Influência das condições operacionais em reatores anaeróbios com biomassa aderida para obtenção de 1,3-Propanodiol a partir de glicerol

Abstract

Neste trabalho, estudou-se a fermentação de glicerol por um consórcio bacteriano aderido a suportes de silicone em reatores anaeróbios de fluxo ascendente, em duas configurações: R_T (filtro anaeróbio) e R_S (fluxo-pistão), operados continuamente a diferentes condições de pH, TDH e cargas de glicerol (puro e bruto). Foram estabelecidas as condições ótimas para obter 1,3-PDO como principal produto. No reator R_T, além do 1,3- PDO (máximo 0,47 mol/mol-gli), etanol foi produzido, especialmente a pH acima de 8 e carga de glicerol (gli-LR) menor do que 10 g/L.d (máximo 0,20 mol/mol-gli). As produções de 1,3- PDO e etanol estiveram relacionadas às bactérias adaptadas às variações de gli-LR e pH do reator ao longo do período operacional. O biofilme aderido às mangueiras (inóculo) teve baixa diversidade, com dominância de Pseudomonas, Lactobacillus e Raoultella. Após 1 ano de alimentação com glicerol, Pseudomonas foram substituídas por bactérias anaeróbias, incluindo gêneros produtores de 1,3-PDO: Lacrimispora e Clostridium (40% das sequências). No reator R_S, operado com aumento progressivo da gli-LR, os rendimentos mais elevados (em média) de 1,3-PDO foram 0,43 mol/mol-gli e 0,62 mol/mol-gli, alcançados com gli-LR de 18 e 46 g/L.d, quando alimentou-se com glicerol puro e bruto, respectivamente. A produtividade máxima de 1,3-PDO (14,7 g/L.d) foi obtida com glicerol bruto. O biofilme aderido ao silicone (inóculo) teve baixa diversidade, com dominância de Lactobacillus (70,6%) e Klebsiella/Raoultella (23,3%). Após 293 dias de alimentação com glicerol puro, a abundância de Klebsiella/Raoultella diminuiu na biomassa aderida e na suspensão (9,7% e 7,4%, respectivamente). Além disso, o gênero Clostridium e membros da família Ruminococcaceae foram majoritários. Após a alimentação com glicerol bruto, Clostridium foi parcialmente substituído por Eubacterium na suspensão e permaneceu majoritário na biomassa aderida, indicando que as bactérias aderidas ao suporte converteram glicerol em 1,3-PDO. Em ambos os reatores também surgiram gêneros que não consomem glicerol, como: Actinomyces e Eubacterium (em R_T), Anaerobacter e Acetitomaculum (biomassa sedimentada em R_S). Estes sobreviveram às expensas de material de decaimento celular. Os resultados foram muito promissores para uma aplicação em grande escala, inclusive com altas cargas de glicerol bruto. Além dos estudos em reatores contínuos, experimentos em batelada confirmaram as tendências observadas em modo contínuo com respeito à produção de 1,3-PDO e etanol como subproduto.