Production of citric acid using residual glycerol from biodiesel production as a substrate

Devido aos incentivos governamentais, os quais impulsionam a produÃÃo de biodiesel, tal combustÃvel tem sido produzido em larga escala. Entretanto, o referido crescimento tem se revelado exacerbado, fazendo surgir um preocupante fator: o destino do glicerol excedente da produÃÃo de biodiesel. Tal inquietaÃÃo se mostra clara ao se revelar um importante dado: para cada tonelada de biodiesel obtido, sÃo gerados 100 Kg de glicerol, o que provoca efeitos adversos à economia do biodiesel. Neste contexto, teme-se que o excesso de glicerina produzida, a qual provoca um elevado nÃvel de poluiÃÃo, possa ser descartada de maneira irresponsÃvel no meio ambiente. Sendo assim, tÃm-se desenvolvido pesquisas destinadas à busca de alternativas para a utilizaÃÃo do volume excedente de glicerol. A bioconversÃo de glicerol por via fermentativa à uma alternativa que agrega um valor significativo para a produtividade da indÃstria de biodiesel. O glicerol pode ser utilizado por inÃmeros micro-organismos, em processos metabÃlicos, como fonte de carbono. Leveduras como as da espÃcie Yarrowia lipolytica, quando cultivadas em meio com limitaÃÃo de nitrogÃnio, sÃo capazes de produzir quantidades significantes de Ãcido cÃtrico a partir do glicerol. O Ãcido cÃtrico Ã, atualmente, um dos mais importantes Ãcidos orgÃnicos produzidos por via fermentativa. Devido Ãs suas caracterÃsticas, tem sido amplamente utilizado na indÃstria de alimentos e bebidas e tambÃm como aditivo em detergentes, produtos farmacÃuticos, cosmÃticos e de higiene pessoal. Desta forma, o presente trabalho teve por objetivo avaliar, atravÃs de fermentaÃÃo, rotas de bioconversÃo do glicerol residual da produÃÃo de biodiesel com elevados nÃveis de impurezas, para obtenÃÃo de Ãcido cÃtrico. Para isso, foram utilizadas, inicialmente, duas cepas de leveduras potencialmente produtoras do Ãcido: Yarrowia lipolytica NRRL YB 323 e Yarrowia lipolytica NRRL YB 423. Utilizando a Metodologia de Planejamento Experimental e AnÃlise da SuperfÃcie de Resposta, foram investigadas as concentraÃÃes iniciais de fonte de carbono e fontes de nitrogÃnio orgÃnico (extrato de levedura) e inorgÃnico (sulfato de amÃnio) em frascos agitados. Os resultados revelaram que a concentraÃÃo inicial ideal de glicerol residual do biodiesel como fonte de carbono, dentro da faixa estudada, foi de 20g/L. Quanto Ãs fontes de nitrogÃnio, pÃde-se constatar que estas nÃo apresentaram notÃvel influÃncia para a produÃÃo do Ãcido. TambÃm verificou-se que a adiÃÃo de Tiamina ao meio nÃo promoveu o aumento na quantidade de Ãcido cÃtrico acumulado. A levedura Yarrowia lipolytica NRRL YB 423 se revelou mais eficaz na produÃÃo do Ãcido. Foram realizados ensaios em fermentador de bancada para avaliar- se a melhor concentraÃÃo de oxigÃnio dissolvido no meio. Viu-se que as concentraÃÃes mais elevadas de oxigÃnio dissolvido no meio fermentativo favorecem a produÃÃo de Ãcido cÃtrico. Para nÃveis de oxigÃnio de 50%, observou-se um menor rendimento, enquanto que, para 70%, a produÃÃo de Ãcido cÃtrico foi favorecida. O rendimento percentual final para a produÃÃo de Ãcido cÃtrico obtido a partir de 20g/L de glicerol residual do biodiesel adicionado inicialmente ao meio foi de 24,80% em trÃs dias de fermentaÃÃo.Due to government financial incentives, which boost the production of biodiesel, there has been a large scale production of this fuel. However, this growth has proved to be exaggerated, rising a worrying factor: the destination of the glycerol excess from biodiesel production. Such concern is clearly shown to prove an important fact: for every ton of biodiesel produced, 100 kg of glycerol are generated, which leads to adverse effects on the biodiesel economy. In this context, it is feared that the over-produced glycerine, which causes a high level of pollution, can be discarded irresponsibly into the environment. So, researches have been being developed, aiming to find other alternatives for the use of the extra volume of glycerol. The bioconversion of glycerol by fermentation is good option that adds significant value to the productivity of the biodiesel industry. Glycerol can be used by several microorganisms in metabolic processes, as a carbon source. Some yeasts species, such as Yarrowia lipolytica, when grown on a media with a limited source of nitrogen, are able to produce significant amounts of citric acid from glycerol. Citric acid is currently one of the most important organic acids produced by fermentation. Due to its characteristics, it has been widely used in food and beverage industry and also as an additive for detergents, pharmaceuticals, cosmetics and toiletries. Thus, this study aimed to evaluate, through fermentation, bioconversion routes of residual glycerol from biodiesel production with high levels of impurities, in order to obtain citric acid. For this, two potential acid-producing yeast strains (Yarrowia lipolytica NRRL YB 323 and Yarrowia lipolytica NRRL YB 423) were initially used. Using the Methodology of Experimental Design and Response Surface Analysis, it was investigated the initial concentrations of carbon sources as well as organic (yeast extract) and inorganic (ammonium sulfate) nitrogen sources in shake flasks. The results obtained showed that the optimal initial concentration of glycerol from waste biodiesel as carbon source, within the studied range, was 20 g/L. As to the nitrogen sources, they were proved having no remarkable influence on the acid production. It was also found that thiamine addition to the media did not promote the increase on the amount of the previously accumulated citric acid. Yarrowia lipolytica NRRL YB 423 was proved more effective on the acid production. The tests which were carried out in the fermenter aimed to evaluate the optimal concentration of dissolved oxygen in the media. It was observed that highest concentrations of dissolved oxygen in fermentation media, promotes the production of citric acid. For levels of 50% oxygen, there was a lower yield, while for 70%, citric acid production was favored. The final percentage yield for the production of citric acid obtained from 20 g/L of residual glycerol from the biodiesel initially added to the media was 24.80%, at the end of three days of fermentation