Extração do biopolímero P(3HB) com solvente renovável

No cenário mundial – e também nacional, com iniciativas de implementação da Política Nacional de Resíduos Sólidos – a indústria de materiais poliméricos tem buscado soluções para processos industriais mais sustentáveis, melhorias de infraestrutura-logística e destinos adequados para embalagens plásticas pós-consumo; promovendo um melhor aproveitamento do ciclo de vida desses materiais. Neste sentido, os biopolímeros têm sido alvo de atenção por serem polímeros biodegradáveis, ou produzidos a partir de matéria-prima renovável, ou ambos. Polihidroxialcanoatos (PHAs) são poliésteres sintetizados por inúmeras bactérias e armazenados em corpos de inclusão nas células como reserva de energia, sendo produzidos a partir de fontes renováveis e apresentando como principal característica a biodegradabilidade. Um dos grandes entraves à utilização mais difundida dos PHAs é o seu custo elevado, sendo que um dos fatores que contribui para este custo é a dificuldade de extração do biopolímero da célula. O principal método utilizado é a extração com clorofórmio, que além de cara, em função da alta quantidade de solvente requerida, apresenta também problemas do ponto de vista ambiental. O objetivo do presente trabalho é encontrar um solvente renovável, ou seja, que seja oriundo de matéria-prima renovável (de preferência cana de açúcar) e que apresente bom desempenho no processo de extração de P(3HB) do interior da B.megaterium, bactéria Gram-positiva. Os isômeros n e iso de butanol e pentanol e acetato de etila – que no Brasil é fabricado a partir de etanol de cana de açúcar – foram os solventes renováveis testados. Também foram realizados experimentos com clorofórmio e hipoclorito, como base de comparação. Os resultados obtidos na extração com clorofórmio, hipoclorito e combinação de ambos apresentaram-se semelhantes a literatura, porém, não são recomendados para uso pois vão de encontro aos cuidados ambientais e tecnologias sustentáveis. Já os solventes alcoólicos testados, apesar de sustentáveis, apresentaram baixíssima solubilidade do P(3HB), não configurando solventes indicados para esse sistema. Na etapa inicial do estudo da extração com acetato de etila, obteve-se resultados de extração da mesma ordem daqueles obtidos com clorofórmio. Sendo assim, foi feito um conjunto de experimentos adicionais com base em um planejamento composto central rotacional dividido em blocos, visando-se estabelecer as condições de tempo, temperatura e razão volume de solvente: massa de biopolímero que maximizam o rendimento e a pureza do produto na extração do P(3HB) com acetato de etila, obtendo-se, na condição ótima, rendimento de extração de 78 % e grau de pureza de 65 %. Adicionalmente, considerando origem renovável e menor preço – frente a outros ésteres - o acetato de etila se destaca como solvente potencial para uso em escala industrial na extração do P(3HB).Based on the world scenario – and also on Brazilian context as initiatives to implement the Solid Waste National Policy - the industry of polymeric materials has sought solutions in order to achieve more sustainable industrial processes, infrastructure improvements, logistics and suitable destinations for post-consumer plastic packaging; promoting better life cycle use of these materials. In view of sustainable demand, biopolymers have gained attention once they are biodegradable, or produced from renewable raw materials, or both. Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are polyesters synthesized by diverse bacteria and stored in cells inclusion as an energy reserve. PHAs are produced from renewable sources and their main feature is their biodegradability. One key barrier against the widespread use of PHAs is their high production costs, aside from the extraction step challenge to recover biopolymer from the cell. The ordinary extraction method is the chloroform extraction, which besides being costly, due to high volume of solvent required, it also presents problems from an environmental perspective. The objective of this study is to find a solvent made from renewable raw materials (preferably sugar cane) and which shows good extraction performance of P(3HB) from inside the B.megaterium, Gram-positive bacteria. Isomers n and iso butanol and pentanol and ethyl acetate - which in Brazil is produced from sugar cane ethanol – are the renewable solvents tested in this Project. In addition, chloroform and sodium hypochlorite were tested as a comparison base line. The results obtained in the extraction with chloroform, hypochlorite and combination of both were similar to the literature, however, their application is not recommended because that goes against environmental care and sustainable technologies. On the other hand, alcoholic solvents tested, although sustainable, showed very low solubility of P(3HB), and do not reach result targets for this system. During the initial study of extraction with ethyl acetate, results showed the same order of magnitude from those obtained with chloroform. Thus, an additional set of experiments based on a rotational central design divided into blocks was developed - it aims to establish the conditions of time, temperature and ratio solvent volume:biomass that maximize yield and purity of the product in the ethyl acetate extraction. Therefore, the optimum condition was reached 78 % P(3HB) extraction yield and 65 % purity. In addition, considering its renewable nature and lower price, with relation to the other esters, it can be stated that ethyl acetate has potential to be used as solvent for P(3HB) extraction in industrial processes