado peio fato de na etapa 5. a a fermentação ocorrer em temperatura variável entre 28 e 32 °C, faixa de pH entre 4 e 6, e ocorrer em condição de anaerobiose.

16. Processo, de acordo cora a reivindicação 4 e 1.5, caracterizado pelo fato de ria etapa 5. a, preferencialmente, a fermentação ocorrer à 30 °C e pH 5.

17. Processo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato da membrana de fibra oca (b2 ou b3) ser impregnada com uma solução compreendendo octanol e trí- n-oct ilaraina .

18. Processo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que na etapa 5.b a base ser forte e o octanol compreender tri-n-octilamina.

19. Processo, de acordo cora a reivindicação 4 e 18, caracterizado pelo fato de que na etapa 5.b, preferencialmente, a base forte ser NaOH ou ΚOΗ e o octanol compreender 5% (v/v) de tri-n-oetilamina .

20. Processo, de acordo com qualquer urna cias reivindicações 6 a 19, caracterizado pelo fato de possuir rendimento de pelo menos 50%, preferencialmente 90% de extração de ácido propiônico e acético.

21. Ácidos caracterizado pelo fato de serem extraídos conforme sistema definido era qualquer uma das reivindicações 1 a 3 e estarem na forma de sais.

24. Ácidos propiônico e acético caracterizado pelo fato de serem obtidos conforme processo definido nas reivindicações de 4..a 20 e estarem na forma de saís.

Description:
PROCESSO FERMENTATIVO E SISTEMA INTEGRADO PARA A PRODUÇÃO

DE ÁCIDOS ORGÂNICOS

Campo da invenção:

[1] A presente invenção se insere no campo de aplicação de química e engenharia química, mais especificamente, na área de preparação de compostos orgânicos, uma vez que se refere a um: sistema integrado para a produção de ácidos, utilizando fermentação e perstração, assim como um processo de obtenção contínua de ácidos propiônico e acético por bactéria Propíonibacteríum acidipropíoníci .

Fundámentos da invenção:

[2] Os ácidos propiônico (C 3 H 6 O 2 ) e acético

também denominados ácidos propanóico e etanóico, respectivamente, são ácidos monocarboxí licos saturados de cadeias abertas e estão entre os principais produtos utilizados como intermediários, mais simples, para um grande número de produtos cora as mais diversas aplicações nas indústrias química e agroquímica, como reagentes, plastificantes, solventes, agentes emulsionantes, monôraeros, resinas, tintas e soluções de galvanoplastia e produtos para herbicidas, na farraoquímica para a produção de medicamentos antiartríticos e antí~inflamatóríos não esteroidea, AINEs, bem como na indústria alimentícia como conservantes, ácido ou saís, agente antifúngico, sabores de frutos artificiais e panificação, e como constituinte de produtos de alimentação: animal, na indústria de cosméticos são utilizados na composição de perfumes e demais produtos.

[3] Comercialmente estes ácidos são produzidos utí lizando-se gás de petróleo liquefeito e propano! ou metanol, por síntese química utílizando-se propionaldeído ou acetaldeído ou hidrólise de ésteres. No entanto, nos últimos anos, os custos destes processos tornaram-se elevados devido ao aumento do preço do gás de petróleo liquefeito, além da grau de pureza do ácido desejado. Também ê importante ressaltar que a separação dos ácidos propiônico e acético, em escala industriai, requer alto consumo de cai e de ácido sulfúrico, produzindo grandes quantidades de efluentes ácidos e resíduos sólidos de sulfato de cálcio.

[4] Desta maneira, as rotas de obtenção de ácido propiônico e ácido acético por processos fermentativos são de extrema importância, pois os processos fermentativos utilizam matéria s-primas renováveis e os resíduos são biodegradáveis, e estão de acordo com princípios de Química Verde e viáveis economicamente..

[5] Os ácidos propiônico e acético são produtos resultantes da rota metabólica de bactérias anaeróbicas, coroo a Propionibacterium acidipropioníci, pertencentes à classe das Actínofoactérias, caracterizadas por serem Grain- positivas, na forma de bastonetes, podendo estar isoladas, em. pares ou em grupos. As Propíonibacterívm acídiproplonici são pleomórfieas , não formam esporos, e apresentam crescimento lento, podendo metabolizar diversas fontes de carbono, como sacarose, glicose, glicero1 e sorbitol. Essas bactérias são de nível 1 de bioss.egura.nca (NB-1), não patógenas para o ser humano, sendo encontradas em diferentes áreas da pele e em produtos lácteos, principalmente em queij os .

[6] Em fermentações que utilizam a Propiônibacterium acidipropíonici, e dependendo do substrato utilizado como fonte de carbono, são produzidos ácido propiônico, ácido suecínico, ácido pirúvico, dióxido de carbono e acetato. Utilizando-se a glicose, como fonte de carbono, obtém-se ácido propiônico, ácido acético e dióxido de carbono. Quando utilizado glicerol e ou sorbitol como substrato, ocorre a produção dos ácidos propiônico, acético, fórmico, succinico e propanol .

[7] Entretanto, os ácidos propiõnico e acético, por serem ácidos fracos e de tamanho pequeno, podem permear a membrana celular e liberar prótons no citoplasma devido ao ambiente alcalino, e como consequência, afeta o gradiente de pH, dificultando assim a transferência de nutrientes, e por consequência ocorre a inibição do crescimento celular. Assim, a busca por novos processos fermentativos é de extrema importância e a literatura descreve metodologias, como a reciclagem de células, reatores de leito fibroso, sistemas de extração com aminas terciárias ou. com carvão ativado, e as fermentações de extração à base de membranas, promovendo o aumento da produtividade de ácidos . No entanto, as produtividades ainda são baixas ou moderadas, necessitando muitos ajustes quanto ao escalonamento destes processos fermentativos.

[8] O emprego de. processos de separação com membranas tem crescido devido à necessidade de se desenvolver novos processos que consumara uma menor quantidade de materiais e de energia, e reduzam os impactos provocados ao meio ambiente. Assim, o emprego de técnicas como a membrana liquida surfactante, a microfiltração, a ultraf iltração e a perstração são alguns exemplos de aplicações de membranas para técnicas de separação entre liquido/liquido e liquido/sólido.

[9] Para extração com baixas concentrações normalmente é utilizado o processo por Membrana Liquida Surfac . tantes, que apresenta alta capacidade de extração associada a uma elevada seiêtividade, permitindo que as etapas de extração e reextração sejam realizadas em um único estágio e, devido ao mecanismo de transporte envolvido, consegue viabilizar extrações de solutos em solução, no entanto, este processo é oneroso e de certa maneira encarecem os produtos, -Já a micro e a ultrafiltração podem ser utilizadas para separar o produto das células, contribuindo para o controle do pH do meio. Mas nestes processos, ocorrera grandes incrustações nas membranas, o que acarreta problemas, como entupimentos e diminuição dos fluxos de permeado e de retorno, assim, se trabalha com vazões baixas e pressões que normalmente estão em torno de 1,0 bar em todo o sistema, o que o torna também um. processo moroso e com elevados custos de produção.

[10] Visando solucionar os problemas técnicos apresentados, a presente invenção propõe um processo de obtenção continua de ácidos propiônico e acético por bactéria Propionibacterium acidípropionici em um sistema que compreende um biorreator acoplado a um sistema de perstração utilizando membrana de fibra oca.

[11] A Perstraçâo, uma técnica que consiste em uma extração com solventes orgânicos, utiliza uma membrana liquida como barreira, a qual funciona por diferença de gradiente de pH, ácido-base, formando um complexo. Em comparação com a extração liquido-líquído, a utilização de perstraçâo possui grandes vantagens, pois requer uma pequena quantidade de solvente, e a sua perda é extremamente minimizada, devido ao seu reciclo durante a extração (CASCAVAL et al. , 2013; CASCAVAL et al . , 2009). Desta maneira, a perstraçâo atua num sistema de três fases, onde o produto é extraído da solução aquosa (fase doadora) através de um solvente orgânico imíscivel em água (face extratora) e imobilizado nos poros da membrana, passando para uma solução aquosa,, fase aceptora, presente no lúmen da membrana (CASCAVAL et al. , 2013) . A fase orgânica atua como uma barreira entre as fases aquosas, ou seja, as fases aceptoras e doadora, impedindo o co.nta.to -entre elas (de OLIVEIRA et al., 2008).

[12] Na literatura estão descritas melhorias para uma melhor eficiência no processo de perstração, como a adição de um veiculo liquido na membrana, como por exemplo, compostos organofosforados, aminãs de cadeia longa ou os éteres de coroa, promovendo maior eficiência quanto a seletivídade (Van ERKEL ét al . , 2014; CASCAVAL et al., 2013; ROETHIG, 1992) . As aminas alifãticas, como tri-n-octiIamina (TOA) , são amplamente utilizadas para a extração de ácidos carboxílicos, como láctico, cítrico, nicotinico, butíríco, valérico, glicólico, glioxilico e até mesmo propiôniGo (WASEWAR e YOO, 2012).

[13] O mecanismo de interação está na formação de um complexo áeído-amina, onde a alta afinidade do ácido à base fornece uma vantagem adicional, de forma seletiva sobre os componentes não ácidos na mistura (WASEWAR e YOO, 2012) .

[14] Já o octanol é um solvente orgânico iraiscível em água, pois é um álcool primário, de cadeia linear e longa, ligeiramente viscoso. Este álcool tem aplicações industriais como agente antiespumante e solvente para revestimentos., ceras e óleos, além de matéria-prima para plastificantes, devido a sua baixa solubilidade em água, 540 mg/L.

[15] A tri-n-octilam.ina apresenta baixa solubilidade em água e basicidade intermediaria (KAUR e VOHRA, 2010) , o que possibilita o uso de uma base forte como fase aceptora, como o hidróxido de sódio ou hidróxido de potássio. [16] Desse modo, o desenvolvimento deste sistema e processo integrado para produção dos ácidos propiônico e acético na forma continua (biorreator ) seguido de separação dos produtos através de perstração (sistema com membrana de fibra oca) traz vantagens técnicas e económicas, pois pode ser construída de forma compacta e em módulo, utilizando um sistema fechado, que é requisito de assepsia e de boas práticas de produção, com produção contínua sem perda. Isto resulta em uma diminuição significativa dos custos de produção. Outro fato importante do processo ê que pode ser transposto para escalas maiores de : forma linear, visto que a área de membrana é próxima da linearidade.

Estado da técnica;

[17] Alguns documentos do estado da técnica descrevem processos de produção de ácido propiônico e acético por microrganismo, além de alguns documentos utilizarem membranas para separar esses produtos.

[18] O documento CA2..05-8-43-8A1 se refere à fermentação se.m.ícontinua em larga escala para a produção: de biomassa de Fropionibacterium. A presente invenção, por sua vez, se difere deste documento CA2058438A1 principalmente pelo fato de ser um sistema contínuo para a produção de ácido propiônico e acético, além de utilizar, adicionalmente, a perstração .

[19] O documento CA2058438A1, demonstra alguns pontos com problemas quanto a sua utilização, como por exemplo: a utilização de uma membrana de ultrafiitraçâo, com tamanho de poro de 0.22 μιτι, cora adição de NaOH, pH 8, em que utiliza solução de NaOH 4M para controle do pH; além disso, há uma concentração da biomassa através de filtração, com rendimentos de 54g/100g de ácido propiônico, 20g/100g de ácido acético e 5g/100g de ácido láctico, terapo de 300 h de processo e volume de 750 L; ainda, o processo é semicontinuo, ou seja, troca metade do volume do fermentador por meio novo a cada ciclo, utiliza lactose como fonte de carbono e não especifica o meio de cultura, uma vez que a Propionibacterium acídipropionici tem seu crescimento e manutenção celular bastante lenta o que demanda um meio de cultura bastante favorável ao seu metabolismo celular.

[20] Assim, o documento CA2058438A1 tem como objetívo um processo industriai para a produção de biomassa. No entanto, vantajosamente, o processo revelado na presente invenção é continuo, mantendo a biomassa e a adição de novo meio de cultura com glicose visa a produção continua dos ácidos propiônico e acético, bem como a separação continua destes ácidos. Na presente invenção,- raantém-se a viabilidade das células por longos períodos. Também é característico da presente invenção o baixo uso de tri-n-octilamína (que é regenerada) ; tendência de rendimento ao quantitativo na perstraçáo; não necessidade de utilização de outros solventes além da tri-n-octilamina para purificação dos produtos; utilização de uma segunda membrana para não parar o processo e poder regenerar o sistema sem parar a produção.

[21] O documento EP2723478B1 descreve o uso de membranas de fibra oca para processo de perstração tradicional onde há a redução da concentração de um ou mais compostos alvos presentes em. uma solução. O processo do documento basicamente compreende: i) fluir num lado de uma ou mais membranas de fibras ocas um primeiro liquido, que compreende um agente de ex-tração, e um segundo liquido, atuando como líquido de remoção, em que ambos os líquidos: são imiscíveis. O primeiro e o segundo líquido fluem em um primeiro lado de uma ou mais membranas de fibra oca num fluxo de tampões e em que pelo menos parte do primeiro liquido está presente nos poros da membrana; e, ii) há o contato da solução de alimentação com a superfície de um segundo lado de uma ou mais fibras ocas.

[22] No artigo "Fractianatíon of Carbôxylic Acids Mixture Obtained by P. acidipropionicí Fermentation Usdng Pertractíon with tri-n-Octylamíne and 1 Octanol" de Cascaval et al. (2013) é feita referência apenas à separação de ácidos orgânicos de solução aquosa de ácido e utiliza o processo de perstração tradicional, utilizando elevadas concentrações de tri-n-octilamina, encarecendo o processo. De maneira diferenciai, a presente invenção se distancia do referido documento principalmente pelo fato de, ser um processo em sistema contínuo para a produção de ácido propiónico e acético e separação, em que se utiliza sistema de perstraçâo desenvolvido no qual recicla (recupera) a tri-n-octilamina . Como levantamento de algumas problemáticas em relação a essa tecnologia revelada neste artigo, pode-se citar utilização de tri-n-octilamina (TOA) em altas concentrações, até 300 g/L, que acaba encarecendo o processo; ausência de menção de recuperação da trí-a-octilamina, e a utilização de dicíorometano e 1-octanol (10%) em diclorometario .

[23] Em suma, no processo na presente invenção a extração é de forma contínua dos ácidos produzidos por fermentação. Não há necessidade de controlar o pH com HCl ou NaOlí, não há variações brusca de pH (6,3 no início e 5,0 no final do processo, de forma gradativa) . O pH 5 sinaliza a presença de produção: contínua dos ácidos peio microrganismo utilizado e separação contínua peio processo de perstraçâo. Assim, devido as concentrações adequadas de ácido propiónico e acético, o próprio microrganismo faz este controle de pH .

[24] O artigo " Propioníc acid production ín a membrana biozeactor" de Boyaval et ai. (1994) se refere a um processo de filtração tangencial, de ácidos. Em contrapartida, a presente invenção se difere do referido documento principalmente pelo fato de ser sistema continuo para a produção e separação por perstraçâo de ácido propiônico, apresentando um processo mais simplificado e eficiente em que: a membrana utilizada é uma barreira, que não contamina a fermentação; o processo apresenta baixo uso de tri-.n- octilamina (que é regenerada) , com rendimento quantitativo (extração) , de não utilizar outros solventes além da tri-n- octilamina; as merabranas de fibra oca não sofrem processo de entupimento, podendo ser utilizadas por longos períodos, e é prevista a utilização de uma segunda membrana para impedir a interrupção do processo e poder regenerar o sistema será parar a produção.

[25] Portanto, nenhum documento do estado da técnica, descreve um. processo de obtenção continua de ácido propiônico e acético pelo microrganismo Propionibacterium aeidípropíonici (bactéria) , assim como o design de um novo sistema integrado para a produção de ácidos propiônico e acético utilizando fermentação e perstração, tal como proposto pela presente invenção.

Breve descrição da invenção:

[26] A presente invenção refere-se a um processo fermentativo e sistema integrado para a produção de ácidos propiônico e acético.

[27] Um primeiro objeto da presente invenção refere-se a um sistema integrado para a produção de ácidos propiônico e acético que compreende uma unidade de fermentação e uma unidade de perstraçâo, em que é utilizada uma membrana de fibra oca e, uma base forte para extração dos ácidos fora do sistema da membrana, eia um recipiente de armazenamento. Além disso, o sistema permite adições de novos caldos fermentativos para produção dos ácidos propiônico e acético, sem interrupções, de forma continua, e por longos períodos.

[28 ] O referido sistema compreende uma unidade de produção dos ácidos por via fermentativa (unidade a) acoplada a uma unidade de perstração dos ácidos propiônico e acético (unidade b) , era que a ''unidade a" compreende -

- pelo menos um biorreator (a1) ;

- pelo menos uma bomba peristáltica (a2); e

- pelo menos um filtro de retenção (a3) ,

em que a unidade "b" compreende:

- pelo meno.s duas membranas de separação de misturas (b2) e (b3);

- pelo menos dois coletores/respiros (b1) e (b4);

- pelo menos uma bomba peristãltica (b5) ;

-pelo menos um reservatório (b6) para extração/coleta/concentração de ácidos propiônico e acético.

[29] Adicionalmente, a presente invenção refere-se um processo fermentativo de obtenção continua de ácidos por microrganismo utilizando o -sistema descrito acima. Os ácidos produzidos são, preferencialmente, os ácidos propiônico e acético, e o microrganismo utilizado é preferencialmente a bactéria Propionibacterium acidipropioníci e compreende as etapas :

1) Cultura e crescimento- celular de microrganismo para adição no biorreator (a1);

2) Preparação cio biorreator (a1) :

a. Inserir mei.p nutriente (fermentativo) no biorreator (a1) ;

b. Adição de um suporte celular;

c. Esterilizar o biorreator com o meio nutriente e a um . suporte celular;

d. Resfriamento;

3) Inserção do microrganismo obtido na etapa 1) no biorreator (ai) ;

4) Fermentação na unidade a;

a. Fermentação do meio nutriente e produção de ácidos no biorreator (a1) ;

b- Irapulsão do meio nutriente com os ácidos obtidos na etapa 4, a contido no biorreator (a1) pela bomba peristáltica (a2) ;

c. Retenção de qualquer particulado do meio nutriente de 4. a pelo filtro de retenção (a3);

d. Entrada do meio nutriente com ácidos da etapa 4.c no sistema de perstração (unidade "b") ;

5) Perstração na unidade b:

a. Passagem do meio nutriente obtidos na etapa 4. d pelo coletor /respirador (b1) ;

b. Passagem do meio nutriente da etapa 5. a pela membrana de fibra oca impregnada (b2 ou b3) com uma solução compreendendo octanol e base intermediária presente no reservatório (b6) :

i. Impulsão da solução (fase superior) contida no reservatório b6 peia bomba (b5);

ii. Extraçâo na membrana de fibra oca (b2 ou b3) dos ácidos pela solução de octanol e a base intermediária; iii. Drenagem da solução de octanol e base intermediária, obtida em 5.b.ii para o reservatório (b6) e extraçâo- com base forte, formando duas fases liquidas ;

iv. Adição de base forte na fase liquida superior da etapa 5.b.iii;

v. Impulsão da fase liquida superior da etapa 5.b.iv; vi. Repetição do processo pela Etapa 5 .b.i;

c. Passagem do meio nutriente da etapa 5.b pelo coletor/respirador (b4) para controle de pressões e dreno do sistema {unidade a e b) ;

d. Entrada do meio nutriente da etapa 5.c no sistema fermentativo (unidade a) até: o biorreator (a1);

e. Adição de meio nutriente glicose no biorreator (a1), mantendo a concentração da glicose entre 2g/L e 80g/l; f. Repetir as etapas 4. a a 5.e continuamente;

6) Obtenção dos ácidos na forma de sais a partir da fase liquida inferior obtida na etapa 5.b.iii presente no reservatório (b6) .

[30] Sendo que:

- a medição de concentração de glicose no meio nutriente presente no biorreator (a1) pode ser realizada a qualquer tempo e em qualquer etapa da fermentações.

o suporte celular compreende qualquer suporte selecionado dentre argilas, resinas polimêricas, resinas catiônicas, resinas aniônicas e resinas de adsorção.

Breye descriçâo das figuras:

[31] Para obter uma total e completa visualização do objeto desta invenção, são apresentadas as figuras as quais se faz referências, conforme se segue.

[32] A Figura 1 é uma representação esquemática do sistema continuo biorreator/membrana para produção e perstração dos ácidos propiônico e acético.

[33] A Figura 2 sâo reações de recuperação do octanol e extracão dos ácidos.

[34] A Figura 3 é uma estrutura de membrana para o sistema proposto de pérstraçâo.

[35] A Figura 4 é uma representação gráfica da produtividade de ácido propiônico e acético e consumo de glicose em processo contínuo em biorreator com células livres e sob reciclo de células.

[36] A Figura 5 é uma representação gráfica da produtividade de ácido propiônico e acético e consumo de glicose em processo continuo em biorreator com células suportadas .

[37] A Figura 6 é uma representação gráfica da extracão de ácido propiônico e acético através da perstraçao de forma contínua, com células suportadas.

Descrição detalhada da invenção:

[38] A presente invenção refere-se a. um processo fermentativo e sistema integrado para a produção de ácidos propiônico e acético.

[39] O referido sistema compreende uma unidade de produção dos ácidos- por via fermentativa (unidade a) acoplada a uma unidade de perstraçao dos ácidos propiônico e acético (unidade b) , em que a "unidade a" compreende:

- pelo menos um biorreator (a1);

-- pelo menos uma bomba peristãitica (a2); e

- peio menos um filtro de retenção (a3),

em que a unidade "b" compreende ;

- peio menos duas membranas de separação de misturas (b2) e (b3) ;

- peio menos dois coletores /respiros (b1) e (b4);

- pelo menos uma bomba peristãitica (b5);

-peio menos um reservatório (b6) para extração/coleta/concentração de ácidos propiônico e acético.

[40] Para melhor compreensão do sistema da presente invenção, a Figura 1 é uma representação esquemática do sistema continuo biorreator/membrana para perstração dos ácidos propiônico e acético.

[41] Alternativamente, a "unidade a" do referido sistema pode ser qualquer meio de produção de ácidos, preferencialmente ácidos fracos, tais como a produção industrial através da química clássica de ácidos orgânicos solúveis em água, como ácido benzóico, acético, propiônico, fórmico, butirico, valérico, capróico, succínico entre tantos outros.

[42] O biorreator de fundo cónico e torresférico (al) possuem em sua construção portas de entradas para adição e retirada do caldo fermentativo, base, como NaOH ou KOH, para ajuste de pH, caso necessário, de retiradas de amostras, de baypass e dreno, dotado de agitação, quando necessário, e de aquecirnent o .

[43] A bomba peristáitica Ía2) é. para impulsionar o caldo fermentativo contido no biorreator (al) para o sistema de perstração (unidade "b"), através da passagem do caldo fermentativo peio filtro de retenção (a3) , e, por conseguinte, faz passar o caldo fermentativo pela membrana de fibra oca (b2) , fazendo com que retorne o caldo fermentativo ao biorreator (a1) e o permeado passe por perstração para o reservatório (b6) .

[44] O filtro de retenção (a.3), tendo sua área totalmente preenchida com 3 ou mais tipos de poiiuretanas com densidades diferentes e equidistantes ente elas, intercaladas de forma a manter um gradiente de densidade, e tem como obietivo a retenção de qualquer particulado, e desta maneira é uma proteção à membrana de fibra oca (b2) quanto a incrustações e depósitos de particulados e até mesmo de células .

[45] O filtro de retenção (a3) aumenta assim a eficiência do sistema e tempo de produção, sem a necessidade de lavagem e sanitização da membrana de fibra oca, por longos períodos, e isto é devido ao baixo fluxo desenvolvido no processo. Este cuidado é necessário, apenas quando há suspensão de células ou particulados, e quando o meio fermentativo se torna translúcido é possível utilizar um desvio, bypass, sobre o filtro, retirando assim o filtro do sistema, o que ocorre normalmente após 24 horas, devido: a total translucidez do caldo fermentado.

[46] A membrana de fibra oca (b2), acoplada ao sistema de perstração (unidade "b"), possuí porosidade máxima de 0,22 micrômetros, preferencialmente 0,1 micrômetro, e área de 110 a 1400 cm 2 . , preferencialmente 110 cm 3 , e permite, para esta configuração, somente que ocorra a perstração em escala de laboratório, sendo que estas membranas são expansíveis para escala industrial respeitando o dimensionamento adequado do sistema proposto.

[47] Outra membrana de fibra oca (b3) , é adicionada eia paralelo, permanecendo em. reserva e caso seja necessária, poderá entrar em operação, mantendo o sistema fechado. Para este sistema também pode ser utilizado: membranas de menor porosidade de até 0, 22 mícrômetros, visto que o tamanho dos poros para o processo de perstração está intimamente relacionada com a força de extração:, além disso, o corte em 0,22 micrômetros é para que ocorra retenção das células de Propionibacterium acidipropionici na "unidade a", mantendo todo o sistema asséptico e controlado. [43] Desse modo, o use de membrana tipo cartucho de fibra oca, proporciona uma separação extremamente fácil e eficiente, além de ser retrolarável e sanitizada em sistema fechado, além de permitir operação e até limpeza otimizada, o que prolonga a sua vida útil, e assim, maximiza vantagenseconómicas, ao processo e estão dentro dos princípios de boas práticas de fabricação. 0 sistema de fibra oca poderá ser construído de forma a se prever troca rápida, isto é, possuir sistema de membranas em paralelo, pronta a entrar em operação caso necessário, não parando a produção.

[49] São adicionados respiros/coletores (b1) antes e (b4) após a membrana de fibra oca (b2) para que estes controlem as pressões do sistema e também sirvam como dreno. Os referidos respiros/coletor (b1) e (b2) possuem nas suas extremidades filtros de 0,22 μm para manter a assepsia no sistema e com o objetivo de não permitir que bolhas de ar se formem durante todo o processo fermentativo e também, para evitar diferenciais de pressão no sistema e a desestabilização entre as fases na membrana de fibra oca.

[50] Ou seja, para evitar que ocorra a permeação de octanol, já que este pode permear a membrana e passar para o caldo de fermentação, o sistema deve compreender respiro/coletor (b4) que promove a coleta do octanol que venha a permear durante o processo de perstração, bem. como aliviar as pressões do sisteraa. Desse modo, quando ocorrem diferenças de pressão na membrana o respiro/coletor (b4) retém o octanol na parte superior, formando duas fases, por ser menos denso que o caldo nutriente, o octanol retido pode ser retirado através da abertura de uma torneira contida neste respiro/coletor, sem que se afete a assepsia, podendo retornar ao sistema através do reservatório de octanol/tri- n-octilamína e solução concentrada de MaOH ou KOH (b6) , sem que haja perdas, E, portanto, somente o octanol solúvel, era água estará presente no bíorreator.

[51] A bomba peristãltica (b5) é para impulsionar o octanol e tri-.n-octí lamina, contido em uma das fases do reservatório (b6) para a membrana de fibra oca (b3), fazendo com que retorne a permeado ao reservatório (b6) .

[52] Outra vantagem de se utilizar a membrana de fibra oca, é que o sistema denominado perstrâçâo (unidade b), é extremamente eficiente, quando utilizado octanol impregnado nos poros e por fora das fibras da membrana. Assim, a fase doadora passará pelo interior da mesma, necessitando de uma quantidade pequena de octanol no processo, o qual ficará recirculando no sistema, como demonstrado na Figura 2,

[53] O reservatório (b6) é um recipiente que contem octanol e tri-n-octilamina (fase superior) e uma solução de base forte, tal come NaOH ou KOH concentrado (fase inferior) , formando duas fases, para extração dos ácidos propiônico e acético produzidos pela fermentação de Propionibacterium acidípropicnici .

[54] Adicionalmente., a presente invenção refere-se a um processo de obtenção continua de ácidos propiônico e acético por bactéria Propionibacterium acidípropionici em biorreator acoplado a um sistema de perstração utilizando membrana de fibra oca.

[55] A bactéria Propionibacterium acidípropionici apresenta um crescimento muito lento em presença de octanol e resulta em inibição da produção dos ácidos propiônico e acético. Desta maneira se fez. necessário a promoção da adaptação da bactéria Propionibacterium acidípropionici ao meio de cultura com a presença de octanol, selecionando colónias de bactérias produtoras dos ácidos propiônico e acético nestas condições drásticas, assim, foram realizados 5 repiques sucessivos para a escolha da linhagem mais adaptada de Propionibacterium acídipropionici a presença cie octanol e produtora de. ácidos propiônico e acético denominada Propionibacterium acídipropionici, LaBioSin.

[ 56 ] 0 processo de obtenção continua de ácidos propiônico e acético é caracterizado pelo fato de ser por via fermentativa e perstração dos ácidos no sistema, composto por biorreator/membrana de fibra oca; e compreender as etapas :

1) Cultura e crescimento celular de microrganismo para adição no biorreator (a1);

2) Preparação do biorreator (a1) :

a. Inserir meio nutriente no biorreator (al):. meio de cultura com 80 g/L de glicose ;

b. Adição de suporte celular. O suporte celular é, preferencialmente montmorilonita K-10. Para a modalidade preferenciai, há a adição de 2,8 g a 3,2 g, preferencialmente 3,0 g, de montmorilonita K-10 para cada 100 m:L de meio nutriente. Esta etapa é uma melhoria do processo quanto a maior produtividade e também para se obter um processo continuo; c. Esterilizar o biorreator com o meio de cultura e suporte celular;

d. Resfriamento;

3) Inserção do microrganismo obtido na etapa 1) no biorreator ;

a. Transferência para o biorreator a proporção que varia de 1 g a 4q de células por 100 mL de meio nutriente, preferencialmente 2 g de células por 100 mL e ;

ermentações na unidade a:

a. Fermentação do meio nutriente à temperatura variável entre 28 e 32 °C, preferencialmente 30 °C, sem agitação, e produção de ácidos no biorreator (a1), preferencialmente, de fundo cónico. O processo foi mantido sob anaeróbiosidade, com a injeçâo, preferencialmente, de nitrogénio, preferencialmente, a 0,05 mL/min;

b. Impulsão do meio nutriente: cora os ácidos obtidos na etapa 4. a contido no biorreator (ai) peia bomba peristãltica (a2);

c. Retenção do particular!o do meio nutriente de 4. a pelo filtro de retenção (a3);

d. Entrada do meio nutriente com ácidos da etapa 4.c no sistema de perstração (unidade "b") ;

5) Perstração na unidade b:

a. Passagem, do meio nutriente obtidos na etapa 4. d pelo coletor/respi rador (bl) para controle de pressões e dreno do sistema (unidade a e b) ;

b. Passagem do meio nutriente da etapa 5. a pela membrana de fibra oca impregnada por diferença de pressão (b2 ou b3) com uma solução compreendendo octanol contendo 5% de TOA (v/v) e base forte, preferencialmente, NaOH ou KOH, presente no reservatório (b6) :

i. Impulsão da solução (fase superior) contida no reservatório ( b6 } pela bomba (b5 ) ;

ii. Extração na membrana de fibra oca (b2 ou b3) dos ácidos pela solução de octanol e a base intermediaria ; iii. Drenagem da solução de octanol e base intermediária obtida em 5.b.ii para o reservatório (b6) e extração com base forte, formando duas fases liquidas;

iv. Adição de base forte na fase liquida inferior da etapa 5. b .iii;

v. Impulsão da fase liquida superior da etapa 5.b.iv;

vi. Repetição do processo pela Etapa 5.b.i; c. Passagem do meio nutriente da etapa 5. b pelo coletor/respirador (b4) para controle de pressões e dreno do sistema (unidade a e b) ;

d. Entrada do meio nutriente da etapa 5.c no sistema fermentativo (unidade a) até. o biorreator (al) ; e. Adição de meio nutriente compreendendo glicose no biorreator (a1), mantendo a concentração da glicose entre 2g./L e 80g/l;

f. Repetir as etapas 4. a a 5.e continuamente;

6) Obtenção dos ácidos na forma de sais a partir da fase liquida inferior obtida na etapa 5.b.iii presente no reservatório (b6) .

[57] Sendo que:

- o microrganismo é preferencialmente uma bactéria. E a bactéria é preferencialmente Propionibacterium acidipropionici, que está adaptada as condições e a escala de prodesso.

- a medição de concentração de glicose no meio nutriente presente no biorreator ( a1 ) pode ser realizada a qualquer tempo e em qualquer etapa da fermentações. o suporte. celular compreende qualquer suporte selecionado dentre argilas, resinas poliméricas, resinas catiónicas, resinas aniónicas e resinas de adsorção.

[58] Vale ressaltar que, preferencialmente, o referido biorreator acoplado a um sistema de perstração utilizando membrana de fibra oca é o sistema integrado, descrito anteriormente.

[59] O referido caldo fermentativo ou caldo nutriente ou meio de cultura é preparado através da adição de 1 a 50 g/L de glicose, preferencialmente 10 g/L de glicose, para as expansões de pré-inoculo e inoculo e 10 a 150 g/L de glicose, preferencialmente 80 g/L para as fermentações, a qual é esterilizada separadamente dos outros componentes do meio de cultura para evitar a reação de caramelização da fonte de carbono. Também foram adicionados ao meio de cultura 0.1 a 5 g/L de fosfato de potássio monobásico (KH 2 PO 4 ) , preferencialmente 1,0 g/L, 0.1 a 5 g/L de fosfato de. amónio dibásico (NH 4 ) 2 HPO 4 , preferencialmente 2 g/L, de 2,5 a 10 mg/L de micronutrientes, tais como ions cobalto, ferro, magnésio, zinco e cálcio, podendo ser seus sulfatos ou cloretos ou suas misturas; e 1 a 50 g/L de extrato de levedura, preferericialrnente 10 .g/L, de grau industrial e isento de componentes animais, e contendo peptideos, aminoácidos e micronutrientes., sais metálicos, bem como complexo de vitaminas, principalmente as do grupo B, necessários a manutenção e crescimento da bactéria Propionibacterium acídipropionici . Posteriormente, o pH do meio de cultura é ajustado para 6,5 a 7,2, preferencialmente 6,8 e autoclavado por 15 minutos à temperatura de 121° a 1 atra.

[60] O pré-inóculo ê preparado através de medidas de assepsia, onde é utilizado um recipiente para expansão celular, tal como um frasco de 15 ml, hermeticamente fechado para produzir condições anaeróbicas. Assim 1,5 mL de- meio de cultura cora célula (Propíonibacterium acidipropionici) na concentração entre 0,5 a 2,5 g de células /L, preferencialmente 1,5 g de células /L, é transferido para um recipiente para expansão celular contento 13,5 mL de meio de cultura obtido na etapa "a", e colocado para expansão celular em estufa microbiológica por um período de tempo que varia de 42 a 54 horas, preferencialmente 48 horas á temperatura de 29,8 a 30,2 °C, preferencialmente 30 °C.

[61] Após o crescimento celular, todo o conteúdo do recipiente de pré-inóculo é centrifugado 2500 a 3500 rpm, preferencialmente 3000 rpm, de 4 a 6 minutos, preferencialmente 5 minutos, em que o sobrenadante é descartado e o pellet é ressuspendido em 50 mL de novo meio de cultura, sob medidas de assepsia. A seguir, o referido recipiente é inserido em uma estufa microbiológica por 42 a 54 horas, preferencialmente 48 horas à temperatura 29,8 a 30,2 °C, preferencialmente 30 °C para expansão celular. Após o crescimento celular, todo o conteúdo do recipiente de inoculo é centrifugado de 2500 a 3500 rpm, preferencialmente 3000 rpm de 4 a 6 minutos, preferencialmente 5 minutos, sendo o pellet re-ssuspenso era novo meio de cultura, A proporção que varia de 1 g de células por 100 mL a 4 g de células por 100 mL de meio de cultura, preferencialmente 2 g de células por 100 rnL de meio de cultura e transferido para o biorreator .

[62] Para realizar a fermentação propriamente dita (etapa 5) , prepara-se um caldo fermentativo para utilizar em biorreator, o qual compreende o meio de cultura referido na etapa "a", utilizando 80 g/L de glicose, sendo este autoelavado por 15 minutos à temperatura de 121 °C. Após seu resfriamento, o mesmo é inoculado no interior do biorreator, de forma asséptica, com a cepa Pzopionijbacterium acidipropíonici LaBioSin proveniente do inoculo realizado anteriorraente .

[63] O referido biorreator utilizado consiste em um biorreator torresférico ou de fundo cónico, o qual é autoclavado por 15 minutos à temperatura que 121 °C a 1 atm, contendo o meio de cultura referido na etapa "a".

[64] A. adição de montinoriloníta K-10 na etapa 1, e sua utilização na etapa 4. a é uma melhoria do processo quanto a maior produtividade e também para se obter um processo continuo, adiciona-se junto ao meio de cultura e glicose de 2,8 g a 3,2 g de montmorilonita K-10 para cada 100 m.L de meio de cultura, preferencialmente 3,0· g de montmorilonita K-10 para cada 100 mL de meio de cultura, um suporte celular, com fórmula molecular M x (Al 4 - x Mg x ) SieOzo (OH) 4 .

[65] A montmorilonita K-10 é um tipo de argila utilizada em processos catalíticos heterogéneos, por apresentar granulação extremamente pequena entre 0,1-0,5 micrometros, o que proporciona uma melhor adsorção das células neste suporte, além de ser fonte de cátions, como Na + , K + , Mg 2+ , Ca 2+ , Al 3+ e Fe 3+ . Além disso, neste processo também ocorre uma "proteção celular'' a bactéria Propíoníbacterium acidípropionici devido à acidez superficial da morrtmorilonita K-10, característica deste mineral, e desta maneira, torna-se uma barreira de contato, "entre as células e os ácidos propiônicò e acético, produzidos durante o processo fermentativo- Esta interação entre célula-arçila ocorre devido ao potenciai zeta negativo, de -43 ra.V da montmorilonita K-10.

[66] Nas fermentações do presente processo suportado em montmorilonita K-10, é utilizado um biorreator de fundo cónico. 0 uso ele biorreator de fundo cónico se faz necessário devido à granulação da montmorllonita K-10 e, desta maneira, ocorre a decantação das células suportadas, além de evitar que particulados provoquem entupimentos e ou incrustações em todo o sistema: biorreator, filtro de retenção, conexões e membrana de fibra oca. Assim, o uso deste biorreator de fundo cónico torna-se imprescindível quando se utiliza montm.oríIonita K-10, embora outros tipos de suportes celulares, tais como argilas, resinas políméricas , eatiônicas, aníônicas, de adsorção e outros.

[67] Na etapa 5 é realizada a perstraçáo. Para tal, são acoplados ao biorreator dois coíetores/fespíros, os quais foram, autoclavados por 15 minutos à temperatura que 121 ºC a 1 atm, e a estas duas membranas de fibra oca, sendo uma reserva e a outra para o processo de perstração. As membranas foram previamente esterilizadas quimicamente com NaOH ou KOK 0,5 M e lavadas com água estéril. Uma das membranas de fibra oca é impregnada, por diferença de pressão, cora uma solução de octanoi contendo 5% de TOA (v/v), presente no reservatóriob6, e o excesso drenado para o reservatório, retirada de pressão .

[68] Assim,, a extraçao com NaOK, ou outra base forte como por exemplo KOH, é realizada fora do sistema da membrana, em um recipiente de armazenamento e recirculando pelo sistema, conforme demonstrado na Figura 2. Neste recipiente, os ácidos provindos da membrana estão desprotonados pela TOA e na presença do NaOH, contido no recipiente de armazenamento/ fará a protonaçáo dos mesmos, e assim, estes ácidos permanecerão na solução aquosa, o qual será trocada em. intervalos adequados que variam de 240 a 264 horas para que o processo continue de forma efetiva.

[69] Vale ressaltar que todas as tubulações do sistema são preenchidas com 100 mL. de meio de cultura, isento de glicose e células, e desta maneira o volume total de meio de cultura utilizado para o presente processo no sistema continuo composto por biorreator/membrana, perfaz 350 mL contendo 80 g/L de glicose.

[70] O processo é então mantido sob anaerobiosidade , com a injeção de 0,01 a 0,1 mL/min. de nitrogénio, preferencialmente 0,05 mL/min. , e à temperatura que varia de 28 a 32 °C, preferencialmente 30 °C sem agitação no biorreator de fundo cónico, o qual é mantido através do reciclo do caldo de fermentação pelo sistema continuo composto por biorreator/membrana para perstraçâo dos ácidos propiônico e acético .

[71] É oportuno ressaltar que como a retirada (perstraçâo): dos ácidos produzidos pela bactéria Propíonibacteriim acidípropi-onici LaBioSin é realizada de forma continua, favorecendo todo o processo, pois a perstraçâo somente retira, de forma seletiva, os ácidos propiônico e acético produzidos. O que permite o retorno do caldo fermentativo ao biorreator, e desta maneira o processo: permanece extremamente viável, pois há um controle de pH, o que sinaliza as células de Propionibãcterium acídipropionici LaBioSin a manterem, a produção dos ácidos propiônico e acético, não havendo toxicidade no meio devido ao acúmulo dos ácidos produzidos, o que é uma grande vantagem, no processo fermentativo, permitindo uma maior produção dos ácidos propiônico e acético.

[72] o processo ele perstraçâo também possui outras vantagens sobre- o processo onde se adiciona solução de NaOH no caldo fermentativo, o qual aumenta a força iônica do meio influenciando: na produtividade das células. Além disso, o presente processo desenvolvido de fermentâção/perstração permite que se troque toda a solução de NaOH ou KOH contida no reservatório (b6) , que neutraliza os ácidos propiõnico e acético, extraídos no processo de perstração, mantendo as mesmas células sem interrupções do processo fermentativo.

[73] Neste processo de produção de ácido propiõnico e acético por Propionibacteríum âcidipropioníci LaBioSin também se permite adições de novos caldos fermentativos, ao longo da fermentação/perstraçâo para produção dos ácidos propiõnico e acético, .sem interrupções, de forma continua, e por longos períodos.

[74] A etapa 7 é a obtenção do ácido propriamente dita se faz de forma contínua e por perstração, onde os ácidos produzidos pela bactéria Propionibacteríum acidípropionici LaBioSin são retirados do meio fermentativo continuamente pelo processo de perstração com alto rendimento químico. O ácido é obtido na forma de sal presente na fase líquida inferior que por sua vez encontra-se no reservatório (b6) .

[75] Portanto, o processo aqui descrito possui um rendimento de pelo menos 50%, preferencialmente maior ou igual a 85% de produção de ácido propiõnico e acético, demonstrando, portanto, a possibilidade de um processo contínuo de produção, sem comprometimento asséptico.

[76] Adicionalmente , a presente invenção refere—se aos produtos ácidos propiõnico e acético obtidos conforme processo aqui descrito, com pureza dos ácidos maior que 98%:, rendimentos de 88,1% e 7.8, 4% para os ácidos propiõnico e acético respectivamente apôs purificação.

[77] Para melhor entendimento, a seguir são apresentados alguns exemplos da invenção.

Exemplos da Invenção:

Crescimento e expansão celular da cepa de

Propionibactezium acídipropdoníci LaBioSín :

[78] O meio de cultura consiste em solução salina, contendo fosfato de potássio raonobásico (KH 2 PO 4 ) , fosfato de amónio dibásico (NH 4 ) 2 HPO4 , ions cobalto, ferro,; magnésio, manganês, zinco e cálcio como micronutrient.es, podendo ser seus sulfatos ou cloretos ou suas misturas, glicose como fonte de carbono e extrato de levedura, grau industrial e isentos de componentes animais. 0 pH do meio de cultura foi ajustado para 6,8 e autoclavado por 15 minutos à temperatura de 121 °C.

[79] A fonte de carbono, glicose, foi autoclavada à temperatura de 121 °C por 15 minutos, de forma separada o meio de cultura para evitar caramelização do meio, e após o resfriamento foi adicionado ao caldo de fermentação de forma asséptica .

[80] Pré-inóculo: foi realizado através de medidas de assepsia, onde um frasco de 15 mL para expansão celular foi utilizado, hermeticamente fechado para produzir condições anaeróbicas. Onde 1,5 mL de células de um frasco do Banco de Células de Trabalho (Master Geil Bank) na concentração entre 1 a 15.10 6 células por frasco de volume útil contento 1,5 mL de solução cri©preservadora de células, meio de cultura de pré-inóculo e gliceroi, preferencialmente 5.10 6 células por frasco em volume de 1,5 mL de solução criopreservadora de células, foi transferido para um frasco de 15 mL contento 13,5 mL de meio de cultura, a foi colocado, para expansão celular, era estufa microbiológica por 48 horas à temperatura de 30 ºC. [81] Inoculo: após: o crescimento celular, todo o conteúdo do frasco cie pré-inóculo foi centrifugado (3.000 rpm por 5 minutos) , sendo o sobrenadante descartado e o pellet foi ressupendido em 50 inL de novo meio de cultura, na concentração entre 1 g de células/L a 2,5 g de células /!.,· preferencialmente 1,5 g de cêluias/L, sob medidas de assepsia. E este frasco foi colocado, para expansão celular, em estufa microbiológica por 48 horas à temperatura de 30 °C. Após o crescimento celular, todo o conteúdo dò frasco de inoculo foi centrifugado (3.000 rpm por 5 minutos), sendo o pellet ressuspenso em novo meio de cultura e transferido para o biorreator,

[82] Caldo fermentativo: 0 caldo fermentativo utilizado em biorreatores foi preparado dê forma a manter a proporção dos componentes e de acordo com meio de cultura anteriormente descrito, sendo . este autociavado separadamente da glicose por 15 minutos à temperatura de 121 °C, apôs seu resfriamento foi inoculado, de forma .asséptica, cora a cepa Pxopionlbactezium acídipropionici LaBioSin proveniente do inoculo. O biorreator torresférico ou de fundo cónico utilizado, contendo o meio de cultura, foi autociavado por 15 minutos à temperatura de 121 °C, e após seu resfriamento, e de forma asséptica, recebeu a. Propíoníbacterium acidipropioníci LaBioSin .

-- Montagem do sistema de fermentaçâo e perstração para a produção de ácidos propiônico e a cático em biorreator:

[83] A montagem do sistema foi realizado de acordo com a Figura 1, oncte constam 1 biorreator, cónico ou torres férico, um filtro contendo pol iuretanas com gradiente de densidade, sendo a de menor densidade na entrada do filtro e a de maior densidade no topo do filtro, 2 membranas de fibra oca era paralelo, uma para o processo e a outra em standby, dois coletores/respiros, duas bombas per istaiticas para impulsionar a passagem e reciclo do caldo de fermentação pelo sistema, 1 recipiente contendo ©etanol /tri- π-octilamina e solução de NaOH ou KOH para extração cios ácidos produzidos mrlurante a fermentação com a bactéria Propíoníbacterium acídipropionici LaBioSin. Esta configuração de. montagem proporciona uma fermentação em sistema totalmente fechado e permite uma boa produtividade e extraçãõ efetiva dos ácidos propiônico e acético produzidos peia. bactéria Propionibacterívm acídipropionici LaBioSin.

Produção de ácldos propiônico e acético por

Propionibacterium acídipropionici LaBioSin em biorreator utilizando células livres, sob reciclo e em regime continuo:

[84] Após as expansões celulares de pré-inoculo e inoculo, 3 g de células, provenientes do Inoculo, foram ressuspensas em 100 mL de meio de cultura isento de glicose e transferido, de forma asséptica, para um biorreator de fundo cónico contendo 150 mL de meio de cultura com 280 g/L de glicose.

[85] Ao biorreator foi acoplado duas membranas de fibra oca, uma era standbay e a outra para o processo de perstração, e dois coletores /respiros conforme a Figura 1, as quais foram previamente esterilizadas com NaOH 0,5 M e lavadas com água. estéril. Todas as tubulações foram preenchidas com 100 mb de meio de cultura, isento de glicose, e desta maneira o volume total de meio de cultura no sistema de fermentação/perstração, perfaz 350 mL com 80 g/L de glicose. Uma das membranas de fibra oca foi impregnada com uma. solução de octanol contendo-5% de. TOA (v/v) e o excesso drenado. O processo foi mantido sob anaerobiosidade, com a injeção de nitrogénio, e à temperatura de 30 °C e a agitação no biorreator de fundo cónico foi mantido através do reciclo do caldo de fermentação pelo sistema.

[86] Os resultados percentuais obtidos de ácido propiônico e acético e de glicose residual foram calculados levando-se em conta a estequíometria da reação, segundo a equação 1.

[87] Para tal, amostras de 1 mL a cada 24 horas foram retiradas do caldo fermentativo para análise de glicose residual, produção de ácido propiônico e acético e checagem de ρΗ. Os resultados obtidos estão demonstrados na Figura 4, onde a produção de ácido propiônico e acético e glicose residual foram de 8,01; 4,26 e 6,83 g, respectivamente, ao longo de 360 horas . Com uma eficiência do processo de 69,0 % para o ácido propiônico e 90,6 % para o ácido acético. Estes resultados de produção de ácido propiônico e acético demonstrara que o processo por reciclo de células também pode ser utilizado de forma eficiente.

Produção cie ácidos propiônico e acético por Propionibacterium a.cidipropionici LaBioSin em biorreatcr de fundo cónico utilizando céludas suportadas em processo contínuo :

[88] Após as expansões celulares de pré-inócuio e inoculo, 3,6 g de células, provenientes do inoculo, foram ressuspensas em. 100 mL de solução, isento de glicose e transferido de forma asséptica para um biorreator de fundo cónico contendo 150 mL de meio de cultura, com 280 g/L de glicose, e 6 g de montmoriloni ta K-10. Ao biorreator foi acoplado um filtro de retenção, preenchido completamente com poiiuretanas de diversas densidades e com gradiente de porosidade, e duas membranas de fibra oca, uma em standbay e a outra para o processo de perstração, e dois coletores/respiros conforme a Figura 1, as quais foram previamente esterilizadas com NaOH 0,5 M e lavadas com água estéril. Todas as tubulações foram preenchidas com 100 mL de meio de cultura, isento de glicose, e desta maneira o volume total de meio de cultura no sistema de ferra.en.tação/perstraçâo, perfaz 350 mL contendo 80 g/L de glicose. Uma das membranas de fibra oca foi impregnada com uma solução de ©etanol contendo 5% de TOA (v/v) e o excesso drenado. O processo foi mantido sob anaeróbiosidade, com a injeçâo de nitrogénio, e â temperatura de 30 °C e a agitação no biorreator de fundo cónico foi mantido através do reciclo do caldo de fermentação peio: sistema. Amostras de 1 mL a cada 24 horas foram retiradas do caldo fermentativo para análise de glicose residual, produção de ácido propiônico e acético e checagem de pH .

[89] Os resultados obtidos de produção de ácido propiônico e acético e glicose residual foram, de 15,33; 6,25 e 16,77 g, respectivamente. Na Figura 5, está descrito o consumo de glicose, e produção dos ácidos propiônico e acético, bem como as adições de meio de cultura, contendo 80 g/L de glicose, ao longo do processo, totalizando 500 mL, e desta maneira, mantendo o processo de forma continua. Os valores obtidos de produção de ácido propiônico e acético demonstrara que há um alto consumo de glicose, 51,23 g, durante o processo de 720 horas, o que resultou um rendimento de 54,6 % para o ácido propiônico e 54,8%- para. o ácido acético, para o processo de fermentação/perstração . Na Figura 6, está representado os resultados obtidos ao longo do processo de perstração dos ácidos, com rendimentos de 13,51 g, 88, 1%. de rendimento, para o ácido propionico e 4, 90, 78, 4% para o ácido acético, durante as 720 horas, o que demonstra que o processo de perstraçao é extremamente eficiente .