Bioaproveitamento de glicerol por Clostridium spp. para produção de 1,3-propanodiol: otimização do processo fermentativo, engenharia metabólica e downstream

O 1,3-propanodiol, tradicionalmente obtido a partir de matéria prima fóssil, é largamente empregado na indústria química, principalmente para a produção de uma classe superior de polímeros. Vários substratos são atualmente estudados para a obtenção de 1,3-propanodiol dentre eles o glicerol, um subproduto de baixo valor agregado oriundo da indústria de biodiesel.

O presente trabalho objetivou otimizar a produção de 1,3-propanodiol a partir de glicerol, utilizando bactérias Clostridium spp., e propor uma estratégia para recuperação do produto. Inicialmente, realizou-se a seleção da melhor linhagem e a otimização do meio de cultura para a linhagem selecionada (C. beijerinckii DSM 791). Então, estudou-se a otimização do pH e a substituição do extrato de levedura por milhocina, levando ao aumento de rendimento, crescimento celular e produtividade.

Investigou-se a adição de glicose ao meio de cultivo, entretanto nenhum efeito positivo foi observado no crescimento celular ou na produção de 1,3-propanodiol. Imobilizou-se as células em fibrous bed bioreactor, estratégia empregada para contornar a inibição da fermentação pela produção de 1,3-propanodiol, obtendo-se produção estável por longo prazo em batelada sequencial.

A linhagem foi então modificada geneticamente para aumentar a atividade das enzimas: glicerol desidrogenase (GDH) e dihidroxiacetona quinase (DHAK), a partir de E. coli, resultando em uma produtividade de 0,99 g/L.h-1 e 0,71 g/L.h-1 de 1,3-propanodiol a partir de glicerol e glicerina, respectivamente.

A estratégia de engenharia metabólica aumentou além da produtividade de 1,3-propanodiol, a taxa de crescimento celular. Por fim, duas técnicas de downstream foram estudadas para recuperação de 1,3-propanodiol: gas stripping e salting-out, sendo esta última a técnica que apresentou coeficiente de partição de 33 e recuperação de 97%.

Este trabalho pode servir de base para o desenvolvimento de um processo economicamente competitivo de bioprodução de 1,3-propanodiol.

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