Produção de Produção de BiopolímerosBiopolímeros

Fundamentos de Engenharia BioquímicaFundamentos de Engenharia BioquímicaEscola de QuímicaEscola de Química

Universidade Federal do Rio de JaneiroUniversidade Federal do Rio de Janeiro

Alberto André R. DrummondAlberto André R. DrummondProfª.: Maria Antonieta P. CoutoProfª.: Maria Antonieta P. CoutoProfª.: Andréa Medeiros SalgadoProfª.: Andréa Medeiros SalgadoProfª.: Eliana Profª.: Eliana AlhadefAlhadefProf.: Ney Pereira JuniorProf.: Ney Pereira JuniorProfª.:Verônica FerreiraProfª.:Verônica Ferreira

DefiniçãoDefinição

BiopolímerosBiopolímeros são materiais fabricados a partir de Fontes Renováveis ( soja, milho, cana-de-açúcar , celulose, quitina, quitosana, soro de leite, etc.) que têm importância estratégica para o futuro, principalmente quando utilizam “energia renovável em todo seu ciclo de vida”,podem ser biodegradáveis e biocompatíveis,o que lhes conferem vasta gama de aplicações.

Porque Produzir Porque Produzir BiopolímerosBiopolímeros??

BiodegradáveisBiodegradáveisBiocompatíveisBiocompatíveisPodem ser produzidos a partir Podem ser produzidos a partir de alguns efluentes industriais, de alguns efluentes industriais, principalmente das industrias principalmente das industrias alimentícias alimentícias Questões Ambientais Questões Ambientais Ampla faixa de aplicações e Ampla faixa de aplicações e propriedadespropriedadesOs custos de sua produção vem Os custos de sua produção vem diminuindo muito com o atual diminuindo muito com o atual interesse no setor ambiental e interesse no setor ambiental e de novas tecnologias disponíveis. de novas tecnologias disponíveis. Aplicações específicas no setor de Aplicações específicas no setor de biomateriais biomateriais e nanotecnologia e nanotecnologia vem elevando muito seu valor vem elevando muito seu valor comercial .comercial .

A A biodegradabiodegradaçãção o nnãão o éé apenas o resultado de uma apenas o resultado de uma simples asimples açãção de microorganismos e as diversas o de microorganismos e as diversas condicondiçõções nas quais eles atuam estes nas quais eles atuam estãão relacionadas com o relacionadas com todas as caractertodas as caracteríísticas do meio. Temos a sticas do meio. Temos a fotodegradafotodegradaçãçãoo , , a degradaa degradaçãção quo quíímica natural e vmica natural e váários outros fatores rios outros fatores ambientais atuando em conjunto. Nem sempre um plambientais atuando em conjunto. Nem sempre um pláástico stico biodegradbiodegradáável representa uma escolha ecologicamente vel representa uma escolha ecologicamente correta. correta. Para que um produto seja biodegradável, ele Para que um produto seja biodegradável, ele precisa completar o processo de sua decomposição no precisa completar o processo de sua decomposição no máximo em um período de 6 meses à 1 ano.máximo em um período de 6 meses à 1 ano.

ciclo natural do carbono

A REVALORIZAÇÃO NO PÓS-CONSUMO DE BIOPOLÍMEROSDEVE SER FEITA POR MEIO DE RECICLAGEM MECÂNICA (p.ex. papel, cartão, etc.), RECICLAGEM ENERGÉTICA (p.ex. bagaço da cana) OU POR COMPOSTAGEM (p.ex. resíduos de alimentos)

EM ATERROS, OS PLASTICOS BIODEGRADÁVEIS, PRODUZEM GASES COM EFEITO ESTUFA (CO2, Metano...) COM DESPERDÍCIO DO VALOR ENERGÉTICO.

Se o plástico for de fonte renovável o CO2 é renovável mas o Metano não é (com efeito estufa 23 vezes maior).

O uso de plásticos biodegradáveis não exclui a necessidade de reciclagem e uso racional consciente .O descarte direto na natureza destes materiais podem também levar a problemas ambientais.

A combustão de biopolímerosleva a CO2 renovável ,mas sua decomposição natural pode levar a metano ,cuja reabsorção natural é mais lenta ,podendo causar problemas ambientais caso em quantidades excessivas.

Alem disto estes materiais contem plastificantes e aditivos que podem possuir algum efeito tóxico .

Os Os biopolímerosbiopolímeros apresentam apresentam propriedades que os tornam propriedades que os tornam úteis em aplicações mais nobresúteis em aplicações mais nobres

•Cana de Açúcar•Extrato de Soja

•Efluentes da Indústria de alimentos•Resíduos Agro industriais

•Soro de Leite•Amido e Resíduos Vegetais ( fibras, etc. )

•Outros

Preparação e Tratamento daMatéria Prima

Fermentação

Processamento / Formulação

Separação / Purificação

Fabricação de Bens deConsumo

Distribuiçãoe Comércio

Formulação

UsoDescarte

Coleta Seletiva

Reciclagem

Aterro Sanitário

Geração de Energia

IncineraçãoCO2 + H2O

Fotossíntese

O CO2 derivado de fontes renováveis é renovável

Síntese Fabricação

Polímero

Petróleo Refinaria

Preparação de Derivados (monomeros) & Controle de

Qualidade

ATMOSFERA

Parte do CO2 de fonte não renovável se acumula na atmosfera

Poliamida

PLÁSTICOS A PARTIR DO AMIDOOs Compósitos com amido e fibras vegetais tem apresentado excelentes propriedades e abrindo novos campos de aplicações , tais como nas industrias automobilísticas , de utensílios domésticos ,etc.

O amido se destaca pela sua disponibilidade ,biodegradabilidade ,baixo custo, e excelente desempenho.

Estrusora Industrial utilizada na produção de artefatos a base de biopolímeros.

Potes produzidos com PHB ,onde se observa um ao natural (cor âmbar ) e o outro pigmentado

Micrografia do Termoplástico obtido por Processamento em extrusora dupla - rosca

Microfotografia do Termoplástico obtido por processamento emextrusora mono-rosca.

Uso deUso de ExtrusoraExtrusora Dupla Rosca : Elevada tensão cisalhante e elevada relação L/ DDupla Rosca : Elevada tensão cisalhante e elevada relação L/ D garantem a garantem a polimerização e melhor homogeneidade do produto final polimerização e melhor homogeneidade do produto final

Estrutura do Amido

AplicaçõesAplicações•• Filmes para recobrimento e embalagem de alimentosFilmes para recobrimento e embalagem de alimentos

•• Filmes comestíveisFilmes comestíveis

•• Material de enchimento para embalagensMaterial de enchimento para embalagens

•• Filmes para sacos de lixoFilmes para sacos de lixo

•• Utensílios de uso doméstico ( potes ,copos, pratos,etc)Utensílios de uso doméstico ( potes ,copos, pratos,etc)

•• Aplicações na industria automobilísticaAplicações na industria automobilística

•• Aplicações na industria de cosméticosAplicações na industria de cosméticos

•• Aplicações na industria de alimentosAplicações na industria de alimentos

•• Placas rígidas Placas rígidas

Embalagem para Cenouras – Empresas GmbH e IBAW -

( Alemanha )

BiopolímeroBiopolímero Protéico da Teia de AranhasProtéico da Teia de Aranhas

• Alta resistência• Alta Flexibilidade• Extremamente Leve• Biodegradável• Biocompativel

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) −−−−− yxzyx GGYGPGASAAAAAAGGYGPGGGPGQQASAAAAAA

Estrutura do biopolímero protéico da teia

SolventesSolventes• Ácido Fórmico

• Cloreto de Guanidina

• Hexafluoroisopropanol

CoagulantesCoagulantes

•• Ar AtmosféricoAr Atmosférico

•• MetanolMetanol

•• Solução águaSolução água--MetanolMetanol

Bloco rico em Alanina Fase Cristalina Resistência Bloco Rico em Glicina Fase Amorfa Elasticidade

Estratégias para obtenção da SedaEstratégias para obtenção da Seda RecombinanteRecombinante

•• Expressão de gene em E. Expressão de gene em E. coli coli e e PichiaPichia

•• Expressão de gene em células BHKExpressão de gene em células BHK

•• Expressão de gene em células vegetaisExpressão de gene em células vegetais

•• Expressão de gene em células mamárias Expressão de gene em células mamárias Espécies de AranhasEspécies de Aranhas•• AraneusAraneus diadematusdiadematus•• NephilaNephila clavipesclavipes•• BombyxBombyx morimori

A estrutura molecular dos segmentos ricos em Polialanina P(A) nos blocos da fase cristalina (Rígida) provavelmente apresentam fenômenos decooperatividade entre as interações por ligações de hidrogênio , muito semelhante a este modelo teórico que mostra a estrutura da Poli –acrilamida P(Am).

Diferentes tipos de teia com diferentes funções apresentam propriedades distintas . Presença de Variação na estrutura poliméricaSegFlexSegRig SS ∆≠∆

• Interações de hidrogênio entre cadeias poliméricas• Favorecimento de separação de fases devido a forte cooperatividade e ligação de hidrogênio . entre as cadeias poliméricas formadas a partir da reação entre as duas proteínas oligoméricas.• Hidrofobicidade• Ligações de hidrogênio inter polímero e cooperatividade Abaixamento do ∆S nos segmentos ..rígidos e elevação de ∆S nos segmentos flexíveis.

Fibras de teia de aranha Fibras de teia de aranha –– umum biopolímerobiopolímero supramolecularsupramolecular

Algumas aplicações :Algumas aplicações :

• Pára-choques para automóveis

• Tendões e ligamentos artificiais, fios para microsuturas , bandagens, pele e tecidos artificiais

• Substituto para o Kevlar

• Substituto para fibras de aramida

• Fibras óticas para circuitos em nanoescala

• Fibras óticas para melhorar a resolução em microscopia

• Aplicações em equipamentos para ensaios em nanoescala (química supramolecular)

• Industria têxtil

• Membranas com elevado coeficiente de difusão para O2 e excelentes propriedades ópticas.

( )( )SH

HS

TgTgTg

TgTgTgWs

−

−=

Ws = Fração mássica de segmentos flexíveis na fase flexível.

Tg = Temperatura de transição vítrea do material

TgS= Temperatura de transição vítrea para os segmentos flexíveis

TgH = Temperatura de transição vítrea dos segmentos rígidos .

WH = ( 1 – Ws ) = Fração mássica dos segmentos rígidos .

BiopolímerosBiopolímeros

polímeros biocompatíveis

Novos BiomateriaisOs biopolímeros geralmente não causam problemas de rejeição sendo incorporados naturalmente aos tecidos corporais

Alguns Exemplos:

- Composto Ósseo de Ricinus (COR )- PLA ( implantes , fios para sutura, etc )- Poli (3-hidroxibutirato) ou PHB ( Enxerto ósseo )- Biopolímero de proteínas recombinante de aranha

( microsuturas , tendões artificiais )

Aplicações Nobres _ Aplicações Nobres _ • BiomateriaisBiomateriais

•• NanotecnologiaNanotecnologia

•• Alimentos ( gomas ,celulose , Alimentos ( gomas ,celulose , inulinainulina , polissacarídeos, etc.), polissacarídeos, etc.)

•• Produtos farmacêuticos e cosméticosProdutos farmacêuticos e cosméticos

•• Industria bélica (Industria bélica ( BiosteelBiosteel e outros )e outros )

•• Industria TêxtilIndustria Têxtil

•• Tratamento de efluentes contendo metais pesadosTratamento de efluentes contendo metais pesados

Figura 2

BiopolímerosBiopolímerosBiopolímeros Obtidos a partir de MicrorganismosObtidos a partir de MicrorganismosObtidos a partir de Microrganismos

A partir de açúcar e bagaço de cana :A partir de açúcar e bagaço de cana :1 kg de plástico biodegradável ( PHB ) é produzido a partir de 3kg de açúcar e 17,1 kg de bagaço.

O Polihidroxibutirato (PHB) é um composto de uma classe dos polímeros termoplástico chamados “polihidroxialcanoatos” que servem a muitas bactérias como uma maneira de armazenar dentro da célula, materiais que podem servir de reserva para obtenção de carbono e como fonte de energia para o caso de ausência de um dos dois.

Plantas modificadas geneticamente para produção de PHB como a batata (Solanum tuberosum) e tabaco (Nicotiana tabacum), podem fornecer outros meios de produzir este Polímero, porem o rendimento é muito menor.

Produção Industrial de PLAProdução Industrial de PLAProdução em Escala Industrial 1994

Principais Empresas :DuPont DuPont

CoorsCoors Brewing Brewing

DowDow ChemicalChemical

CargillCargill ––1994 ( 6000 1994 ( 6000 tonton/ano)/ano)

CargillCargill ––DowDow LLC ( LLC ( Joint VentureJoint Venture ) ) -- 20002000

100000 100000 tonton/ano ( produção de 2003 )/ano ( produção de 2003 )

PoliPoli--hidroxialcanoatoshidroxialcanoatos

HISTÓRICOHISTÓRICO

1920 – 1ª determinação da composição de PHA’s por Maurice Lemoigne 1974 - Descobertos outros poli-hidroxialcanoatos (PHA)1976 – Início das pesquisas de produção de P(3HB) por fermentação bacteriana, na Inglaterra1990 - primeiro produto obtido a partir de PHA, uma embalagem de “shampoo” de uma indústria de cosméticos1991- pesquisas no Brasil2000 - teve início a produção de P(3HB) pela então indústria brasileira PHB industrial SA

Produção de PoliProdução de Poli--hidroxialcanoatoshidroxialcanoatosPoliPoli--hidroxialcanoatoshidroxialcanoatos

Produto de reserva energética Produto de reserva energética

Necessidade de métodos eficientes e Necessidade de métodos eficientes e de baixo custo para rompimento de baixo custo para rompimento celularcelular

Programação da estrutura através da Programação da estrutura através da limitação e associação de diferentes limitação e associação de diferentes substratos substratos

Microfotografia mostrando microgranulos de poli- hidroxibutirato no interior das células bacterianas .

Tabela 3

Figura 4

Figura 5

Figura 6 - Duas células de Burkholderia sacchari

Bactéria Produtora de biopolimero termoplástico descoberta no Brasil em culturas de cana.

PolihidroxialcanoatosPolihidroxialcanoatos

PolihidroxibutiratoPolihidroxibutirato (PHB):(PHB):

Formado a partir de aFormado a partir de açúçúcares, cares, áácido orgcido orgâânicos e outros;nicos e outros;Poli(Poli(hidroxibutiratohidroxibutirato--coco--hidroxivaleratohidroxivalerato) P(HB) P(HB--coco--HV):HV):

Necessidade de um precursor (Ex.:Necessidade de um precursor (Ex.:áácido cido propipropiôôniconico););

Figura 7 - Microfotografia mostrando em evidencia os granulos intracelulares de PHB

Figura 8: Estrutura do coFigura 8: Estrutura do co--polpolíímero P(HBmero P(HB--coco--HV)HV)

Rendimentos Teóricos em P(3HB) :Rendimentos Teóricos em P(3HB) :

Burkholderia cepacia Burkholderia cepacia

YY( P / S ) ( P / S ) = 0,13 g / g = 0,13 g / g carboidratoscarboidratos

Cupriavidus necatorCupriavidus necator

YY( P / S ) ( P / S ) = 0,22 g / g = 0,22 g / g carboidratoscarboidratos

Ambiente 100% em perda de massa (semanas)

Ambiente anaeróbio 6 Sedimentos estuários 40

Ambiente aeróbio 60 Solo 75

Água do mar 350

Tabela 4: Biodegradação de um filme de 1mm de PHAFonte: Luzier, 1992.

Degradação de frascos de P(3HB-co-3HV) em água de esgoto

Fonte: MADISON e HUISMAN, 1999.

Microrganismos produtores de PHAsPara produção em escala industrial :

Azotobacter vinelandii

Alcaligenes latus

Microrganismos recombinantes : Cupriavidus necator recombinante e Escherichia coli recombinante

Rhodobacter

Staphylococcus spp

Pseudomonas oleovorans

CupriavidusCupriavidus necatornecator ( ( RalstoniaRalstonia eutrophaeutropha))

Microrganismo mais utilizado

Pode acumular cerca de 96 % da sua massa seca como polímero

Facilidade de cultivo em substratos renováveis

Percentagem de acumulo em relação ao microrganismo empregado.

P(3HB) = poli-hidroxibutiratoP(3HB-co-3HV) = poli(3-hidroxibutirato-co-3 hidroxivalerato)P(3HV)=Poli(3-hidroxivalerato)P(3HHx-co-3HO) = Poli(3-hidroxihexanoato-co-hidroxioctanoato)Fonte : LEE,1996 / Carminatti,Cristiane ; Furigo Junior,Agenor – Produção de hidroxialcanoatos –CT - UFSC

Processo COPERSUCAR – Coeficientes Técnicos

Metabolismo da Cupriavidus necator ( Ralstonia. Eutropha )

SUBSTRATO

Acetil-CoA

Energia

Material celular

Crescimento balanceado Excesso de

carbono

P(3HB)

OxigênioFósforo EnxofreNitrogênio

Limitação

Etapas Fundamentais do Etapas Fundamentais do BioprocessoBioprocesso1.1. Esterilização do Esterilização do BiorreatorBiorreator e Acessórios ( Esterilização Contínua com vapor )e Acessórios ( Esterilização Contínua com vapor )

2.2. Esterilização do meio de cultivo ( Autoclave )Esterilização do meio de cultivo ( Autoclave )

3.3. Crescimento e adaptação do inoculo em pequeno Crescimento e adaptação do inoculo em pequeno biorreatorbiorreator

4.4. Introdução do inoculoIntrodução do inoculo

5.5. Processo de crescimento de biomassaProcesso de crescimento de biomassa AerAeróóbico sem limitabico sem limitaçãção de nutrientes e o de nutrientes e fontes de carbono.fontes de carbono.

6.6. Processo de ProduProcesso de Produçãção de o de BiopolimeroBiopolimero ( PHA ) ( PHA ) Pode serPode ser AnaerAnaeróóbico ou bico ou AerAeróóbico com limitabico com limitaçãção de oxigo de oxigêênio ( baixo nio ( baixo KKllaa ). Utilizamos limita). Utilizamos limitaçãção de o de nutrientes essenciais ( um ou vnutrientes essenciais ( um ou váários, como Mg, N, P, S, Orios, como Mg, N, P, S, O2 , 2 , outros ) e excesso de outros ) e excesso de fontes de carbono ( carboidratos e fontes de carbono ( carboidratos e áácidos carboxcidos carboxíílicos ) . licos ) .

7.7. Separação da biomassa contendo PHA intracelularSeparação da biomassa contendo PHA intracelular

8.8. Rompimento celular ( Solventes, HLMB, Rompimento celular ( Solventes, HLMB, HidrocicloneHidrociclone, moinho de bolas, etc), moinho de bolas, etc)

9.9. Separação , purificação , concentração e secagem do biopolímeSeparação , purificação , concentração e secagem do biopolímero.ro.

1.1. A enzima A enzima ββ cetotiolase condensa reversivelmente duas molcetotiolase condensa reversivelmente duas molééculas de acetil CoA em acetoacetil CoAculas de acetil CoA em acetoacetil CoA

2.2. A enzima acetoacetil CoA redutase por sua vez,reduz esse substraA enzima acetoacetil CoA redutase por sua vez,reduz esse substrato a Rto a R--3 hidroxibutil 3 hidroxibutil ––CoACoA

3. O R3. O R--3 hidroxibutil3 hidroxibutil--CoA CoA éé incorporado a cadeia polimincorporado a cadeia poliméérica pela arica pela açãção da enzima PHA sintase o da enzima PHA sintase havendo crescimento de cadeia polimhavendo crescimento de cadeia poliméérica .rica .

Reações Bioquímicas para a formação do PHB por R. Reações Bioquímicas para a formação do PHB por R. eutrophaeutropha

1.1. 2 acetil CoA 2 acetil CoA == acetoacetil CoA + CoASHacetoacetil CoA + CoASH

2.2. AcetoacetilCoA +NADPH +HAcetoacetilCoA +NADPH +H++ = 3 = 3 –– hidroxibutirilhidroxibutiril--CoA + NADPCoA + NADP++

3.3. D(D(--) 3 ) 3 --hidroxibutiril CoA = P ( 3 HB )hidroxibutiril CoA = P ( 3 HB )

Condições de CultivoCondições de Cultivo

Frascos agitados ou Frascos agitados ou biorreatoresbiorreatores

Batelada Alimentada;Batelada Alimentada;DuraDuraçãçãoo:: 24h a 30h;24h a 30h;Temperatura: 30ºC;Temperatura: 30ºC;pH: 7,0.pH: 7,0.

Os m Os méétodos ftodos fíísicos principais podem ser :sicos principais podem ser :

••Ultra SomUltra Som••Congelamento/descongelamentoCongelamento/descongelamento••Tensão cisalhanteTensão cisalhante••HidrocicloneHidrociclone••Moinho de BolasMoinho de Bolas••HHMB ( ou também HLMB )HHMB ( ou também HLMB )••Prensa de HughesPrensa de Hughes••Pressão osmóticaPressão osmótica

Os mOs méétodos qutodos quíímicos principais podem ser :micos principais podem ser :

ExtraExtraçãção por Solventeo por SolventeColapso alcalinoColapso alcalinoColapso por detergentesColapso por detergentesColapso por hipoclorito Colapso por hipoclorito

No Moinho de Bolas e no HLMB a eficiNo Moinho de Bolas e no HLMB a eficiêência de lise ncia de lise éé

funfunçãção de paro de parââmetros tal como :metros tal como :••Velocidade de agitação ( rotação da hélice )Velocidade de agitação ( rotação da hélice )••Concentração de célulasConcentração de células••Diâmetro das esferasDiâmetro das esferas••Material de que é feito as esferasMaterial de que é feito as esferas••Composição da membrana celular ( teor em quitina ,etc )Composição da membrana celular ( teor em quitina ,etc )••Tempo de residência da suspensão dentro do equipamentoTempo de residência da suspensão dentro do equipamento••TemperaturaTemperatura

No processo de extraNo processo de extraçãção por solvente , o por solvente , os mais utilizados sos mais utilizados sãão :o :

ClorofClorofóórmiormioCloreto de MetilenoCloreto de MetilenoDicloroetanoDicloroetanoCarbonato de PropilenoCarbonato de PropilenoDiclorometanoDiclorometano

Determinações analíticasDeterminações analíticas

Biomassa ( total e residual )Biomassa ( total e residual )

Concentração das Fontes de Carbono ( Substratos: CarboidratosConcentração das Fontes de Carbono ( Substratos: Carboidratos e ácidos carboxílicos )e ácidos carboxílicos )

Concentração de nitrogênio amoniacalConcentração de nitrogênio amoniacal

Quantificação do polímero ( teor e composição )Quantificação do polímero ( teor e composição )

Análise cinética:Análise cinética:

Velocidade específica de crescimento máximaVelocidade específica de crescimento máxima

Produtividade de polímeroProdutividade de polímero

Técnicas mais utilizadas :Cromatografia Gasosa

HPLC

Análise Gravimétrica

Espectrofotometria

DSC

As enzimas importantes para esta biossAs enzimas importantes para esta biossííntese sntese sãão:o:

••ββ cetotiolasecetotiolase••33--cetoacilcetoacil--CoA redutase NADPH dependenteCoA redutase NADPH dependente••PHA sintasePHA sintase

Com fartura de nutrientes os nCom fartura de nutrientes os nííveis de acetilveis de acetil--CoA estarCoA estarãão altos porem com limitao altos porem com limitaçãção de o de nutrientes ,os nnutrientes ,os nííveis de CoA se reduzem e desencadeiam a sveis de CoA se reduzem e desencadeiam a sííntese de PHA ,que ntese de PHA ,que éé um um material de reserva energmaterial de reserva energéética para a ctica para a céélula bacteriana. A Cupriavidus necator pode ser lula bacteriana. A Cupriavidus necator pode ser usada para produusada para produçãção de vo de váários outros biopolrios outros biopolíímeros, variandomeros, variando--se os substratos e as se os substratos e as condicondiçõções ambientais.es ambientais.

O Methylobacterium extorque sintetiza P(3HB) a partir de etanol e P(3HB-co-3HV) a partir de metanol e valerato.

A dosagem de PHA A dosagem de PHA sintase sintase é função do peso molecular do é função do peso molecular do polimeropolimero formado formado ,contudo é ,contudo é dificildificil dosar a enzima in vivo .dosar a enzima in vivo .

( )

( ) .)Pr./3(.Pr.

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opAHVopA

HV

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θµµ

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][1][

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.Pr..Pr..Pr.

Velocidades especificas de Formação dos blocos ( meros ) de HB e HV

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛∆∆

−=SPY SP )/(

εf (HV) =

ocessoopA

HV

SP

Pr.)Pr.(

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.74074,0 ⎟⎟⎠

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εf (HV) = εf (HV) = εf (HV) =

εf (HV) =

( ) .Pr..Pr./3 /35,1 opAopAHV ggY =Teórico

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XVXPF ( )

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fP tV

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Se temos o fluxo de substrato na alimentação igual a velocidadeSe temos o fluxo de substrato na alimentação igual a velocidade de de consumo de substrato na batelada alimentada , então teremos :consumo de substrato na batelada alimentada , então teremos :

][PHAXX Tr −=

Crescimento em bagaço de maçã

00,20,40,60,8

11,21,41,61,8

2

0 5 10 15 20 25 30 35

tempo (h)

Ln

bio

massa

Produção industrialNos EUA ( Metabolix ):

batelada alimentada acúmulo de mais de 75% em polímero

Na Áustria: bactéria Alcaligenes latus DSM 1124acúmulo 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)

SHAMPOO COM BIOPOLÍMEROS E FILTRO UV - 300 ML PAYOT GRÁTIS UM CONDICIONADOR COM BIOPOLÍMEROS E FILTRO UV - 300 ML PAYOT -

EDIÇÃO LIMITADA

Biopolímero Nome Comercial Empresa

Polyhydroxyalkanoate (PHA)(PHB, PHBV) Biopol Monsanto-Metabolix (USA)*(PHB, PHBV) Metabolix Metabolix/ADM (USA)(PHB, PHBV) Enmat Tianan (China)(PHB, PHBV) Biocycle Copersucar (Brazil)(PHB, PHBV) Biomer L Biomer (Germany)

(PHBHx, PHBO, PHBOd) Nodax Procter & Gamble (USA)

Poly(lactic acid) (PLA) Natureworks Cargill-Dow LLC (USA)Lacty Shimadzu (Japan)Lacea Mitsui Chemicals (Japan)Heplon Chronopol (USA)CPLA Dainippon Ink Chem. (Japan)Eco Plastic Toyota (Japan)PLA Galactic (Belgium)

Treofan Treofan (Netherland)L- PLA Purac (Netherland)

Ecoloju Mitsubishi (Japan)Biomer L Biomer (Germany)

EXTRATÉGIAS DE MARKETING

Fatores Principais que afetam o Custo do Produto Final

• Etapas de “Down Stream” • Custo dos Substratos ( M.P. )• Custos de energia

Estuda-se minimização de custos na etapa de “Down Stream”

Bactérias gram-positivas facilitam o processo de down stream pois em sua maioria não apresentam toxinas nocivas ao homem,contudo sua produtividade em

PHA é menor.

Sistemas de produção em regime contínuo certamente levarão a maiores rendimentos e menores custos,no entanto necessita-se maior grau de otimização e maiores malhas de controle.

CONCLUSÃO• É possível minimizar custos da produção de PHAs pela seleção criteriosa de matéria prima e com a utilização de consórcios bacterianos e/ou microrganismos recombinantes.

•O uso de microrganismos recombinantes torna possível maior flexibilidade de substratos

•O uso de efluentes e certos resíduos industriais pode minimizar custos e tornar os PHAs mais populares o que poderá repercutir positivamente no meio ambiente

•Na etapa de “down stream” a remoção de solventes e purificação do biopolimero são as etapas mais criticas e onerosas

•O bioplástico Deve estar isento de toxinas bacterianas e solventes,pois deve ser imunocompativel com os organismos vivos e biodegradável

••A Aplicação em biomedicina e engenharia tecidual requer elevado A Aplicação em biomedicina e engenharia tecidual requer elevado controle de controle de qualidade e programação do tempo de qualidade e programação do tempo de biodegradaçãobiodegradação ,que deve ser igual ou ,que deve ser igual ou próximo ao tempo de regeneração tecidual. Compósitos biodegradávpróximo ao tempo de regeneração tecidual. Compósitos biodegradáveis e eis e copolímeros tipo P(3HBcopolímeros tipo P(3HB--coco--3HV) e outros são utilizados .3HV) e outros são utilizados .

•Polímeros especiais tal como o polímero obtido a partir de proteinasrecombinantes de seda de aranhas e plásticos a base de amido ,abrem espaço para aplicações inéditas e um campo de atuação comercial ainda praticamente inexplorado.

•Quando comparada ao mercado americano ,o Brasil apresenta custosmenores para a produção de PHAs , gomas e biopolímeros de amido . O processo de produção dos bioplásticos de amido no Brasil empregam menores quantidades de matéria prima mais barata e com maiores rendimentos ( maior conversão M.P. polímero ) ,porem os custos de produção são próximos aos produtores do exterior o que torna o produto nacional menos competitivo no mercado internacional ,embora o custo do amido nacional seja bem menor que o amido europeu ou norte americano. Elevados custos de transportes e taxas de exportação diminuem a competitividade do produto nacional ,perdendo-se mercado. O mesmo ocorre com nossa produção em PHAs e outros biopolimeros que apesar dos maiores custos de produção ainda enfrentam estes mesmos obstáculos.

Interesses políticos e empresariais a nível internacional são fatores importantes na equação que define os custos e a produção industrial nacional em produtos de alta tecnologia e isto inclui os biopolímeros .

FIMFIM