OBTENÇÃO DE 1,3-PROPANODIOL A PARTIR DE GLICEROL · a utilização de glicerol bruto na forma direta; A conversão microbiana de glicerol por processos biotecnológicos em produtos

OBTENOBTENÇÇÃO DE 1,3ÃO DE 1,3-- PROPANODIOL A PARTIR DE GLICEROLPROPANODIOL A PARTIR DE GLICEROL

Bacharelado em biotecnologiaProf. Dra. Sandra Cecato AntoniniBiotecnologia de resíduos

André Arashiro Pulschen R.A 341347Luiz Augusto Eijy Nagai R.A 341592Rafael Gonçalves Barreto R.A 341495Gabriel Henrrique Braga Rocha R.A 341606

Universidade Federal de São CarlosCentro de Ciências Agrárias

SumSumááriorio

1. Introdução

2. Glicerol

3. 1,3 – propanodiol

4. Fermentação do glicerol para a obtenção do 1,3- propanodiol

5. Conclusões

6. Referências bibliográficas

IntroduIntroduççãoão

� Busca intensiva por combustíveis alternativos ao petróleo, apresenta grande importância:◦ Conservação do meio ambiente;

◦ Redução dos gases responsáveis pelo aquecimento global;

◦ Contribui para o desenvolvimento social mediante a geração de empregos.

� Tem estimulado o mercado mundial de bicombustíveis;

(OLIVEIRA et al., 2006).

IntroduIntroduççãoão

� Brasil � maior produtor mundial de cana-de-açúcar � 54% da produção édestinada à produção de etanol (CONAB, 2011).

� O nível de glicerol produzido na fermentação etanóica corresponde a aproximadamente 3% do produto (LIMA, et al, 2001).

� Em 2008 o Brasil produziu 20.863.244m³de etanol (CONAB, 2008) � corresponde a aproximadamente 625 milhões de litros de residuos de glicerol

IntroduIntroduççãoão� Glicerol � principal subproduto gerado na produção de biodiesel � aproximadamente 10 % do volume total de biodiesel produzido correspondem a glicerol (DASARI et al., 2005).

� Com o incremento do biodiesel nos combustíveis, o glicerol co-produzido chegou a 330 milhões de litros no ano de 2010 (MME, 2011).

GlicerolGlicerol

� 1,2,3-propanotriol� Em sua forma pura:◦ Líquido viscoso;◦ Sabor doce;◦ Solúvel em água e álcool;

� Sinônimos:◦ Glicerina;◦ Trihidroxipropano;◦ Glicil álcool;◦ Gliceril;◦ 1,2,3-trihidroxipropano.

GlicerolGlicerol

� Encontrado em:

◦ Vegetais:

� Soja, mamona, babaçu, girassol, palma, algodão, coco, dendê, pinhão manso, etc;

◦ Animais: em formas combinadas de glicerina com ácidos graxos;

GlicerolGlicerol

� O valor do glicerol de biodiesel encontra-se entre 0,2 a 0,4R$/kg.

� Baixo valor � grande conteúdo de impurezas e ao grande volume deste co-produto gerado pelas indústrias;

� No entanto, a procura pela glicerina purificada é muito maior, devida ao seu valor econômico.

GlicerolGlicerol

� Busca de alternativas para o uso do glicerol bruto;

◦ Este subproduto, na forma pura, possui inúmeras aplicações industriais :

� Aditivos para a industria de alimentos, aplicações na industria química, farmacêutica, de cosméticos, detergentes e na fabricação de resinas.

GlicerolGlicerol

� Aplicação na indústria � grau de pureza � igual ou superior a 95%.

� Existe um grande interesse na purificação do glicerol ou no seu reaproveitamento direto.

POREM:

� Tratamentos de purificação são de custo excessivamente elevados.

GlicerolGlicerol

� Microrganismos � Fonte de carbono em processos microbiológicos para a obtenção de bioprodutos de alto valor agregado.

GlicerolGlicerol

� Conversão microbiana em produtos de maior valor agregado � biomassa e biomoléculas � alternativa para a maior valorização da produção de bicombustíveis (ITO et al., 2005).

� Microrganismos � capacidade de produção de compostos intermediários de polímeros (1,3 –propanodiol), resinas e aditivos para combustíveis. (CHENG et al 2007)

1,3 1,3 -- PropanodiolPropanodiol

� O propanodiol é um composto intermediário para a síntese de compostos cíclicos e monômeros para poliésteres, poliuretanos e polipropileno tereftalato.

1,3 1,3 -- PropanodiolPropanodiol

� O campo de aplicação do composto éamplamente abrangente, desde a produção de polímeros, tintas, resinas de poliéster, lubrificantes, anti-congelante, até produção de cosméticos.

Vias metabVias metabóólicas do glicerollicas do glicerol

1,3 1,3 -- PropanodiolPropanodiol

� Eram obtidos quase que exclusivamente a partir de derivados de petróleo – óxidos de propileno –por processos químicos.

• A produção era considerada altamente nociva devido ao compostos tóxicos formados

DuPont/Genencor: 1,3DuPont/Genencor: 1,3--

propanodiolpropanodiol� Juntamente com o ácido tereftálico purificado, o 1,3-propanodiol éutilizado na produção do politereftalato de trimetileno (PTT), um polímero com propriedades de estiramento-recuperação surpreendentes.

� Parceria com a Genencor International desenvolveu uma rota de fermentação de baixo custo que converte açúcares de biomassa em 1,3-propanodiol

DuPont/Genencor: 1,3DuPont/Genencor: 1,3--

propanodiolpropanodiol

� O PTT é utilizado em roupas esportivas, tapeçarias, resinas especiais e outras aplicações nas quais propriedades como maciez, conforto, tingimento e fácil manutenção são altamente desejáveis.

DuPont/Genencor: 1,3DuPont/Genencor: 1,3--

propanodiolpropanodiol� As propriedades do PTT superam a das poliamidas e poliésteres alifáticos nas aplicações de fibras, e a do PBT e PET em muitas aplicações de engenharia.

FermentaFermentaçção Glicerolão Glicerol

Microrganismos:

� Klebsiella, Citrobacter,

Enterobacter, Clostridium,

Propionibacterium e

Anaerobiospirillum

� Maior potencial: Klebsiella pneumoniae, Clostridium

butyricum (XIU et al., 2007)

Klebsiella pneumoniae. Fonte: lookforadiagnosis.com

FermentaFermentaçção glicerolão glicerol

Klebsiella

pneumoniae

Pneumonia e infecções hospitalares

Clostridium

butyricum

Botulismo, Toxina E

FermentaFermentaçção glicerolão glicerol

(González-Pajuelo etal. (2005))

Clostridium butyricum

Batelada simples� 0,61-0,64 mol/mol de glicerol,

� glicerol 80-90%

� 1,7g/L.h

(57% de conversão)

(82,8g/L – 73,77g/L)

FermentaFermentaçção glicerolão glicerol

(Zhao, Chen e Yao (2006))

� Encapsulamento de Klebsiella pneumoniae

� Concentrações acima de 120g/L

Sistema de batelada

- 63,1 g/L- 5,7g/L.h

Batelada contínua

- 51,6 g/L.h

- 1,08 g/L.h

FermentaFermentaçção glicerolão glicerol

(Cheng et. al (2007))

Primeiros estudos de aumento de escala

� 5000 L

� Batelada contínua

� 40 g/L

Produtividade� 58g/L de produto

� 0,96g/L.h baixa velocidade

TransformaTransformaçção Eão E--colicoli

� Gene glicerol desidratase(Dhab) + gene 1,3-propanodiol oxidoredutase (Dhat) em vetor pACYCDuet-1 com dois locais de clonagem múltipla.

� E.coli funcional !

- 11,3g/L em 40g/L de glicerol

ConclusõesConclusões

� Apesar do glicerol apresentar varias aplicações na forma pura, poucos estudos estão sendo direcionados para a utilização de glicerol bruto na forma direta;

� A conversão microbiana de glicerol por processos biotecnológicos em produtos de maior valor agregado como biomassa e biomoléculas, é uma alternativa relevante para a maior valorização da produção de bicombustíveis.

Referências bibliogrReferências bibliográáficasficas� Scientific American. Drug-Resistant Genes Spread among

Bacteria Disponível em http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=resistant-bacteria-genes Acesso dia 06/11/11

� Zheng Ma, Zhiming Rao, Liyu Xu, Xiangru Liao, Huiying Fang, Bin Zhuge and Jian Zhuge. Production of 1,3-propanediol from glycerol by engineered Escherichia coli using a novel coexpression vector. African Journal of Biotechnology Vol. 8 (20), pp. 5500-5505, 2009

� Pradela, J,G,C. Biopolímeros e Intermediários Químicos. Relatório técnico – Centro de tencnologia de processos e produtos, p.1-119, São Paulo, 2006. Disponível em <http://www.anbio.org.br/pdf/2/tr06_biopolimeros.pdf> Acesso dia 06/11/10

� Pervaiz, M., Correa, C.A. Biorefinaria - Desenvolvimento de plataformas químicas através de tecnologias integradas de biomassa. Polímeros vol.19 no.1, 2009

Referências bibliogrReferências bibliográáficasficas� CONAB. Companhia Nacional de Abastecimento.

Acompanhamento de safra brasileira : cana-de-açúcar, terceiro levantamento, janeiro/2011 - Companhia Nacional de Abastecimento. – Brasília: Conab 2011. Disponível em: <http://www.conab.gov.br/OlalaCMS/uploads/arquivos/11_01_06_09_14_50_boletim_cana_3o_lev_safra_2010_2011..pdf > Acesso em: 29 out 2011.

� CONAB. Companhia Nacional de Abastecimento. Acompanhamento de safra brasileira : cana-de-açúcar, terceiro levantamento, janeiro/2008 - Companhia Nacional de Abastecimento. – Brasília: Conab 2008. Disponível em: <http://www.conab.gov.br/conabweb/download/safra/perfil.pdf>Acesso em: 29 out 2011.

� LIMA, U. A.; AQUARONE E.; BORZANI W.; SCHMIDELL W. Biotecnologia industrial – Processos fermentativos e enzimáticos.; São Paulo: Edigard Blücher, 2001.

� MME; MINISTERIO DE MINAS E ENERGIA disponivl em: <http://www.mme.gov.br/site/menu/select_main_menu_item.do?channelId=971>, acessada em outubro 2011.

Obrigado pela atenObrigado pela atençção!ão!