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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA E DE ALIMENTOS

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA E DE ALIMENTOS - PowerPoint PPT Presentation


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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA E DE ALIMENTOS. Produção de Polyhidroxialcanoatos. Cristiane da Costa Erika Patrícia Arnosti Fabian Netto Cantoni Professor: Agenor Furigo Júnior . Histórico.

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINADEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA E DE ALIMENTOS

Produção de Polyhidroxialcanoatos

Cristiane da Costa

Erika Patrícia Arnosti

Fabian Netto Cantoni

Professor: Agenor Furigo Júnior

hist rico
Histórico
  • 1920 – 1ª determinação da composição de PHA’s por Maurice Lemoigne
  • 1974 - Descobertos outros hidroxialcanoatos (HA)
  • 1976 – Início das pesquisas de produção de P(3HB) por fermentação bacteriana, na Inglaterra
  • 1990 - primeiro produto obtido a partir de PHA, uma embalagem de “shampoo” de uma indústria de cosméticos
  • 1991- pesquisas no Brasil
  • 2000 - teve início a produção de P(3HB) pela então indústria brasileira PHB industrial SA
introdu o
Introdução

O estudo de polímeros biodegradáveis se dá devido:

  • Ao esgotamento das fontes de combustíveis fósseis.
  • À grande geração de resíduos de origem petroquímica.
  • E ao seu acúmulo (impacto ambiental).
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Geração de resíduos petroquímico:

No Mundo

  • 100 milhões de toneladas anuais.

No Brasil

  • 2,2 milhões de toneladas anuais.
      • 40% destinadas à fabricação de embalagens.
      • 51 mil toneladasde plásticos/dia.
      • 19% do total de lixo gerado.
      • Apenas 17,5 % é reciclado.
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Polihidroxialcanoatos (PHA’s)

  • Reserva de carbono e energia acumulados no interior das células por microrganismos (Dawes e Senior, 1973);
  • Características semelhantes aos plásticos petroquímicos (Sartori, 1998);
  • Materiais biodegradáveis e biocompatíveis;
  • Os polímeros mais estudados são : P(3HB) e o copolímero P(3HB-co-3HV).
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Polihidroxialcanoatos (PHA’s)
  • Polihidroxibutirato (PHB):
    • formado a partir de açúcares, ácido orgânicos e outros;
  • Poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) P(HB-co-HV):
    • necessidade de um precursor (Ex.:ácido propiônico);

Figura 1: Estrutura do co-polímero

P(HB-co-HV)

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Estes biopolímeros destacam-se por serem:

    • Biodegradáveis;
    • Biocompatíveis;
    • Atóxicos;
    • Insolúveis em água;
    • Produzidos através de recursos renováveis;
    • Propriedades termoplásticas, características físicas e mecânicas semelhantes às do polipropileno.
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Propriedades e Características dos PHAs

Polipropileno

Propriedades

P(3HB)

P(HB

-

HV)

º

Ponto de fusão

(

175

145

C)

176

Cristalinidade (%)

80

40

70

Tensão de

40

32

38

cisalhamento

(Mpa)

Resistência

à

6

-

400

Ruptura (%)

Dados adaptados de (Holmes, 1988; Gagnon,

et al

.,1992;King, 1982).

Tabela 1. Propriedades do PHAs X Polipropileno

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Biodegradabilidade

Tabela 2: Biodegradação de um filme de 1mm de PHA

Fonte: Luzier, 1992.

microrganismos produtores de phas
Microrganismos produtores de PHAs
  • Existem mais de 300 microrganismos diferentes.
  • Para produção em escala industrial:
  • Azotobactervinelandii;
  • Alcaligenes latus;
  • Algumas espécies de metilotróficos;
  • Microrganismos recombinantes como R. eutropha recombinante e Escherichia coli recombinante.
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Ralstonia eutropha
  • Microrganismo mais utilizado;
  • Pode acumular mais de 80% da sua massa seca como polímero;
  • Facilidade de cultivo em substratos renováveis (Ramsay et al., 1990).
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Produção dos PHA’s
  • Fase de crescimento: acúmulo de biomassa

R. eutropha em fase de crescimento

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Produção dos PHA’s
  • Fase de produção: acúmulo de polímero

R. eutropha em fase de produção

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SUBSTRATO

Metabolismo em R. eutropha

Acetil-CoA

Crescimento balanceado

Excesso de carbono

Energia

Oxigênio

Fósforo

Enxofre

Nitrogênio

Limitação

P(3HB)

Material celular

Fonte: Byrom, 1987.

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Condições de Cultivo
  • Frascos agitados ou biorreatores
    • Batelada Alimentada;
    • Duração:24h a 30h;
    • Temperatura: 30ºC;
    • pH: 7,0.
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Equipamentos utilizados

Fonte: Squio, 2003

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Determinações analíticas
  • Biomassa
  • Fonte de Carbono
  • Quantificação do polímero
  • Análise cinética:
    • Velocidade específica de crescimento máxima
    • Produtividade de polímero
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Produção industrial

  • Nos EUA (Metabolix):
    • batelada alimentada
    • acúmulo de mais de 75% em polímero
  • Na Áustria:
    • bactéria Alcaligenes latus DSM 1124
    • acúmulo de mais de 80% em polímero
    • batelada alimentada - sacarose como fonte de carbono
  • No Brasil (PHB Industrial):
    • R. eutropha a partir de açúcar invertido
    • aproveitando os subprodutos das usinas de cana (energia)

3 kg de açúcar + 17,1 kg de bagaço 1 kg de P(3HB)

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Aplicações dos PHA’s
  • Possibilidade de substituição dos plásticos petroquímicos convencionais;
  • Área médica:
    • materiais osteosintéticos e suturas cirúrgicas;
    • matriz para liberação lenta de drogas, hormônios.
  • Fabricação de bens descartáveis e de durabilidade menor;
  • Embalagens;
  • Tecnologia de Extrusão / Termoformagem.
conclus o
Conclusão
  • Ampla área de aplicação
  • Utilização de resíduos como substrato
  • Diminuição do custo de produção
  • Melhoramento do processo