Produção biotecnólogica de ácido succínico a partir de casca de arroz
Abstract
A casca de arroz é um subproduto da indústria de alimentos, rico em carboidratos, que pode
ser fracionada e, parcialmente, convertida em açúcares fermentescíveis. Neste trabalho,
investigou-se as melhores condições para a conversão da biomassa residual, casca de arroz,
em ácido succínico, importante insumo para a síntese industrial farmoquímica.
Com o objetivo de separação da lignina e transformação da celulose e da hemicelulose em
açúcares, a casca de arroz foi submetida, inicialmente, à hidrólise ácida em autoclave e em
reator de politetrafluoretileno, à pressão. As condições de hidrólise foram otimizadas através
de planejamento fatorial, sendo avaliado na hidrólise ácida pressurizada, a influência da
temperatura, do tempo e da concentração do catalisador ácido (HCl ou H2SO4); já, na
hidrólise em autoclave, otimizou-se a relação massa de casca de arroz : volume de solução
ácida, tempo e concentração de HCl ou H2SO4.
Observou-se que a produção de açúcares em autoclave é inferior à do sistema de hidrólise à
pressão, necessitando, inclusive, concentração do hidrolisado para utilização na etapa
fermentativa. Os melhores resultados foram obtidos com o reator de politetrafluoretileno, à
pressão de 59 bar, com 0,26 mol L-1 de HCl, temperatura de 175 °C e tempo de reação de 46
min, produzindo-se 19 g L-1 de glicose e 3,01 g L-1 de xilose.
Avaliou-se a eficiência de diferentes métodos de destoxificação do hidrolisado de casca de
arroz, sendo o método combinado, de ajuste de pH seguido de adsorção em carvão ativado, o
mais eficaz na eliminação de inibidores, sem redução apreciável da concentração de açúcares. O hidrolisado destoxificado foi esterilizado, ajustado a pH 7 e fermentado com A.
succinogenes, à 37 ºC, em meio anaeróbio, ocorrendo a conversão dos monossacarídeos
predominantes, glicose e xilose, em ácido succínico.
A concentração dos nutrientes e a velocidade de agitação do meio também foram otimizadas
por meio de planejamento fatorial. Após 54 h de fermentação estática do hidrolisado,
suplementado com 8,40 g L-1 de extrato de levedura e 1,40 g L-1 de NaHCO3, o rendimento
em ácido succínico foi de 59,9%. Praticamente, toda a concentração de açúcar é consumida
neste tempo e convertida em ácido succínico; simultaneamente, formam-se ácido acético e
fórmico, porém, em baixas concentrações em relação à produção de ácido succínico, não
comprometendo o rendimento do processo.
Para a extração e purificação do ácido succínico, o fermentado foi submetido ao procedimento
de extração em fase sólida; cartuchos com diferentes fases extratoras foram testados, e, dentre
eles, somente o de troca iônica se mostrou efetivo, com recuperação de até 96,0%. Após a
extração, o eluido da extração em fase sólida, contendo 12,0 g L-1 de ácido succínico foi
liofilizado, obtendo-se cristais com pureza de 80,7% (m m-1).
A matéria-prima utilizada no bioprocesso, casca de arroz, não tem valor comercial,
representando fonte de carbono de custo zero, que se revelou adequada à produção de ácido
succínico por meio de fermentação com A. succinogenes, após hidrólise.
O aproveitamento da casca de arroz residual pode contribuir para a mitigação do impacto
ambiental resultante da disposição ilegal no ambiente.