Produção de ácido capróico associado à produção de hidrogênio utilizando a manipueira

Abstract

A manipueira é um resíduo gerado durante o processamento da mandioca (Manihot esculenta Crantz) para produção de farinha, fécula ou povilho. Geralmente a manipueira é descartada sem tratamento prévio, causando grande impacto ambiental pelo seu alto potencial poluidor, devido a elevada concentração de matéria orgânica e teor de cianeto. Porém, este resíduo é bastante atrativo para ser utilizado como substrato em processos biotecnológicos, incluindo a produção de biohidrogênio. Como a produção de hidrogênio ocorre no início da digestão anaeróbia (acidogênese), uma etapa posterior pode ser conduzida a fim de agregar valor ao processo. O ácido capróico pode ser formado a partir do alongamento da cadeia de carbono como etapa posterior à acidogênese. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi avaliar a produção de hidrogênio e ácido capróico a partir da digestão anaeróbia da manipueira. Para isso, testes em bateladas foram conduzidos em frascos de 2,3 L. Na primeira fase (F1), a inibição dos microrganismos metanogênicos no lodo foi avaliada utilizando acetileno (1% v/v no headspace) e tratamento térmico (120 °C, 1 atm por 30 minutos). Numa segunda fase (F2), três tipos de inóculo (rúmen bovino e dois lodos anaeróbios, provenientes de estação de tratamento de águas residuárias industrial e municipal) foram testados. As concentrações iniciais de manipueira, medidas como Demanda Química de Oxigênio (DQO), iguais a 10, 20 e 40 g O2/L, foram aplicadas para cada inóculo, com o objetivo de identificar a melhor condição experimental para produção de hidrogênio e ácido capróico durante a fermentação da manipueira. Na terceira e última fase (F3), o alongamento da cadeia de carbono durante a autofermentação (sem inóculo e sem inibição da metanogênese) da manipueira foi avaliada. Para isto, duas concentrações iniciais de substrato foram adotadas (10 e 20 g O2/L). Etanol foi adicionado aos reatores para permitir o alongamento da cadeia de carbono por meio da fermentação secundária do etanol introduzido, utilizando o ácido acético presente no meio. Os resultados de F1 indicaram que ambos, acetileno e tratamento térmico, inibiram eficientemente a metanogênese, sem produção de metano. No entanto, o potencial máximo de produção de H2 por aplicação de tratamento térmico (~563 mL) foi maior do que o obtido no tratamento com acetileno (~257 mL); o ácido butírico foi o principal subproduto gerado (~3 g/L). Em relação ao tipo de inóculo e a concentração inicial do substrato (F2), observou-se maior rendimento de hidrogênio (1,66 mol H2/mol de glicose) e produção de ácido capróico (~2 g/L) para a concentração inicial de manipueira de 20 g O2/L, quando o rúmen bovino foi o inóculo. O alongamento da cadeia de carbono a partir da autofermentação da manipueira (F3) resultou em concentração máxima de ácido capróico de 4,2 e 7,2 g/L e rendimentos da produção de hidrogênio de 1,01 e 1,98 mol H2/mol glicose para as concentrações iniciais de substrato de 10 e 20 g O2/L, respectivamente. Os principais produtos de degradação metabólica em todas as condições foram etanol, e os ácidos acético, butírico, propiônico e capróico.