Pais: Brasil

Fecha: 19 de Julio del 2022

Investigación desarrolla bioprocesos para la producción de ácidos orgánicos a partir de materias primas renovables por Embrapa, Brasil

Los ácidos orgánicos tienen un alto valor añadido y son utilizados por la industria alimentaria, química, cosmética y farmacéutica, además de la agricultura.

    Investigadores de Embrapa Agroenergía desarrollaron bioprocesos para producir ácidos láctico, cítrico, xilónico y kójico, ampliamente utilizados en las industrias alimenticia, química, cosmética y farmacéutica, así como en la agricultura.

    Mediante la fermentación de materias primas renovables, los procesos utilizan hongos y bacterias como biocatalizadores y son totalmente sostenibles.

    Los procesos desarrollados requieren adaptaciones simples en las instalaciones industriales existentes.

    Las empresas interesadas pueden participar en las etapas de finalización de las tecnologías para llevarlas al mercado.

El equipo de investigación de Embrapa Agroenergía (DF) desarrolló bioprocesos para la producción de ácidos láctico, cítrico, xilón y kójico, productos de alto valor agregado y utilizados por las industrias alimenticia, química, cosmética y farmacéutica, además de la agricultura. La producción de estos ácidos puede hacerse a partir de las rutas del biodiesel o del etanol, con materias primas renovables como la glicerina y los hidrolizados que contienen azúcares y utiliza microorganismos como catalizadores biológicos, componiendo procesos ambientalmente sustentables. Embrapa busca socios en el sector productivo para co-desarrollar las etapas finales y llevar las tecnologías al mercado ( ver recuadro al final del texto ).

La producción se realiza mediante fermentación a partir de diferentes fuentes de carbono, como azúcares o glicerina. Cada tipo de ácido utilizaba un microorganismo diferente que actuaba como biocatalizador de la reacción. Para la producción de ácido láctico se utilizó una cepa de bacterias. Los ácidos cítrico y kójico fueron producidos a partir de hongos filamentosos y el ácido xilónico por una levadura modificada genéticamente.

Los microorganismos utilizados como biocatalizadores forman parte del acervo de microorganismos de Embrapa Agroenergía, que actualmente contiene más de diez mil bacterias, hongos, levaduras y microalgas para aplicación en diferentes segmentos industriales.

Beneficios

“La gran ventaja que observamos en la producción de estos ácidos es el uso de materias primas de origen renovable y también de coproductos de los procesos de producción de biodiesel y etanol”, dice la investigadora Mônica Damaso , responsable de la investigación.

Para la producción de estos ácidos se requieren simples adecuaciones a las instalaciones industriales existentes. “Proponemos obtener estos productos dentro del concepto de biorrefinería de caña de azúcar y glicerol, agregando valor al sector sucroalcoholero de energía y biodiesel”, destaca Dámaso. Además, los nutrientes y sales minerales necesarios para el crecimiento de los microorganismos responsables de la fermentación ya están, en parte, presentes en las materias primas y coproductos a utilizar, lo que facilita el proceso.

Objetivos de Desarrollo Sostenible de la ONU

Otra de las ventajas que señala el investigador es la posibilidad de cumplir algunos de los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de Naciones Unidas mediante el uso de fuentes renovables de materia prima para la obtención de bioproductos.

Las investigaciones que dieron origen a los ácidos láctico, cítrico, xilón y kójico se adhieren al ODS 9 (Industria, innovación e infraestructura), ya que busca promover la industrialización inclusiva y sostenible y fomentar la innovación; el ODS 12 (Consumo y Producción Sostenibles), que busca asegurar patrones de producción y consumo sostenibles; y el ODS 17 (Alianzas y medios de implementación), ya que busca fortalecer los medios de implementación y revitalizar la alianza mundial para el desarrollo sostenible del planeta.

Principales mercados en industrias

Los ácidos orgánicos son activos tecnológicos muy demandados por la industria y que pueden servir a diferentes mercados, como la industria alimentaria, la química fina y la fabricación de polímeros renovables.

Para el ácido láctico, las principales aplicaciones son la industria alimentaria (acidulantes) y química fina (pinturas, barnices y plastificantes), y el mercado de bloques de construcción para la fabricación de polímeros renovables.

Para el ácido cítrico, los mercados de mayor aplicación son la industria de alimentos (potenciador de sabor, inhibidor de crecimiento, acidulante, antioxidante, emulsionante de bebidas y otros); productos farmacéuticos, cosméticos y de cuidado personal (anticoagulantes, humectantes, emolientes, efervescentes y otros).

En el caso del ácido xilónico, las principales aplicaciones son para la fabricación de bioplaguicidas, blanqueo de textiles, como sustituto del ácido glucónico utilizado en productos no alimentarios, como dispersante en cemento, como antibiótico y como aditivo para mejorar la absorción. de vitamina c

Las bacterias ayudan a obtener ácido láctico

Partiendo de la ruta de producción del biodiesel, el aceite vegetal o grasa animal pasa primero por un proceso de transesterificación, cuando se le agrega alcohol y un catalizador químico a la mezcla. Este proceso transforma el aceite en biodiesel y glicerina, que se considera un coproducto de la producción de biodiesel.

Luego, la glicerina pasa por un proceso de fermentación utilizando una cepa élite de bacterias aisladas de la biodiversidad brasileña, lo que da lugar al producto final ácido láctico. El equipo de investigación también obtuvo excelentes rendimientos en la producción de ácido láctico utilizando caldo de sorgo dulce.

Ácido cítrico de caña de azúcar o sorgo dulce

Si el punto de partida es la ruta de producción de etanol, el proceso comenzará con caña de azúcar o sorgo dulce, un cultivo que se puede sembrar fuera de temporada. Luego de moler el respectivo bagazo, se obtiene un caldo rico en sacarosa que, luego del proceso de fermentación con el uso de microorganismos, da origen al ácido cítrico.

La misma ruta también puede utilizar bagazo de caña de azúcar en bruto que, después de la etapa de pretratamiento, da lugar a lignina, celulosa y hemicelulosa. Estos materiales sólidos pasan por un tercer paso, la hidrólisis enzimática, a partir de la cual se obtienen azúcares que pueden fermentarse y convertirse en diferentes ácidos, como el ácido cítrico.

Ácido Xilônico

Una tercera posibilidad de utilizar la biomasa de caña de azúcar para la producción de ácidos es la fermentación del licor de caña de azúcar obtenido después del pretratamiento del bagazo.

El uso de cepas recombinantes de la levadura Komagataella phaffii ( Pichia pastoris ) en el proceso de fermentación generó ácido xilónico como producto.

Todo comenzó con el ácido kójico

Las investigaciones con ácidos en Embrapa Agroenergía comenzaron con el Ácido Kójico, a partir de la glicerina. Ampliamente utilizado por la agricultura y las industrias cosmética, farmacéutica, química y alimentaria, el ácido kójico se obtuvo a partir de un hongo filamentoso seleccionado de la biodiversidad brasileña. Al igual que los otros ácidos, el proceso de producción se llevó a cabo a través de un proceso de fermentación cuya única fuente de carbono era la glicerina (glicerol crudo), un coproducto del biodiesel.

El ácido kójico agrega valor a la cadena productiva del biodiesel, aumentando su sustentabilidad comercial y ambiental.

Conviértase en socio de Embrapa Agroenergía

Las empresas interesadas en un activo tecnológico pueden establecer una sociedad con Embrapa Agroenergia para la cooperación técnico-científica en la co-creación o co-desarrollo de productos para la inserción en el mercado de la innovación.

El modelo de negocio adoptado es el de innovación abierta, que permite la cooperación con instituciones y empresas públicas y privadas para co-crear o co-desarrollar soluciones eficientes y sostenibles para la conversión de biomasa y residuos agroindustriales en bioproductos.

Más información sobre los ácidos láctico, cítrico, xilónico y kójico está disponible en Vitrina Tecnológica de Embrapa Agroenergía

Traducido del portugués.

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