UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
Pr o d u ção d e Ác i d o Cít r i c o p o r f er m en t ação s u b m e r s a u t i l i za za n d o A s p e r g i lll l u s N i g er er
Alunos: José Sancley Tavares - 0267985 Juliana Bezerra Carneiro - 0267963 Maria Gabriela Alves Bezerra - 0338110 Natália de Sousa Campelo - 0285365 Thalita Cristina Pereira de Sousa – 0270420
Novembro/2014
Introdução
O ácido cítrico foi descoberto no século VIII depois de Cristo pelo alquimista islâmico Abu Musa Jabir Ibn Hayyan, e foi o primeiro ácido isolado em 1784, pelo químico sueco Carl Wilhelm Scheele, que o cristalizou a partir do suco do limão. A produção comercial deste composto teve início na Inglaterra por volta de 1826, a partir do citrato de cálcio italiano derivado do suco de limão. Em 1880, o ácido cítrico foi sintetizado a partir do glicerol e, mais tarde, a partir da dicloroacetona. Vários outros métodos de síntese foram estudados, utilizando-se diversos tipos de reações e substâncias, porém limitações técnicas e econômicas comprovaram a inviabilidade desses processos. Em 1893, descobriu-se que uma espécie fúngica de Citromyces, atualmente denominada Penicillium glaucum, acumulava ácido cítrico em meio contendo açúcar e sais orgânicos. No entanto, testes industriais não tiveram êxito devido a problemas de contaminação e de longa duração da fermentação. Em 1916, com a descoberta de que numerosas estirpes de Aspergillus niger produziam quantidades significativas de ácido cítrico, que a produção industrial de do ácido cítrico se tornou um sucesso. A descoberta mais importante foi a constatação de que este fungo crescia bem em condições de pH ao redor de 2,5-3,5 e concentrações elevadas de açúcares favoreciam a produção de ácido cítrico. A fabricação de ácido cítrico pode ser realizada através de três processos: Koji, no qual o substrato é sólido, sendo utilizada uma linhagem específica de Aspergillus niger; fermentação em superfície, onde o micélio do fungo cresce sobre a superfície do meio de cultura estático, sendo o produto da fermentação recolhido do meio; e fermentação por cultura submersa, onde o fungo se desenvolve inteiramente submerso no meio de cultura líquido sob agitação, que serve para assegurar a homogeneidade tanto da distribuição dos microrganismos quanto dos nutrientes. Atualmente, predomina a síntese do ácido cítrico por via fermentativa, principalmente a partir de melaços de cana-
de-açúcar e de beterraba. Esse processo é responsável por mais de 90% da produção, uma vez que é mais econômico e simples do que a via química.
Microrganismo
O Aspergillus niger faz parte dos fungos filamentosos que constituem um grupo de microrganismos aeróbios fisiologicamente diversos. Em seu ambiente natural são encontrados frequentemente em superfície de líquidos e sólidos de tal maneira que uma grande parte de suas hifas são aéreas. Apresentam hifas finas, septadas e conidióforos com vesículas recobertas por conídios negros. O inóculo habitualmente usado na produção do ácido cítrico são esporos de uma cepa adequada de A. niger crescida em meio nutriente sólido. A composição do meio de cultura, além da fonte de carboidratos, é a seguinte: a concentração dos íons de cobre adicionados ao meio para neutralizar os íons de ferro varia de 0,1 a 50,0mg/L, dependendo da quantidade de ferro presente no meio. A quantidade de dihidrogênio sulfato de potássio (kH 2SO4) presente é de 0,01% a 0,03%, podendo chegar a 2%. A concentração de sulfato de magnésio heptahidratado (MgSO 4.7H2O) corresponde a 0,25%. Caso o meio contenha uma quantidade de ferro muito baixa, deve-se suprir essa deficiência, até que se atinja uma faixa de 0,1 a 0,2mg/L. O pH deve ser ajustado antes da inoculação com íon amônio para aproximadamente 4,0. O incremento na produtividade de ácido cítrico tem sido feito através de mutação e seleção de cepas. As principais vantagens no uso do A. niger são a facilidade do controle de variáveis do processo, sua habilidade de fermentar uma grande variedade de matérias-primas de baixo custo e produzir rendimentos elevados de ácido cítrico. Muitos estudos sugerem que a morfologia do micélio é crucial para o máximo rendimento, não somente quanto à forma das hifas, mas também à sua agregação. Assim, acredita-se que o formato das hifas deva ser bastante curto, bulboso e fortemente ramificado. Esta condição é provocada pela deficiência de manganês ou está relacionada à adição de ferrocianeto no pré tratamento do substrato. O micélio deve também formar pequenos pellets ( com
menos de 0,5mm) com uma superfície lisa e dura. Tais pellets são produzidos quando um número de fatores são controlados, tais como os níveis de ferrocianeto, níveis de manganês, baixo nível de ferro (menos de 1 ppm), pH baixo, controle de ventilação e agitação ou a quantidade de esporos no inoculo. A formação de pellets não é necessária, porém estes exigem uma energia mais baixa do mosto. Quando uma mudança para um tipo de crescimento filamentoso ocorrer, o nível de oxigênio dissolvido pode cair em 50 por cento para uma entrada fixa.
Substratos
Várias matérias-primas tais como hidrocarbonetos, amiláceos e melaços, têm sido empregadas como substratos para a produção comercial submersa de ácido cítrico, embora este seja principalmente produzido a partir de amido ou sacarose. Tanto o melaço da beterraba quanto o da cana são adequados para a produção do ácido cítrico. Com base nessa informação, escolheu-se o melaço da cana-de-açúcar para o meio fermentativo por apresentar um custo relativamente baixo e alto teor de açúcar, uma média de 70% de açúcares totais, sendo 54% de sacarose e 16% de açúcares redutores. Uma vez que é um subproduto da refinação de açúcar, essa quantidade de açucares no melaço pode variar e depende de vários fatores, como a variedade de cana, métodos de cultivo, condições de armazenagem e manuseio (transportes, as variações de temperatura), etc.
Processo
- Manutenção e crescimento da cultura
As culturas de Aspergillus niger são mantidas em meio agar batata dextrose esterilizado (batata cortada em cubos 200 g/L, dextrose a 20 g/L e
agar 15 g /L), pH 4,5 e armazenadas a 5ºC na geladeira. Todos os meios de cultura são esterilizados em autoclave a 103,421 KPa (121°C) por 15 min. A fim de permitir o crescimento do microorganismo, o pH do meio de cultura é ajustado à 5,5 pela adição de solução estéril de ácido clorídrico. As suspensões dos conídios do fungo pela cultura de crescimento a 30 ° C durante 5 a 7 dias. Os esporos são lavados com uma solução 0,8% de um surfactante não-ionico (Tween 80) e agitada vigorosamente por 1 minuto. A concentração é de aproximadamente 1×10 8 esporos/mL.
- Pré-tratamento do melaço
O melaço de cana utilizado contém 20% de água, 62% em teor de açúcar, 10% de matéria não açucarada, e sais inorgânicos (conteúdo de cinzas) de 8%, formando um liquido negro e homogêneo com elevada viscosidade. Teores de cinzas incluem, tais como íons Mg, Mn, Al, Fe e Zn de proporção variável. O melaço é diluído até obter-se o teor de açúcar de 12,0 g/L e então a solução segue para a etapa de purificação do xarope, esta envolve um filtro rotatório à vácuo para remover os sólidos suspensos ou precipitados, e um tratamento de remoção dos íons contaminantes. Ferrocianeto de potássio ou outros compostos complexos, como o sal de ácido etilenodiamino tetra-acético (EDTA) são usualmente utilizados na remoção de íons metálicos por precipitação. Ferrocianeto é normalmente adicionada antes da esterilização. No entanto, pode também ser parcialmente adicionado antes e após a esterilização ou somente depois da esterilização. Muitas vezes a remoção dos íons metálicos indesejados se dá através de trocadores iônicos, especialmente trocadores de cátions.
- Esterilização
Para proteger o processo de fermentação de microrganismos indesejáveis, o melaço deve então passar por um processo de esterilização. O método mais econômico é a esterilização a vapor, a uma temperatura de 130 °
C ou superior durante 30 minutos, ou por passagem de vapor com fluxo turbulento através de tubos de trocadores de calor com camisas de vapor, e imediatamente resfriado até aproximadamente 30°C em outro trocador de calor. No entanto, a esterilização a vapor do meio pode não ser suficiente para assegurar a esterilidade total, assim a adição de agentes químicos, tais como formalina, derivados de furano, ou antibióticos, pode ser feita.
- Técnica de fermentação
O xarope esterilizado juntamente com o inóculo é bombeado para o fermentador, onde são devidamente adicionados agentes antiespumantes, podendo-se usar o óleo de silicone, para evitar perdas pelo excesso de espuma. Durante a fermentação, o pH muda rapidamente para a faixa de 1,5 a 2,0 e pouco ácido cítrico é formado antes do pH atingir esse nível. A aeração da cultura submersa deve ser contínua na taxa de 0,5 a 1,15 vvm de solução por minuto e não pode ser interrompida, pois mesmo um breve lapso no suprimento de ar pode cessar o processo por vários dias. O inóculo vegetativo foi transferido para o meio de produção a uma concentração de 10,0 g/L. A temperatura é mantida a 30 ± 1 ° C durante todo um período de fermentação de 160 horas. A velocidade de agitação do impelidor é de 300 rpm. Outra adição interessante ao mosto é a de álcoois inferiores, como o metanol, por permitir a diminuição da inibição causada por metais pesados que venham a restar no meio de fermentação, além de facilitar a permeabilidade do ácido pela membrana celular do A. niger. O processo de fermentação empregado é descontínuo, uma vez que técnicas de fermentação contínua não são adequadas para a produção de ácido cítrico por serem muito dispendiosas e, provavelmente, economicamente inviáveis. É importante que os fermentadores de aço comum sejam adequadamente revestidos, para evitar a contaminação com íons metálicos. Outra possibilidade é utilizar reatores de aço inoxidável AISI 317L, que tem como principal característica a adição superior de molibdênio em sua composição química, o que garante o aumento da resistência ao ataque químico quando comparado aos aços de uso comum nas indústrias.
- Recuperação do produto
Para a separação do produto desejado, o meio filtrado deverá ser submetido à outra filtração caso esteja turvo, devido à presença de resíduos de antiespumante, de micélio ou de oxalato. O ácido citrico (aquoso) é precipitado na forma de citrato de cálcio pela adição de hidróxido de cálcio (que deverá ter um baixo teor de magnésio para não haver formação de citrato de magnésio, que é solúvel em água). Em seguida, o citrato de cálcio é filtrado e a massa transferida para um tanque, onde será tratada com ácido sulfúrico para precipitar o sulfato de cálcio. O sobrenadante contendo o ácido cítrico é purificado por tratamento com carvão ativado e desmineralizado por sucessivas passagens através de colunas com resina de troca iônica; a solução purificada é então cristalizada por evaporação e os cristais são removidos por centrifugação. Os cristais úmidos são então refundidos à vácuo e recristalizados à vácuo para atender os padrões USP (United States Pharmacopoeia). A isto se segue a centrifugação, a secagem, a classificação granulométrica e a embalagem.
Descrição dos bioprodutos
O ácido cítrico ou citrato de hidrogênio, tem como nome oficial ácido 2hidroxi-1,2,3-propanotricarboxílico e fórmula química C 6H8O7. O bioproduto é um ácido orgânico fraco que possui 3 grupos carboxílicos e pode ser encontrado em frutas cítricas. O fato dele ser tricarboxílico confere-lhe propriedade acidificante, visto que pode perder um próton originando um íon citrato cuja função é controlar o ph de soluções ácidas. Também é conhecido como acidulante INS 330, pois é utilizado como conservante natural e antioxidante conferindo sabor ácido e refrescante aos produtos da indústria
alimentícia. Tem grande importância como intermediário do ciclo do ácido cítrico. O ácido cítrico é comercializado como um pó cristalino branco em temperatura ambiente, no entanto pode ser encontrado em diversas granulometrias (anidra) e na forma monohidratada. A variedade de granulometria permite perfeita aplicação do bioproduto em diferentes processos da indústria. Se colocada em água quente, o ácido anidro cristaliza. O contrário ocorre com a forma monohidratada que cristaliza em água fria. Para converter a forma monohidratada em anidra é necessário aquecer em temperatura maior que 74 °C. Caso o ácido seja aquecido em temperatura maior que 175 °C ele se transformará em CO2 e H2O.
Aplicações de mercado, volume e preço
O ácido cítrico é um acidulante amplamente utilizado nas indústrias de alimentos e bebidas. Algumas aplicações mais comuns são na preparação de refrigerantes, bebidas em pó, sucos, vinhos, balas, confeitos, produtos lácteos e sorvetes tendo como função acidificar e realçar o sabor. Também é empregado na preparação de cremes, gorduras, maionese, molhos, óleos e sopas, atuando como conservante e antioxidante, além da função já descrita anteriormente. Outras aplicações menos divulgadas do produto são em sais efervescentes de banho, produção de assados, doces, enlatados, queijos, fermentação caseira e experimentos de laboratórios. Na indústria têxtil é utilizado como alvejante, auxiliando na estabilização dos peróxidos, na mercerização, permitindo a neutralização a quente e nos banhos de tingimento, corrigindo o pH. Empregado também na indústria veterinária nas formulações de antibióticos e vermífugos, na agricultura em adubos foliares e formulação de defensivos. O ácido cítrico é um dos ácidos orgânicos mais empregados, com uma produção atingindo cerca de 63,5 milhões de quilogramas. No ano de 2007, sua produção global correspondeu a mais de 1,6 milhões de toneladas, sendo
que a demanda por este produto cresce cerca de 3% a 5% a cada ano. A metade da produção mundial ocorre na China. Um Kg de ácido cítrico anidro 99,5% é comercializado por R$ 9,00 e o Kg do ácido cítrico monohidratado custa R$7,00. Uma das maiores empresas produtoras de ácido cítrico do Mundo é a Cargill. Ela conta com uma produção local de acidulantes e citratos, com as operações situadas em Uberlândia/MG.
Classificação do bioprocesso
A produção de ácido cítrico por Aspergillus niger pode ser conduzida por 3 tipos de fermentação (em superfície, submerso e Koji) segundo a literatura. A fermentação em superfície acontece em bandejas que contém uma camada do meio de fermentação com duração de 8 a 12 dias. O processo denominado Koji é uma fermentação em meio sólido com duração de 4 dias em condições ideais. O processo de fermentação escolhido para esse bioprocesso foi a fermentação submersa, visto que ela é a mais empregada na produção industrial do ácido cítrico por requerer menos espaço, tornar possível o controle das variáveis no início do processo influenciando no bom desempenho da fermentação e propiciar altas velocidades de produção. Não oferece restrição ao tipo de reator utilizado no processo, porém é necessário que o biorreator seja projetado utilizando materiais resistentes à corrosão devido ao baixo valor de pH gerado na fermentação e o fato do ácido cítrico ser corrosivo. Para produzir ácido cítrico é essencial que o meio de fermentação contenha fonte de carbono, nitrogênio, fósforo e níveis adequados de elementos traço (Cu, Mn, Mg, Fe, Zn). A aeração é outro fator importante na produção do ácido, uma vez que o processo é altamente dependente do oxigênio durante o crescimento do fungo e acúmulo do ácido.
Parâmetros cinéticos
- Equacionamento e Dimensionamento
Dentre os quatro modelos analisados, o modelo hiperbólico foi o que melhor ajustou os valores experimentais e os resultados previstos para simular o comportamento dinâmico do processo de produção de ácido cítrico. Os parâmetros estimados foram usados para gerar os perfis de tempo para o substrato, as concentrações de ácido cítrico e de células microbianas mostradas nas figuras a seguir.
Figura 1 – Modelo Monod
Figura 3 – Equação Logística
Figura 2 – Modelo Haldane
Figura 4 – Modelo Hiperbólico
Sabe-se que a reação é limitada por um efeito de inibição pelo produto, assim o modelo que melhor representa a taxa de crescimento específico é o hiperbólico, definido como se segue:
onde μmax (h-1) é a velocidade máxima específica de crescimento de biomassa; Ks (g/L) é a constante de afinidade de substrato, K p (g/L) é a constante de inibição do produto e X max (g/L) é a concentração máxima de células microbianas. Substituindo o valor de do modelo hiperbólico na equação da lei de velocidade, obtem-se:
Na realização do balanço do substrato, para um fermentador batelada, foi considerado que o mesmo seria perfeitamente agitado e de volume constante. O balanço global do substrato no fermentador é dado por:
− −
Substituindo o valor de do modelo hiperbólico na equação da lei de velocidade, obtem-se:
− ∙ ⁄ + + No balanço para a biomassa, temos que:
−
∙ + + ⁄ 0− −0
1 ∙ − 0 ⁄ ( −0) 0 − 1 ( − 0) ⁄ [ ] O balanço para a formação de ácido cítrico é dado pelas seguintes equações:
− ⁄∙ ∙⁄ ∙ + + Os valores estimados para os parâmetros cinéticos usando o modelo hiperbólico encontram-se na tabela abaixo: μMAX (h-1)
KS(g/L)
YP/X(g/g)
YX/S(g/g)
KP(g/L)
0,013
0,001
13,671
0,071
0,257
Utilizando o software Python para resolver simultaneamente as equações de balanço para calcular o tempo de fermentação, temos:
O processo produtivo de ácido cítrico é continuo, porém o fermentador é batelada. Baseado na produção almejada de 635 ton/ano, que corresponde a 1% da produção anual brasileira, calculamos o volume necessário de um fermentador para atingir essa produção. Como o volume encontrado foi muito alto, optamos por dividi-lo em vários fermentadores menores, de forma que tivéssemos mais bateladas ocorrendo o tempo todo. Esses reatores devem ser carregados em intervalos de tempo de forma a permitir que a operação aconteça todos os dias na planta industrial. Cálculo do número de dornas
Para calcular o tempo de carga e descarga usamos a equação abaixo:
=
Uma vez que se sabe a concentração de produto obtido no final do tempo de fermentação e o volume de cada dorna é possível calcular a quantidade (em massa) do produto formado após o tempo total. Com isso, calculamos a quantidade de produto por ano em cada dorna. Dividindo a produção anual total pela capacidade produtiva de cada dorna encontramos a quantidade necessária de dornas. Após conhecer o número de dornas é possível definir o modo de operação desses equipamentos. Considerando um tempo total (fermentação, carga e descarga) de 168 horas, dornas com volume de 150 m 3, obtemos os seguintes dados:
Dimensões do fermentador
O fermentador utilizado na produção de ácido cítrico é cilíndrico e contém 4 chicanas, sistema de aeração e sistema de agitação. Como o fungo utilizado no nosso processo de produção do ácido cítrico é filamentoso, o impelidor indicado para esse tipo de processo é o de hélice naval com um fluxo axial, pois apresenta baixo cisalhamento em relação a t urbina de Rushton. O agitador e as chicanas são responsáveis por garantir uma mistura eficiente, evitar a formação de vórtices, aumentar a turbulência, garantir a transferência de massa e fornecer condições próprias para a quebra das bolhas. O fermentador terá 4 chicanas posicionadas diametralmente opostas. Visto que o processo de produção do ácido cítrico é aerado precisamos calcular a quantidade de oxigênio que é fornecido para o meio. Para determinar o coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (Kla) podem ser usados dados experimentais ou correlações matemáticas. O modelo dinâmico é um dos mais usados para essa determinação. Ele é baseado em medidas feitas por eletrodos que ficam em contato com o meio de fermentação. O valor encontrado na literatura para o Kla para esse processo foi de 30h -1. As dimensões do fermentador devem obedecer as razões da tabela abaixo.
Abaixo segue a representação do fermentador e as suas dimensões:
Altura do líquido
7,36 m
Altura do reator
9,2 m
Diâmetro do reator
4,6m
Diâmetro do impelidor
1,53m
Diâmetro das chicanas
0,46m
Altura da pá do impelidor
0,31m
Largura da pá
0,38m
Distância entre o impelidor e a saída de gás 0,31m Volume do reator
150 m3
Aspectos Econômicos
Nos últimos anos, a produção de ácido cítrico voltado à exportação é uma boa oportunidade de investimento, pois o mercado é crescente e a rota de produção está bem consolidada. O ácido cítrico é considerado um commodities químico com diversas aplicações industriais.
Os maiores produtores mundiais de ácido cítrico são: ADM, Cargill, Jungbunzlauer e Tate & Lyle. Essas indústrias utilizam o processo de fermentação em meio submerso e a Citrique Belge utiliza o processo em superfície. A produção chinesa de ácido cítrico é basicamente pelo processo de fermentação submersa. A proximidade com um fornecedor de matéria-prima, a aquisição de uma cadeia de fornecimento, de preferência do local da empresa para evitar custos com transporte são fatores importantes para aumentar a competitividade. As empresas agrícolas ADM,Cargill e a Tate & Lyle estão em vantagem por terem acesso a matéria-prima abundante e barata. Quanto a matéria-prima, o amido de milho é a principal matéria-prima utilizada nos Estados Unidos e Canadá. Na China, há regiões que utilizam mandioca e outras utilizam milho. No entanto, a maior parte do ácido cítrico é produzida a partir de batata doce. Na Europa Ocidental, utiliza-se, principalmente, o melaço de beterraba. No Brasil, é utilizado tanto a cana-de-açúcar quanto o milho (apenas a Cargill) para a obtenção de ácido cítrico Com relação ao ácido cítrico, o Brasil é considerado auto-suficiente na sua produção desde 2005. O país detém vantagens produtivas por possuir grande quantidade de matéria-prima (cana-de-açúcar) de baixo custo. Deve-se aproveitar este fato para melhorar a qualidade do ácido cítrico produzido e vencer a concorrência do produto chinês, que vem dominando a oferta mundial por suas plantas de alta capacidade produtiva e baixo preço praticado no mercado. Seu processo produtivo mais utilizado já é através de uma rota sucroquímica e o seu destino principal é a indústria de alimentos e bebidas, um setor em crescimento e com grande participação no PIB. Na safra de 2009/2010, houve uma produção mundial de 156,3 milhões de toneladas de sacarose, um acréscimo de 3,5% em relação à anterior.A demanda mundial de ácido cítrico cresce de 3-5% ao ano segundo dados estatísticos. As empresas Tate & Lyle e Cargill são, respectivamente, a primeira e a terceira maiores fabricantes de ácido cítrico no mundo. Cada uma delas tem capacidade de produção instalada em cada planta de, aproximadamente, 30.000 t/ano.
Em 1999, o grupo Tate & Lyle comprou a unidade produtora de ácido cítrico da Bayer, em São Paulo. Os investimentos para a compra e para a ampliação da capacidade produtiva da fábrica (meta de 90 mil t/ano até 2003) foram da ordem de US$ 250 milhões. Já a instalação de uma planta em Uberlândia (MG), pelo grupo Cargill, em vista a atender a demanda do mercado consumidor latino-americano, ocorreu em 2000, com investimentos de US$ 300milhões. Uma segunda planta foi instalada em SP, em 2009. A primeira planta instalada pela Cargill tem capacidade de produzir ácido cítrico tanto por cana-de-açúcar (sacarose) quanto por açúcar de milho (glicose) e, em 2005, era a maior unidade da Cargill fora dos EUA. A Tabela abaixo informa dados gerais das duas produtoras nacionais.
A Tabela abaixo demonstra que o volume de exportação brasileira supera o de importação, o que permite concluir que a balança comercial de ácido cítrico do país é superavitária.
A capacidade produtiva mundial de ácido cítrico já ultrapassa 2,1 milhões t/ano, um número que excede a produção de qualquer outro ácido orgânico obtido por fermentação, sendo os maiores produtores a China, a Europa e os Estados Unidos. Nos últimos anos, os preços do ácido cítrico foram influenciados pela grande capacidade global de produção, além do aumento significativo de produção na China e da tarifação em todo mundo que manteve os mercados de ácido cítrico a preços competitivos. A participação da China nas importações brasileiras é bastante significativa. Em 2010, a participação da China em volume na importação brasileira já ultrapassava 98%. A China, desde essa época, já se destacava, tendo sido responsável por 63% da capacidade produtiva anual estimada, seguida pela Europa Ocidental e EUA, que ficaram com 12% dessa quantia. Em 2009, estimou-se que a participação da China na capacidade produtiva mundial chegaria a 68% e dos EUA e Europa Ocidental somados chegaria a 15%. Quanto ao consumo, as regiões que mais se destacam são também a Europa Ocidental, os EUA, a China e a Ásia (excluindo a China e o Japão). Em 2009, a Europa Ocidental, EUA, China, Europa Central e Oriental e o resto da
Ásia (excluindo a China e o Japão) juntos foram responsáveis por aproximadamente 80% do consumo global de ácido cítrico.
Da produção mundial, 1,4 milhões de toneladas anuais, aproximadamente 55-60% é destinado à indústria de bebidas, 15-20% à indústria de alimentos, 15% a detergentes e sabões, 5% à indústria farmacêutica e cosméticos e os outros 5% a usos industriais. No Brasil, das vendas internas de ácido cítrico produzido no Brasil, 81,1% são para o setor alimentício, 8% para o setor farmacêutico e os 10,9% restantes para outros setores não especificados. A indústria de alimentos, maior setor demandante de ácido cítrico é, entre as indústrias de transformação, a que mais contribui para o PIB industrial brasileiro.
Impactos Ambientais
Uma das desvantagens desta tecnologia é a grande quantidade de calcário necessária para a precipitação do ácido cítrico na forma de citrato de cálcio, e posterior recuperação com ácido sulfúrico. Além disso, há a formação de grandes quantidades de resíduos líquidos e sólidos (solução após filtração citrato de cálcio e gesso). Para uma tonelada de ácido cítrico, 579 kg de hidróxido de cálcio, 765 kg de ácido sulfúrico e 18 m 3 de água e são
consumidas aproximadamente uma tonelada de resíduos de gesso é produzida. Além da formação de resíduos, um outro grande impacto causado pelo processo fermentativo submerso é o elevado consumo de água. Essa grande quantidade de água requerida aumenta o custo da produção de ácido cítrico.
Melhorias do Processo
Alguns dos problemas que surgem no processamento, como a recuperação de ácido cítrico do caldo de fermentação, podem ser minimizados pela imobilização do A. niger. Nos últimos anos, a imobilização de células tem recebido um interesse crescente, o que possibilitou o desenvolvimento desta técnica. O efeito vantajoso da imobilização do micélio depende dos tipos de materiais empregados no suporte e das condições de processo empregadas. Em escala laboratorial a produção de ácido cítrico por A. niger imobilizada tem sido realizada com utilização de gel de alginato de cálcio, gel de poliacrilamida, espuma
de
poliuretano,
e
acrilamida
polimerizada.
São
necessárias mais pesquisas para tirar o máximo proveito desta tecnologia, mas parece ser promissor, especialmente em combinação com outras técnicas de recuperação recentemente em desenvolvimento, como a ultrafiltração. Outra alternativa de otimização do processo é a utilização de um reator Air Lift (coluna de bolhas), que realiza agitação apenas pelo borbulhamento de gás, dispensando o agitador mecânico. O uso desse tipo de reator diminui o consumo de potência de agitação, o que permite uma redução o custo com
energia elétrica. Além disso, a agitação que o reator oferece diminui o cisalhamento do micélio, evitando a morte do microrganismo. O gesso formado como resíduo na etapa de tratamento com hidróxido de cálcio pode ser vendido, aumentando a receita da empresa
e evitando que o lançamento irregular do resíduo
venha causar algum dano ambiental.
Bibliografia
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