BR102016029482A2

BR102016029482A2 - integrated process for production and purification of lactic acid obtained by submerged fermentation and obtaining biodegradable lactic polymers

Info

Publication number: BR102016029482A2
Application number: BR102016029482A
Authority: BR
Inventors: Carlos Ricardo Soccol; Juliana De Oliveira; Luciana Porto De Souza Vandenberghe
Original assignee: Universidade Federal Do Paraná
Priority date: 2016-12-15
Filing date: 2016-12-15
Publication date: 2018-07-17

Abstract

processo integrado para produção e purificação de ácido lático obtido por fermentação submersa e obtenção de polímeros lácticos biodegradáveis a presente invenção trata de um processo fermentativo simples e altamente produtivo para a produção de ácido lático (al) a ser utilizado como monômero na reação de polimerização para obtenção de plástico biodegradável poliácido lático, o pla. o al foi produzido por fermentação submersa utilizando a bactéria lactobacillus pentosus a partir de amido residual de batata e levedura inativada. descreve-se aqui o processo de produção do al utilizando um caldo hidrolisado do amido residual de batata, o qual é um subproduto gerado durante o processamento de batata frita do tipo chips ou palha. a etapa de hidrólise auxilia na conversão do amido em açúcares simples e solubilização desses açúcares, aumentando assim sua disponibilidade para o micro-organismo produzir o al. a utilização da célula de levedura inativada tem por objetivo fornecer fonte de nitrogênio e assim reduzir os custos da produção de al. inclui-se também descrição do processo de purificação do al produzido utilizando carvão ativado em pó sob altas temperaturas. a utilização do al purificado no processo de polimerização para obtenção de pla encontra-se igualmente descrito na presente invenção por meio de diferentes métodos de aquecimento, o convencional e por micro-ondas utilizando lactato de zinco como catalisador.Integrated Process for Production and Purification of Lactic Acid Obtained by Submerged Fermentation and Obtaining Biodegradable Lactic Polymers The present invention is a simple and highly productive fermentative process for the production of lactic acid (al) to be used as a monomer in the polymerization reaction to obtaining lactic polyacid biodegradable plastic, pla. al was produced by submerged fermentation using the bacterium lactobacillus pentosus from potato starch and inactivated yeast. Described herein is the process of making the alum using a hydrolyzed potato starch broth, which is a by-product generated during the processing of chips or straw. The hydrolysis step assists in the conversion of starch into simple sugars and solubilization of these sugars, thus increasing their availability for the microorganism to produce al. The use of the inactivated yeast cell aims to provide nitrogen source and thus reduce the costs of al production. Also included is a description of the process for the purification of al produced using powdered activated carbon under high temperatures. The use of purified al in the polymerization process to obtain pla is also described in the present invention by different heating methods, conventional and microwave using zinc lactate as catalyst.

Description

(54) Título: PROCESSO INTEGRADO PARA PRODUÇÃO E PURIFICAÇÃO DE ÁCIDO LÁTICO OBTIDO POR FERMENTAÇÃO SUBMERSA E OBTENÇÃO DE POLÍMEROS LÁCTICOS BIODEGRADÁVEIS (51) Int. Cl.: C12P 7/56; C12R 1/225; C08G 63/08 (73) Titular(es): UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ (72) Inventor(es): CARLOS RICARDO SOCCOL; JULIANA DE OLIVEIRA; LUCIANA PORTO DE SOUZA VANDENBERGHE (57) Resumo: PROCESSO INTEGRADO PARA PRODUÇÃO E PURIFICAÇÃO DE ÁCIDO LÁTICO OBTIDO POR FERMENTAÇÃO SUBMERSA E OBTENÇÃO DE POLÍMEROS LÁCTICOS BIODEGRADÁVEIS A presente invenção trata de um processo fermentativo simples e altamente produtivo para a produção de ácido lático (AL) a ser utilizado como monômero na reação de polimerização para obtenção de plástico biodegradável poliácido lático, o PLA. O AL foi produzido por fermentação submersa utilizando a bactéria Lactobacillus pentosus a partir de amido residual de batata e levedura inativada. Descreve-se aqui o processo de produção do AL utilizando um caldo hidrolisado do amido residual de batata, o qual é um subproduto gerado durante o processamento de batata frita do tipo chips ou palha. A etapa de hidrólise auxilia na conversão do amido em açúcares simples e solubilização desses açúcares, aumentando assim sua disponibilidade para o micro-organismo produzir o AL. A utilização da célula de levedura inativada tem por objetivo fornecer fonte de nitrogênio e assim reduzir os custos da produção de AL. Inclui-se também descrição do processo de purificação do AL produzido utilizando carvão ativado em(...)(54) Title: INTEGRATED PROCESS FOR THE PRODUCTION AND PURIFICATION OF LACTIC ACID OBTAINED BY SUBMERSED FERMENTATION AND OBTAINING BIODEGRADABLE LACTIC POLYMERS (51) Int. Cl .: C12P 7/56; C12R 1/225; C08G 63/08 (73) Holder (s): UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ (72) Inventor (s): CARLOS RICARDO SOCCOL; JULIANA DE OLIVEIRA; LUCIANA PORTO DE SOUZA VANDENBERGHE (57) Abstract: INTEGRATED PROCESS FOR THE PRODUCTION AND PURIFICATION OF LACTIC ACID OBTAINED BY SUBMERSAL FERMENTATION AND OBTAINING BIODEGRADABLE LACTICAL POLYMERS The present invention deals with a simple and highly productive fermentative process for the production of acid (l) to be used as a monomer in the polymerization reaction to obtain biodegradable lactic polyacid plastic, PLA. AL was produced by submerged fermentation using the bacterium Lactobacillus pentosus from residual potato starch and inactivated yeast. The production process of AL using a hydrolyzed broth of residual potato starch is described here, which is a by-product generated during the processing of chips or straw chips. The hydrolysis step assists in the conversion of starch into simple sugars and solubilization of these sugars, thus increasing its availability for the microorganism to produce AL. The use of the inactivated yeast cell aims to provide a nitrogen source and thus reduce the costs of AL production. A description of the AL purification process produced using activated carbon in (...)

Caldo Fermentado » —Fermented broth »-

Aquecimento até 50 °CHeating up to 50 ° C

CentrifugaçãoCentrifugation

Células e sólidos suspensos |Suspended cells and solids |

Clarificação com carvão ativado |Activated carbon clarification |

CentrifugaçãoCentrifugation

3=3 =

Precipitação do lactato dc cálcio L---* *L-calcium lactate precipitation --- * *

Separação do lactato de cálcio j-j Caldo contendo lactato de cálcio |Separation of calcium lactate j-j Broth containing calcium lactate |

Adicificaçâo com H2SO4 4H2SO4 addition 4

5H CaSO₄ |5H CASE ₄ |

Ácido LáticoLactic acid

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PROCESSO INTEGRADO PARA PRODUÇÃO E PURIFICAÇÃO DE ÁCIDO LÁTICO OBTIDO POR FERMENTAÇÃO SUBMERSA E OBTENÇÃO DE POLÍMEROS LÁCTICOS BIODEGRADÁVEISINTEGRATED PROCESS FOR PRODUCTION AND PURIFICATION OF LACTIC ACID OBTAINED BY SUBMERSAL FERMENTATION AND OBTAINING BIODEGRADABLE LACTICAL POLYMERS

Campo da Invenção [001]. A presente invenção trata de um processo fermentativo simples e altamente produtivo para a produção de ácido lático (AL) a ser utilizado como monômero na reação de polimerização para obtenção de plástico biodegradável poliácido lático (PLA). O AL foi produzido por fermentação submersa utilizando a bactéria Lactobacilius pentosus NRRL B-227 a partir de amido residual de batata e levedura inativada.Invention Field [001]. The present invention deals with a simple and highly productive fermentative process for the production of lactic acid (AL) to be used as a monomer in the polymerization reaction to obtain biodegradable lactic polyacid plastic (PLA). AL was produced by submerged fermentation using the bacterium Lactobacilius pentosus NRRL B-227 from residual potato starch and inactivated yeast.

[002], Descreve-se aqui o processo de produção do AL utilizando um caldo hidrolisado do amido residual de batata, o qual é um subproduto gerado durante o processamento de batata frita do tipo chips ou palha. A etapa de hidrólise auxilia na conversão do amido em açúcares simples e solubilização desses açúcares, aumentando assim sua disponibilidade para o micro-organismo produzir o AL. A utilização da célula de levedura inativada tem por objetivo fornecer fonte de nitrogênio e assim reduzir os custos da produção de AL. Inclui-se também descrição do processo de purificação do AL produzido utilizando carvão ativado em pó sob altas temperaturas, A utilização do AL purificado no processo de polimerização encontra-se igualmente descrito na presente invenção por meio de diferentes métodos de aquecimento, o convencional e por micro-ondas utilizando como catalisador o lactato de zinco.[002], The production process of AL using a hydrolyzed broth from residual potato starch is described here, which is a by-product generated during the processing of chips or straw chips. The hydrolysis step assists in the conversion of starch into simple sugars and solubilization of these sugars, thus increasing its availability for the microorganism to produce AL. The use of the inactivated yeast cell aims to provide a nitrogen source and thus reduce the costs of AL production. A description of the AL purification process produced using powdered activated carbon at high temperatures is also included. The use of purified AL in the polymerization process is also described in the present invention by means of different heating methods, the conventional and by microwave using zinc lactate as catalyst.

Fundamentos da Invenção e Estado da Técnica [003]. O ácido lático (AL) é o nome popular dado ao ácido hidroxipropanóico (C3H0O3). A molécula possui um carbono assimétricoFundamentals of Invention and State of the Art [003]. Lactic acid (AL) is the popular name given to hydroxypropanoic acid (C3H0O3). The molecule has an asymmetric carbon

2/18 e existe na forma do dois isômoros opticamente ativos: o ácido L(+) lático ou ácido S-lático e o ácido D(-) lático ou ácido R-lático.2/18 and exists in the form of two optically active isomers: L (+) lactic acid or S-lactic acid and D (-) lactic acid or R-lactic acid.

[004], O AL possui grande variedade de aplicações principalmente na indústria de alimentos. Entretanto, é aplicado também na indústria farmacêutica e química, com grande foco na produção de polímeros biodegradáveis (Datta, Rathin; Tsai, Shih-Perng; Bonsignore, Patrick; Moon, Seung-Hyeon; Frank, James R. 1995. Technological and economic potential of polyflactic acid) and lactic acid derivatives. FEMS Microbiology Reviews, 16 (2-3), 221-231. Wee, Young-Jung: Kim, Jin-Nam; Ryu, Hwa-Won. 2006. Biotechnological production of lactic acid and its recent applications. Food Technology and Biofechnology, 44 (2), 163-172. Gao, Chao; Ma, Cuiqing; Xu, Ping. 2011. Biotechnological routes based on lactic acid production from biomass. Biofechnology Advances, 29 (6), 930-939).[004], AL has a wide variety of applications mainly in the food industry. However, it is also applied in the pharmaceutical and chemical industry, with a strong focus on the production of biodegradable polymers (Datta, Rathin; Tsai, Shih-Perng; Bonsignore, Patrick; Moon, Seung-Hyeon; Frank, James R. 1995. Technological and economic potential of polyflactic acid) and lactic acid derivatives. FEMS Microbiology Reviews, 16 (2-3), 221-231. Wee, Young-Jung: Kim, Jin-Nam; Ryu, Hwa-Won. 2006. Biotechnological production of lactic acid and its recent applications. Food Technology and Biofechnology, 44 (2), 163-172. Gao, Chao; Ma, Cuiqing; Xu, Ping. 2011. Biotechnological routes based on lactic acid production from biomass. Biofechnology Advances, 29 (6), 930-939).

[005]. A produção do AL pode ser realizada por síntese química ou bíotecnológica, por fermentação. Quando obtido por síntese química, o AL é constituído por uma mistura racêmica (50/50) das formas D e L. O AL produzido por fermentação é opticamente ativo e, dependendo da linhagem microbiana utilizada, pode-se obter um isômero ou outro, o que resulta em propriedades diferenciadas importantes quando polimerizado (Narayanan, Niju; Roychoudhury, Pradip K.; Srivastava, Aradhana. 2004. L (+) lactic acid fermentation and its product polymerization. Electronic Journal of Biofechnology, 7, 167178) [006]. Bactérias e fungos foram relatados como microrganismos que produzem AL. As bactérias ácido láticas são um grupo de bactérias que produzem AL como produto principal do metabolismo. São pertencentes a este grupo os gêneros Lactococcus, Lactobacilius, Streptococcus, Leuconostoc, Pediococcus, Aerococcus, Carnobacterium, Enterococcus, Oenococcus, Tefragenococcus, <1[005]. The production of AL can be carried out by chemical or bio-technological synthesis, by fermentation. When obtained by chemical synthesis, AL is constituted by a racemic mixture (50/50) of forms D and L. The AL produced by fermentation is optically active and, depending on the microbial lineage used, one can obtain an isomer or another, which results in important differentiated properties when polymerized (Narayanan, Niju; Roychoudhury, Pradip K .; Srivastava, Aradhana. 2004. L (+) lactic acid fermentation and its product polymerization. Electronic Journal of Biofechnology, 7, 167178) [006] . Bacteria and fungi have been reported as microorganisms that produce LA. Lactic acid bacteria are a group of bacteria that produce AL as the main product of metabolism. The genera Lactococcus, Lactobacilius, Streptococcus, Leuconostoc, Pediococcus, Aerococcus, Carnobacterium, Enterococcus, Oenococcus, Tefragenococcus, belonging to this group <1

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Vagococcus e Weisella (Reddy, Gopal; Altaf, Md.; Naveena, B.J.; Venkateshwar, M.; Vijay Kumar, E. 2008. Amylolytic bacterial lactic acid fermentation — A review. Biotechnology Advances, 26, 22-34). Dentre os microorganismos que produzem o isômero L, pode-se citar Lactobacülus amylophilus, Lactobacillus bavaricus, Lactobacillus casei, Lactobacillus maltaromicus e Lactobacillus salivarius. Os organismos Lactobacillus defbrueckii, Lactobacillus jensenii e Lactobacillus acidophilus produzem o isômero D ou as misturas de ambos os isômeros. (Madhavan Nampoothiri, K.; Nair, Nimisha Rajendran; John, Rojan Pappy. 2010. An overview of the recent developments in polylactide (PLA) research. Bioresource Technology, 101 (22),8493-8501).Vagococcus and Weisella (Reddy, Gopal; Altaf, Md .; Naveena, B.J .; Venkateshwar, M .; Vijay Kumar, E. 2008. Amylolytic bacterial lactic acid fermentation - A review. Biotechnology Advances, 26, 22-34). Among the microorganisms that produce the L isomer, we can mention Lactobacülus amylophilus, Lactobacillus bavaricus, Lactobacillus casei, Lactobacillus maltaromicus and Lactobacillus salivarius. The organisms Lactobacillus defbrueckii, Lactobacillus jensenii and Lactobacillus acidophilus produce the D isomer or mixtures of both isomers. (Madhavan Nampoothiri, K .; Nair, Nimisha Rajendran; John, Rojan Pappy. 2010. An overview of the recent developments in polylactide (PLA) research. Bioresource Technology, 101 (22), 8493-8501).

[007]. As fontes de carbono utilizadas para produção de AL podem ser açúcares tais como glicose, sacarose, iactose, e outros. Substratos que contem fontes de carbono amiláceas ou não, tais como bagaço de mandioca, bagaço de cana de açúcar, melaços, soro de leite, amidos, entre outros, podem ser utilizados na produção de AL (Madhavan Nampoothiri, K.; Nair, Nimisha Rajendran; John, Rojan Pappy. 2010, An overview of the recent developments in polylactide (PLA) research. Bioresource Technology, 101 (22), 8493-8501).[007]. The carbon sources used for the production of AL can be sugars such as glucose, sucrose, iactosis, and others. Substrates that contain starchy carbon sources or not, such as cassava bagasse, sugar cane bagasse, molasses, whey, starches, among others, can be used in the production of AL (Madhavan Nampoothiri, K .; Nair, Nimisha Rajendran; John, Rojan Pappy. 2010, An overview of the recent developments in polylactide (PLA) research. Bioresource Technology, 101 (22), 8493-8501).

[008]. A batata (Solanum tuberosum LJ é um tubérculo de grande importância no aspecto nutricional, porque possui grande quantidade de carboidratos e outros componentes tais como proteínas, vitaminas, fibras, sais minerais, potássio e baixo teor de lipídeos. É muito consumida in natura e seus produtos industrializados, tais como fécula e batata frita tipo palha ou chips, possuem grande importância comercial (Carvalho, Webber Tavares de. Oliveira, Tatianne Ferreira de, Silva, Flávio Alves da, Caliari, Márcio, & Soares Júnior, Manoel Soares. (2014). Drying kinetics of potato pulp waste. Food Science and Technology, Campinas, 34(1), 116122).[008]. The potato (Solanum tuberosum LJ is a tuber of great importance in terms of nutrition, because it has a large amount of carbohydrates and other components such as proteins, vitamins, fibers, minerals, potassium and low content of lipids. It is widely consumed in natura and its industrialized products, such as starch and chips like straw or chips, have great commercial importance (Carvalho, Webber Tavares de. Oliveira, Tatianne Ferreira de, Silva, Flávio Alves da, Caliari, Márcio, & Soares Júnior, Manoel Soares. (2014 Drying kinetics of potato pulp waste Food Science and Technology, Campinas, 34 (1), 116122).

4/18 [009], O processo de produção de batata frita tipo palha e chips gera um resíduo com alto teor de amido. A batata descascada é cortada de acordo com o produto final e após o corte, as fatias devem ser lavadas com água para remoção do amido iiberado na superfície da batata, gerando assim o subproduto amido residual de batata (Vendruscolo, João Luiz Silva; Zorzella, Carlos Alberto. 2002. Processamento de batata (Solanum tuberosum L.): Fritura. Embrapa Clima Temperado. Pelotas, 15p).4/18 [009], The production process of chips like straw and chips generates a residue with a high starch content. The peeled potato is cut according to the final product and after slicing, the slices must be washed with water to remove the starch released on the potato surface, thus generating the by-product residual potato starch (Vendruscolo, João Luiz Silva; Zorzella, Carlos Alberto 2002. Potato processing (Solanum tuberosum L.): Frying. Embrapa Temperate Climate. Pelotas, 15p).

[0010]. Processos de produção de AL utilizando amido de batata têm sido relatados. Anuaradha et al. (1999) (Anuradha, R.; Suresh, A.K.; Venkatesh, K.V. 1999. Simultaneous saccharification and fermentation of starch to iactic acid. Process Biochemistry, 35, 367-375) estudaram a sacarificação e fermentação simultânea do amido de batata em AL, com o pré-tratamento do subproduto com o emprego da enzima a-amilase e Lactobaciílus deíbrueckii, respectivamente, atingindo uma produtividade de 1,21 g/L.h. Como fonte de nitrogênio foram empregados extrato de levedura e ureia.[0010]. LA production processes using potato starch have been reported. Anuaradha et al. (1999) (Anuradha, R .; Suresh, AK; Venkatesh, KV 1999. Simultaneous saccharification and fermentation of starch to iactic acid. Process Biochemistry, 35, 367-375) studied the simultaneous saccharification and fermentation of potato starch in AL, with the pre-treatment of the by-product with the use of the enzyme a-amylase and Lactobaciílus debridueckii, respectively, reaching a productivity of 1.21 g / Lh As a nitrogen source, yeast and urea extract were used.

Processos de produção de AL [0011]. Liu et al. (2005) (Liu Y., Wen, Z., Liao, W„ Liu, C., Chen, S. 2005. Optimization of the Process for the Production of L (+)-Lactic Acid from Cull Potato by Rhizopus oryzae. Engineering in Life Sciences, 5(4), 343-349), otimizaram a produção de AL (33,3 g/L) com o fungo Rhizopus oryzae em 24 h utilizando como substrato batata refugo.AL production processes [0011]. Liu et al. (2005) (Liu Y., Wen, Z., Liao, W „Liu, C., Chen, S. 2005. Optimization of the Process for the Production of L (+) - Lactic Acid from Cull Potato by Rhizopus oryzae. Engineering in Life Sciences, 5 (4), 343-349), optimized the production of AL (33.3 g / L) with the fungus Rhizopus oryzae in 24 h using the waste potato as a substrate.

[0012], Zhang et al. (2007) (Zhang, Z. Y.; Jin , B.; Kelly, J. M. 2007. Production of Iactic acid and byproducts from waste potato starch by Rhizopus arrhizus: role of nitrogen sources. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 23(2), 229-236) produziram AL com o fungo Rhizopus arrhizus utilizando amido residual de batata. Diferentes fontes de nitrogênio foram estudadas, tais como sulfato de amônio,[0012], Zhang et al. (2007) (Zhang, ZY; Jin, B .; Kelly, JM 2007. Production of Iactic acid and byproducts from waste potato starch by Rhizopus arrhizus: role of nitrogen sources. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 23 (2), 229 -236) produced AL with the fungus Rhizopus arrhizus using residual potato starch. Different sources of nitrogen have been studied, such as ammonium sulfate,

5/18 nitrato de amônio, ureia, extrato de levedura e peptona, suplementado com fosfato de potássio, sulfato de magnésio, sulfato de zinco e carbonato de cálcio. A maior concentração de AL obtida foi 36,4 g/L com rendimento de 91% (m/m) [0013], Patentes relacionadas à produção de AL por fermentação podem ser citadas: WO/2013/087901 (Baets Peter Johannes Marie, 2013), 6475759 (Carlson, Ting Liu, Peters Jr., Eugene Max, 2002), 20150140624 (Cui, Fengjie, 2015), 7144977 (Eyal, Aharon M.; Starr, John N.; Fisher, Rod; Hazan, Betty; Canarl, Riki; Witzke, David R.; Gruber, Patrick R.; Kolstad, Jeffrey J.; Meng, Xiangsheng, 2006), WO/2003/008601 (Green, Edward; Javed, Muhammad: Gemmell, Renia, 2003), 20140322773 (Hara, Futoshi; Tohda, Hideki, 2014), 8673600 (Kim, Si Hwan; Hong, Chae Hwan; Seo, Jiyoun; Han, Do Suck, 2014), EP0614983 (Kumagai, Akira; Yaguchi, Masaaki; Arimura, Tomohiro; Miura, Shigenobu, 1994), 20050112737 (Liu, Chi Li; Lievense, Jefferson C., 2005), WO/2006/124633 (Meng, Xiangsheng S.; Tsobanakis, Paraskevas; Purtle, lan C., 2006), WO/1993/006226 (Tsao, George T.; Lee, Seo Ju; Tsai, GowJen; Seo, Jin-Ho; McquiggVorhíes, Donald W.; Susan L.; lyer, Ganeshkumar, 1993), 20110171704 (Morishige, Takashi; Takahashi, Katsuyuki; Takahashi, Hitoshi; Wada, Mitsufumi; Mochizuki, Daisuke; Miyazawa, Daisuke; Araki, Tadashi, 2011), 20140051138 (Na, Kyungsu; Suda, Kazumi, 2014), 6319382 (Norddahl, Birgír, 2001), 4749652 (Robison, Peter D., 1988), US20120122167 (Shibamoto, Hlroko, 2012), 8614076 (Tsao, George T.; Lee, Seo Ju; Tsai, Gow-jen; Seo, Jin-ho; Mcquigg, Donald W.; Takahashi, Katsuyuki; Morishige, Takashi; Miyazawa, Daisuke; Takahashi, Hitoshi; Mochizuki, Daisuke; Araki, Tadashi, 2013), 20110183389 (Van Walsum, Peter G.; Walton, Sara L.; Pieter Van, Heiningen Adriaan Reinhard, 2011), WO/2015/092425 (Wadrop, Kris, 2015), 20150125917 (Walsh, Patrick; Venus, Joachim, 2015), US20090104675 (Yamaguchi, Ikuo; Saotome, Osamu; Kuromiya, Shigeru; Ohnishi, Tohru; Yasutani, Noriko;5/18 ammonium nitrate, urea, yeast extract and peptone, supplemented with potassium phosphate, magnesium sulfate, zinc sulfate and calcium carbonate. The highest concentration of LA obtained was 36.4 g / L with a yield of 91% (m / m) [0013], Patents related to the production of LA by fermentation can be cited: WO / 2013/087901 (Baets Peter Johannes Marie, 2013), 6475759 (Carlson, Ting Liu, Peters Jr., Eugene Max, 2002), 20150140624 (Cui, Fengjie, 2015), 7144977 (Eyal, Aharon M .; Starr, John N .; Fisher, Rod; Hazan, Betty ; Canarl, Riki; Witzke, David R .; Gruber, Patrick R .; Kolstad, Jeffrey J .; Meng, Xiangsheng, 2006), WO / 2003/008601 (Green, Edward; Javed, Muhammad: Gemmell, Renia, 2003) , 20140322773 (Hara, Futoshi; Tohda, Hideki, 2014), 8673600 (Kim, Si Hwan; Hong, Chae Hwan; Seo, Jiyoun; Han, Do Suck, 2014), EP0614983 (Kumagai, Akira; Yaguchi, Masaaki; Arimura, Tomohiro; Miura, Shigenobu, 1994), 20050112737 (Liu, Chi Li; Lievense, Jefferson C., 2005), WO / 2006/124633 (Meng, Xiangsheng S .; Tsobanakis, Paraskevas; Purtle, lan C., 2006), WO / 1993/006226 (Tsao, George T .; Lee, Seo Ju; Tsai, GowJen; Seo, Jin-Ho; McquiggVorhíes, Donald W .; Susan L .; lyer, Ganeshkumar, 1993), 20110171704 (Morishige, Takashi; Takahashi, Katsuyuki; Takahashi, Hitoshi; Wada, Mitsufumi; Mochizuki, Daisuke; Miyazawa, Daisuke; Araki, Tadashi, 2011), 20140051138 (Na, Kyungsu; Suda, Kazumi, 2014), 6319382 (Norddahl, Birgír, 2001), 4749652 (Robison, Peter D., 1988), US20120122167 (Shibamoto, Hlroko, 2012), 8614076 (Tsao, George T .; Lee, Seo Ju; Tsai, Gow-jen ; Seo, Jin-ho; Mcquigg, Donald W .; Takahashi, Katsuyuki; Morishige, Takashi; Miyazawa, Daisuke; Takahashi, Hitoshi; Mochizuki, Daisuke; Araki, Tadashi, 2013), 20110183389 (Van Walsum, Peter G .; Walton , Sara L .; Pieter Van, Heiningen Adriaan Reinhard, 2011), WO / 2015/092425 (Wadrop, Kris, 2015), 20150125917 (Walsh, Patrick; Venus, Joachim, 2015), US20090104675 (Yamaguchi, Ikuo; Saotome, Osamu ; Kuromiya, Shigeru; Ohnishi, Tohru; Yasutani, Noriko;

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Saitoh, Satoshi; Mouri, Makoto; Nakano, Mitsuru; Usuki, Arimitsu; Ishida, Nobuhiro; Tokuhiro, Kenro; Nagamori, Eiji; Takahashi, Haruo, 2009) e 88411 13 (Yumoto, Isao; Yoshimune, Kazuaki, 2014).Saitoh, Satoshi; Mouri, Makoto; Nakano, Mitsuru; Usuki, Arimitsu; Ishida, Nobuhiro; Tokuhiro, Kenro; Nagamori, Eiji; Takahashi, Haruo, 2009) and 88411 13 (Yumoto, Isao; Yoshimune, Kazuaki, 2014).

[0014], Patentes relacionadas à produção do AL usando amido como substrato; 20150010972 (Irie, Yutaka; Koyama, Shingo; Noba, Masahiro; Urakawa, Taiki; Nakahara, Satoshi, 2015), EP0458370 (Kosaki, Michio; Kawai, Kimitoshi, 1991), WO/2003/095659 (Otto, Roel, 2003), WO/2011/098843 (Slavica, Anita; Novak, Srdan; Trontel, Antonija; Santek, Bozidar, 2011) e 5464760 (Tsai, Shih-perng; Moon, Seung H.; Coleman, Robert, 1995).[0014], Patents related to the production of AL using starch as a substrate; 20150010972 (Irie, Yutaka; Koyama, Shingo; Noba, Masahiro; Urakawa, Taiki; Nakahara, Satoshi, 2015), EP0458370 (Kosaki, Michio; Kawai, Kimitoshi, 1991), WO / 2003/095659 (Otto, Roel, 2003) , WO / 2011/098843 (Slavica, Anita; Novak, Srdan; Trontel, Antonija; Santek, Bozidar, 2011) and 5464760 (Tsai, Shih-perng; Moon, Seung H .; Coleman, Robert, 1995).

Processos de separação e purificação de AL [0015], O processo de separação e purificação do AL em forma de sal convencional envolve os processos de filtração para remoção de células, tratamento com carvão ativado, concentração por evaporação e acidificação com ácido sulfúrico para produzir então o AL. O sal na forma de lactato de cálcio ao ser acidificado com ácido sulfúrico produz sulfato de cálcio insolúvel. O AL obtido pode ser purificado por hidrólise, esterificação e destilação (Wasewar, K. L. 2005. Separation of Lactic Acid: Recent Advances, Chemical and Biochemical Engineering Quarterly, 19 (2) 159-172. Joglekar, H.G.; Rahman, Imran; Babu, Suresh; Kulkarni, B.D.; Joshi, Ajit. 2006. Comparative assessment of downstream Processing options for lactic acid. Separation and Purification Technology, 52, 1-17).Separation and purification processes of AL [0015], The separation and purification process of AL in conventional salt form involves the filtration processes for cell removal, treatment with activated carbon, evaporation concentration and acidification with sulfuric acid to produce then the AL. The salt in the form of calcium lactate when acidified with sulfuric acid produces insoluble calcium sulfate. The obtained AL can be purified by hydrolysis, esterification and distillation (Wasewar, KL 2005. Separation of Lactic Acid: Recent Advances, Chemical and Biochemical Engineering Quarterly, 19 (2) 159-172. Joglekar, HG; Rahman, Imran; Babu, Suresh; Kulkarni, BD; Joshi, Ajit. 2006. Comparative assessment of downstream Processing options for lactic acid. Separation and Purification Technology, 52, 1-17).

[0016]. Patentes relacionadas à recuperação e purificação do AL são citadas: 20140335581 [De Haan, André Banier; Van Krieken, Jan; Dekic Ztvkovic, Tanja, 2014); US20100190222 (Ito, Masateru; Minegishi, Shin-ichi; Shimizu, Eri; Sawai, Kenji; Ito, Yohito; Sawai, Hideki; Yamada, Katsushige, 2010); 8759045 (Ito, Masateru; Minegishi, Shin-ichi; Shimizu, Eri; Sawai, Kenji; Ito, Yohito; Sawai, Hideki; Yamada, Katsushige,[0016]. Patents related to AL recovery and purification are cited: 20140335581 [De Haan, André Banier; Van Krieken, Jan; Dekic Ztvkovic, Tanja, 2014); US20100190222 (Ito, Masateru; Minegishi, Shin-ichi; Shimizu, Eri; Sawai, Kenji; Ito, Yohito; Sawai, Hideki; Yamada, Katsushige, 2010); 8759045 (Ito, Masateru; Minegishi, Shin-ichi; Shimizu, Eri; Sawai, Kenji; Ito, Yohito; Sawai, Hideki; Yamada, Katsushige,

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2014) ; ΕΡ2853525 (Kawamura, Kenji; Ito, Masateru; Yamada, Katsushige,2014); ΕΡ2853525 (Kawamura, Kenji; Ito, Masateru; Yamada, Katsushige,

2015) ; 20130266996 (Kim, Si Hwan; Hong, Chae Hwan; Seo, Jiyoun; Han, Do Suck, 2013); EP0790229 (Mcouigg, Donald; Marston, Charles K.; Fitzpatrick, Gina; Crowe, Ernest; Vorhies, Susan; Murugan, Ramiah; Bailey, Thomas D., 2000); 6111137 (Suizu, Hiroshi; Ajioka, Masanobu, 2000); WO/2000/056693 (Van Breugel, Jan; Van Krieken, Jan; Cerdà, Baró Agusti; Vidal Laneis, José Maria; Camprubi Vila, Margarita, 2000); 6489508 (Van Gansbeghe, Frederic; Bogaert, Jean-christophe; Malhaize, Etienne; Van Gansberghe, Martin; Wolff, Florence, 2002) e WO/2001/027064 (Veldhuis-stribos, Barbara Iara; Van Breugel, Jan; Groot, Willem Jacob; Dierdorp, Brenda Marja, 2001).2015); 20130266996 (Kim, Si Hwan; Hong, Chae Hwan; Seo, Jiyoun; Han, Do Suck, 2013); EP0790229 (Mcouigg, Donald; Marston, Charles K .; Fitzpatrick, Gina; Crowe, Ernest; Vorhies, Susan; Murugan, Ramiah; Bailey, Thomas D., 2000); 6111137 (Suizu, Hiroshi; Ajioka, Masanobu, 2000); WO / 2000/056693 (Van Breugel, Jan; Van Krieken, Jan; Cerdà, Baró Agusti; Vidal Laneis, José Maria; Camprubi Vila, Margarita, 2000); 6489508 (Van Gansbeghe, Frederic; Bogaert, Jean-christophe; Malhaize, Etienne; Van Gansberghe, Martin; Wolff, Florence, 2002) and WO / 2001/027064 (Veldhuis-stribos, Barbara Iara; Van Breugel, Jan; Groot, Willem Jacob; Dierdorp, Brenda Marja, 2001).

Métodos de polimerização do ácido lático [0017]. O AL pode ser polimerizado por diferentes métodos para obtenção de plástico biodegradável PLA; pelo método de policondensação direta e pelo método de polimerização por abertura de anel, no qual o AL forma um dímero cíclico intermediário, lactídeo, que em seguida é polimerizado.Lactic acid polymerization methods [0017]. AL can be polymerized by different methods to obtain biodegradable PLA plastic; by the direct polycondensation method and by the ring opening polymerization method, in which the AL forms an intermediate cyclic dimer, lactide, which is then polymerized.

[0018]. O método de polimerização por policondensação geralmente produz polímeros de baixa massa molecular devido à dificuldade relacionada à remoção da água formada durante a reação. A presença de água pode causar uma reação de hidrólise do polímero formado reduzindo assim a massa molecular (Gupta, A.P. and[0018]. The polycondensation polymerization method generally produces low molecular weight polymers due to the difficulty related to removing the water formed during the reaction. The presence of water can cause a hydrolysis reaction of the polymer formed thus reducing the molecular weight (Gupta, A.P. and

V. Kumar. 2007. New emerging trends in synthetic biodegradable polymers - Polylactide: A critique. European Polymer Journal 43(10), 4053-4074. Sõdergãrd, A. and M. Stolt. 2010. Industrial Production Of High Molecular Weight Poly(Lactic Acid), In Poly(lactic acid): Synthesis, Structures, Propertíes, Processing, and Applications., (R. Auras, et al., Ed.), Vol. p. 528. John Wiley & Sons, Inc.: New Jersey, United States of America. Marques, D.A.S., S. Jarmelo, C.M.S. G. Baptista, and M.H. Gil.V. Kumar. 2007. New emerging trends in synthetic biodegradable polymers - Polylactide: A critique. European Polymer Journal 43 (10), 4053-4074. Sõdergãrd, A. and M. Stolt. 2010. Industrial Production Of High Molecular Weight Poly (Lactic Acid), In Poly (lactic acid): Synthesis, Structures, Propertíes, Processing, and Applications., (R. Auras, et al., Ed.), Vol. P. 528. John Wiley & Sons, Inc .: New Jersey, United States of America. Marques, D.A.S., S. Jarmelo, C.M.S. G. Baptista, and M.H. Gil.

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2010. Poly(iactic acid) Synthesis in Solution Polymerization. Macromolecular Symposia 296( 1), 63-71).2010. Poly (iactic acid) Synthesis in Solution Polymerization. Macromolecular Symposia 296 (1), 63-71).

[0019]. Polímeros de alta massa molecular podem ser sintetizados utilizando um solvente orgânico para destilação azeotrópica com a água. Neste processo, a água formada durante a síntese do polímero é removida com o solvente, o qual é tratado para remoção da água e assim retornar na reação. Geralmente o processo consiste em destilar o AL durante 2 a 3 horas a 130°C utilizando solvente e catalisador a baixa pressão para remoção da água presente em um aparato de “Dean Stark”. Em seguida o solvente retorna a reação através de uma peneira molecular durante 30 a 40 horas a 130 °C. Solventes que podem ser utilizados para destilação azeotrópica foram relatados por Enomoto et. al (1994) (K.; Ajioka, M.; Yamaguchi, A. 1994. Polyhydroxycarboxylic acid and preparation process thereof. Patent number: US 5310865 A.[0019]. High molecular weight polymers can be synthesized using an organic solvent for azeotropic distillation with water. In this process, the water formed during the synthesis of the polymer is removed with the solvent, which is treated to remove the water and thus return in the reaction. Generally the process consists in distilling the AL for 2 to 3 hours at 130 ° C using solvent and catalyst at low pressure to remove the water present in a “Dean Stark” apparatus. Then the solvent returns the reaction through a molecular sieve for 30 to 40 hours at 130 ° C. Solvents that can be used for azeotropic distillation have been reported by Enomoto et. al (1994) (K .; Ajioka, M .; Yamaguchi, A. 1994. Polyhydroxycarboxylic acid and preparation process thereof. Patent number: US 5310865 A.

[0020]. Patentes relacionadas à desidratação azeotrópica do AL podem ser citadas: EP2028209 BI (Abiko, Atsushi; Iwahashi; Hisako. 2014) e EP20070715337 (Uyama, Hiroshi; Noda, Hideo; Terada, Takahiko. 2009).[0020]. Patents related to azeotropic dehydration of AL can be cited: EP2028209 BI (Abiko, Atsushi; Iwahashi; Hisako. 2014) and EP20070715337 (Uyama, Hiroshi; Noda, Hideo; Terada, Takahiko. 2009).

[0021], O processo de aquecimento por microondas, o qual é utilizado em reações químicas, aquece materiais via interação dielétrica. Este processo possui vantagens tais como a aceleração das reações químicas e diminuição da energia consumida quando comparado ao processo de aquecimento convencional por condução. Ainda, promove a redução de reações secundárias, aumentando o rendimento e reprodutibilidade (Kappe, C. Oliver. 2004. Controlled Microwave Heating in Modern Organic Synthesis. Angewandte Chemie International Edifion, 43 (46), 6250-6284).[0021], The microwave heating process, which is used in chemical reactions, heats materials via dielectric interaction. This process has advantages such as the acceleration of chemical reactions and reduced energy consumption when compared to the conventional heating process by conduction. It also promotes the reduction of secondary reactions, increasing the yield and reproducibility (Kappe, C. Oliver. 2004. Controlled Microwave Heating in Modern Organic Synthesis. Angewandte Chemie International Edifion, 43 (46), 6250-6284).

[0022], A polimerização do AL utilizando radiação por microondas tem sido relatada em estudos de polimerização por abertura de[0022], The polymerization of AL using microwave radiation has been reported in studies of polymerization by opening

9/18 anel (Singla, P.; Kaur, P.; Mehta, R.; Berek, D.: Upadhyay, S.N. 2012. RingOpening Polymerization of Lactide Usíng Microwave and Conventional Heating. Procedia Chemistry 4(0), 179-185. Jing, S.; Peng, W.; Tong, Z.; Baoxiu, Z. 2006. Microwave-irradiated ring-opening polymerization of D,Llactide under atmosphere. Journal of Applied Polymer Science 100(3), 2244-2247), policondensação direta (Nagahata, R.; Sano, D.; Suzuki, H.; Takeuchi, K. 2007. Microwave-Assisted Single-Step Synthesis of Poly(lactic acid) by Direct Polycondensation of Lactic Acid. Macromolecular Rapid Communications 28(4), 437-442. Pandey, A.; Aswath, P.B. 2009. Microwave Synthesis of Poly(L-lacfic acid). Journal of Biomaterials Science, Polymer Edition 20(1), 33-48. Cao, H.L.; Wang, P.; Yuan, W.B. 2009. Microwave-Assisted Synthesis of Poly(L-lactic acid) via Direct Melt Polycondensation Using Solid Super-Acids. Macromolecular Chemistry and Physics 210(23), 2058-2062) e polimerização azeotrópica (Yamada, S.; Takasu, A.; Takayama, S.; Kawamura., K. 2014. Microwave-assisted solution polycondensation of l-lactic acid using a Dean-Stark apparatus for a non-thermal microwave polymerization effect induced by the electric field. Polymer Chemistry 5(18), 5283-5288.).9/18 ring (Singla, P .; Kaur, P .; Mehta, R .; Berek, D .: Upadhyay, SN 2012. RingOpening Polymerization of Lactide Usíng Microwave and Conventional Heating. Procedia Chemistry 4 (0), 179-185 Jing, S .; Peng, W .; Tong, Z .; Baoxiu, Z. 2006. Microwave-irradiated ring-opening polymerization of D, Llactide under atmosphere. Journal of Applied Polymer Science 100 (3), 2244-2247) , direct polycondensation (Nagahata, R .; Sano, D .; Suzuki, H .; Takeuchi, K. 2007. Microwave-Assisted Single-Step Synthesis of Poly (lactic acid) by Direct Polycondensation of Lactic Acid. Macromolecular Rapid Communications 28 ( 4), 437-442. Pandey, A .; Aswath, PB 2009. Microwave Synthesis of Poly (L-lacfic acid). Journal of Biomaterials Science, Polymer Edition 20 (1), 33-48. Cao, HL; Wang, P .; Yuan, WB 2009. Microwave-Assisted Synthesis of Poly (L-lactic acid) via Direct Melt Polycondensation Using Solid Super-Acids, Macromolecular Chemistry and Physics 210 (23), 2058-2062) and azeotropic polymerization (Yamada, S .; Takasu, A.; Takayama, S .; Kawamura., K. 2014. Microwave-assisted solution polycondensation of l-lactic acid using a Dean-Stark apparatus for a non-thermal microwave polymerization effect induced by the electric field. Polymer Chemistry 5 (18), 5283-5288.).

(0023). Patentes relacionadas à polimerização por microondas podem ser citadas: CN102206319 (B) (Dong Xianming; Ye Xinliang; Luo Ying; Li Zhen: Ye Junwen, 2012), CN1594394 (A) (Wang Peng; Shu Jing; Tian Liuyi, 2005), CN1164639 (C) (Liu Lijian; Zhang Chao; Liao Liqiong, 2004), CN 101580582 (A) (Xiaoli Chen; Yihu Yang. 2009) e US8242186 (B2) (Nagahata Ritsuko; Momotake Masako; Takeuchi Kazuhiko; Nakamura Takashi, 2012).(0023). Patents related to microwave polymerization can be cited: CN102206319 (B) (Dong Xianming; Ye Xinliang; Luo Ying; Li Zhen: Ye Junwen, 2012), CN1594394 (A) (Wang Peng; Shu Jing; Tian Liuyi, 2005), CN1164639 (C) (Liu Lijian; Zhang Chao; Liao Liqiong, 2004), CN 101580582 (A) (Xiaoli Chen; Yihu Yang. 2009) and US8242186 (B2) (Nagahata Ritsuko; Momotake Masako; Takeuchi Kazuhiko; Nakamura Takashi, 2012 ).

Descrição da abordagem do problema técnico [0024]. A presente invenção apresenta como inovação, em relação aos processos já descritos e patenteados, a produção do AL utilizando amido residual do processamento da batata hidrolisadoDescription of the technical problem approach [0024]. The present invention presents as an innovation, in relation to the processes already described and patented, the production of AL using residual starch from the hydrolyzed potato processing

10/18 quimicamente e o emprego de levedura inativada como fonte de nitrogênio, assim como o processo fermentativo realizado sob condições não estéreis com a bactéria Lactobacillus pentosus. Esse processo permite altos rendimentos e altas concentrações de AL assim como aumento na produtividade em relação a processos que utilizam fungos como micro-organismo produtor.10/18 chemically and the use of inactivated yeast as a nitrogen source, as well as the fermentation process carried out under non-sterile conditions with the bacterium Lactobacillus pentosus. This process allows high yields and high concentrations of LA as well as an increase in productivity in relation to processes that use fungi as a producing microorganism.

[0025]. A utilização da levedura inativada como fonte de nitrogênio permite a substituição do extrato de levedura e diminuição no custo do meio de cultivo. A levedura inativa pode ser proveniente do processo de fermentação alcoólica, produção de cervejas e outras bebidas alcoólicas, levedura de panificação, assim como produzida exclusivamente para essa finalidade.[0025]. The use of inactivated yeast as a nitrogen source allows the replacement of yeast extract and a reduction in the cost of the culture medium. Inactive yeast can come from the process of alcoholic fermentation, production of beers and other alcoholic beverages, baking yeast, as well as produced exclusively for this purpose.

[0026]. No processo de purificação, esta patente tem como novidade a utilização do carvão ativado em pó em altas temperaturas. O carvão ativado é adicionado ao caldo fermentado contendo lactato de cálcio. Em seguida, ocorre a precipitação do sal, separação do sal sólido e posterior secagem. A conversão do lactato de cálcio sólido em AL é realizada utilizando ácido sulfúrico concentrado permitindo obtenção de altas concentrações de AL.[0026]. In the purification process, this patent has as a novelty the use of powdered activated carbon at high temperatures. Activated charcoal is added to the fermented broth containing calcium lactate. Then, the precipitation of the salt occurs, separation of the solid salt and subsequent drying. The conversion of solid calcium lactate into AL is performed using concentrated sulfuric acid allowing obtaining high concentrations of AL.

[0027], Também integra essa invenção tecnológica o processo de polimerização do AL produzido utilizando o catalisador lactato de zinco. Esta patente de invenção tem como inovação o processo de polimerização em duas etapas. Na primeira etapa, dita desidratação azeotrópica, o AL permanece em refluxo na presença de tolueno e é então destilado. Na segunda etapa, o AL desidratado adicionado de lactato de zinco como catalisador permanece durante a reação a alta temperatura e baixa pressão.[0027], This technological invention also integrates the polymerization process of AL produced using the zinc lactate catalyst. This invention patent has as an innovation the polymerization process in two stages. In the first stage, called azeotropic dehydration, the AL remains refluxed in the presence of toluene and is then distilled. In the second step, the dehydrated AL added with zinc lactate as a catalyst remains during the reaction at high temperature and low pressure.

[0028]. Esta patente tem como inovação também o processo de polimerização por micro-ondas a pressão ambiente. O AL desidratado adicionado do catalisador lactato de zinco é polimerizado η/18 em micro-ondas a pressão ambiente, baixa potência e alta temperatura.[0028]. This patent also has as an innovation the microwave polymerization process at ambient pressure. The dehydrated AL added from the zinc lactate catalyst is polymerized η / 18 in microwave at room pressure, low power and high temperature.

Descrição detalhada da Invenção [0029]. O AL é produzido conforme a invenção pela bactéria ácido lática Lacfobaci/lus penfosus utilizando como substrato o amido residual de batata hidrolisada quimicamente e célula de levedura inativada como fonte de nitrogênio, podendo ser levedura de panificação ou residual dos processos de fermentação alcoólica , de bebidas fermentadas e/ou produzida exclusivamente para essa finalidade.Detailed description of the Invention [0029]. AL is produced according to the invention by the lactic acid bacterium Lacfobaci / lus penfosus using as substrate the residual starch of chemically hydrolyzed potato and inactivated yeast cell as a source of nitrogen, which can be baking yeast or residual from alcoholic fermentation processes, beverages fermented and / or produced exclusively for this purpose.

[0030]. A presente invenção trata da utilização do amido residual de batata obtido no processamento de batata frita do tipo chips ou palha. O substrato foi submetido à hidrólise ácida com ácido clorídrico, podendo ser utilizado outros ácidos como o ácido sulfúrico, em altas temperaturas ou mesmo enzimas hidrolíticas. O substrato hidrolísado é filtrado para remoção de sólidos suspensos e o pH é corrigido para então ser utilizado nos processos de crescimento do inóculo e produção do AL.[0030]. The present invention deals with the use of residual potato starch obtained in the processing of chips or straw-type chips. The substrate was subjected to acid hydrolysis with hydrochloric acid, and other acids such as sulfuric acid can be used at high temperatures or even hydrolytic enzymes. The hydrolyzed substrate is filtered to remove suspended solids and the pH is corrected to be used in the inoculum growth and AL production processes.

[0031]. Conforme a presente invenção, o inóculo da cepa de L. penfosus é produzido pelo crescimento desta em meio contendo amido residual de batata e extrato de levedura. O extrato de levedura pode ser substituído pela célula de levedura inativada. A substituição de um meio sintético por um meio complexo a base de resíduos/subprodutos agroindustriais, contribuem para com a redução dos custos referente ao meio de cultivo fator esse de extrema relevância no preço final do produto. Para a produção do AL, a presente invenção trata da utilização do amido residual de batata hidrolísado, da célula de levedura inativada e carbonato de cálcio como neutralizador do pH, podendo ser utilizado outros agentes[0031]. According to the present invention, the inoculum of the L. penfosus strain is produced by its growth in a medium containing residual potato starch and yeast extract. The yeast extract can be replaced by the inactivated yeast cell. The substitution of a synthetic medium for a complex medium based on agro-industrial waste / by-products, contributes to the reduction of costs related to the medium of cultivation, a factor that is extremely relevant in the final price of the product. For the production of AL, the present invention deals with the use of residual hydrolyzed potato starch, inactivated yeast cell and calcium carbonate as pH neutralizer, and other agents can be used

12/18 neutralizardes como hidróxido de cálcio, hidróxido de sódio e hidróxido de amônio. A fermentação pode ser realizada em frascos Erlenmeyer e/ou biorreatores do tipo tanque agitado.12/18 neutralizardes like calcium hydroxide, sodium hydroxide and ammonium hydroxide. Fermentation can be carried out in Erlenmeyer flasks and / or stirred tank-type bioreactors.

[0032]. A presente invenção trata da recuperação do AL do caldo fermentado para utilização em processo de poiimerização e obtenção do poli(ácido lãtico). O caldo fermentado contendo lactafo de cálcio é aquecido até 50°C e centrifugado para remoção de células e outros sólidos suspensos presentes. O sobrenadante é então aquecido entre temperaturas de 30 a 50 °C e misturado ao carvão ativado em pó, em reator agitado. O carvão ativado é removido do caldo em temperaturas entre 30 e 50 °C por filtração ou por centrifugação.[0032]. The present invention deals with the recovery of AL from fermented broth for use in the polymerization process and obtaining poly (lactic acid). The fermented broth containing calcium lactam is heated to 50 ° C and centrifuged to remove cells and other suspended solids present. The supernatant is then heated between temperatures of 30 to 50 ° C and mixed with powdered activated carbon in a stirred reactor. The activated carbon is removed from the broth at temperatures between 30 and 50 ° C by filtration or centrifugation.

[0033]. Conforme a invenção, o lactafo de cálcio no caldo clarificado é submetido à precipitação a baixa temperatura, obtendo assim o lactafo de cálcio sólido. O sal sólido é recuperado por filtração e o caldo filtrado, que contém parte do lactafo de cálcio, pode retornar ao processo de purificação. O lactafo de cálcio sólido é convertido a AL utilizando ácido sulfúrico.[0033]. According to the invention, the calcium lactam in the clarified broth is subjected to low temperature precipitation, thus obtaining the solid calcium lactam. The solid salt is recovered by filtration and the filtered broth, which contains part of the calcium lactam, can return to the purification process. The solid calcium lactam is converted to AL using sulfuric acid.

[0034]. A poiimerização é realizada em duas etapas, utilizando aquecimento convencional e aquecimento por micro-ondas. Na poiimerização por aquecimento convencional, a reação é realizada em duas etapas. Na primeira etapa dita desidratação azeotrópica, juntamente com o AL é utilizado um solvente orgânico, tolueno, na proporção 1:1, 2:1, 3:1 em relação ao AL. A mistura é aquecida até 120°C, permanecendo em refluxo durante 2 a 6 horas. Durante esta etapa a água presente no AL é removida azeotropicamente com o solvente e é formado um oligômero de AL.[0034]. Polymerization is carried out in two stages, using conventional heating and microwave heating. In conventional heating polymerization, the reaction is carried out in two stages. In the first stage, said azeotropic dehydration, together with AL, an organic solvent, toluene, is used in the proportion 1: 1, 2: 1, 3: 1 in relation to AL. The mixture is heated to 120 ° C, refluxing for 2 to 6 hours. During this step the water present in the AL is removed azeotropically with the solvent and an oligomer of AL is formed.

[0035]. Na etapa seguinte, o solvente orgânico é removido e à solução de AL recebe o catalisador lactafo de zinco. A mistura é aquecida até 180°C sob agitação e após a estabilização da[0035]. In the next step, the organic solvent is removed and the AL solution receives the zinc lactam catalyst. The mixture is heated to 180 ° C with stirring and after stabilization of the

13/18 temperatura a pressão é reduzida e assim permanece durante todo o processo de polimerização.13/18 the pressure is reduced and remains so throughout the polymerization process.

[0036], A polimerização utilizando aquecimento por microondas descrita nesta invenção utiliza o oligômero do AL, previamente preparado na etapa de desidratação azeotrópica, adicionado do catalisador lactato de zinco. A mistura é submetida à radiação microondas a pressão ambiente. A temperatura de reação utilizada varia entre 140 a 180 °C, potência de 100 a 300 W durante 30 a 120 minutos.[0036], The polymerization using microwave heating described in this invention uses the AL oligomer, previously prepared in the azeotropic dehydration step, added with the zinc lactate catalyst. The mixture is subjected to microwave radiation at ambient pressure. The reaction temperature used varies between 140 to 180 ° C, power from 100 to 300 W for 30 to 120 minutes.

[0037], O polímero obtido em ambos os processos, é então submetido à purificação utilizando acetona para sua solubilização, seguido de precipitação em água fria. O polímero precipitado é filtrado e seco a temperatura ambiente.[0037], The polymer obtained in both processes, is then subjected to purification using acetone for its solubilization, followed by precipitation in cold water. The precipitated polymer is filtered and dried at room temperature.

ExemplosExamples

Exemplo 1: Produção de AL utilizando amido residual de batata como substrato [0038]. O AL é produzido por fermentação submersa utilizando o amido residual de batata hidrolisado. A hidrólise foi realizada utilizando 190 g de amido residual de batata, 1 L de água e 15 mL de ácido clorídrico 37%. A mistura foi aquecida a 121°C por 15 minutos. O hidrolisado resultante foi filtrado e o pH corrigido para 6,0, Nessas condições, a concentração de açúcares totais obtida foi de 164 g/L.Example 1: Production of LA using residual potato starch as a substrate [0038]. AL is produced by submerged fermentation using residual hydrolyzed potato starch. Hydrolysis was performed using 190 g of residual potato starch, 1 L of water and 15 mL of 37% hydrochloric acid. The mixture was heated to 121 ° C for 15 minutes. The resulting hydrolyzate was filtered and the pH corrected to 6.0. Under these conditions, the concentration of total sugars obtained was 164 g / L.

[0039], Em frascos de Erlenmeyer de 125 mL foram utilizados 75 mL de meio de cultivo contendo 164 g/L de açúcares totais, 10 g/L de extrato de levedura e 80 g/L de CaCO3. Como inóculo foi utilizado Lactobaciílus penfosus a uma taxa de inoculação de 10% (v/v) de uma suspensão celular de Lacfobacifíus pentosus. A fermentação foi conduzida em frascos de Erlenmeyer de 125 mL, incubados a 30°C, com[0039], In 125 mL Erlenmeyer flasks, 75 mL of culture medium containing 164 g / L of total sugars, 10 g / L of yeast extract and 80 g / L of CaCO3 were used. As inoculum, Lactobaciílus penfosus was used at an inoculation rate of 10% (v / v) of a cell suspension of Lacfobacifíus pentosus. Fermentation was carried out in 125 ml Erlenmeyer flasks, incubated at 30 ° C, with

14/18 agitação de 120 rpm durante 96 horas. Foram obtidos 150 g/L de AL, o que corresponde a uma produtividade de 1,56 g/L.h.14/18 stirring at 120 rpm for 96 hours. 150 g / L of AL were obtained, which corresponds to a productivity of 1.56 g / L.h.

Exemp/o 2: Produção de AL utilizando polpa residual de batata como substrato e levedura inafivada como fonte de nitrogênio [0040], A produção de AL foi realizada em meio de cultivo composto por 150 g/L de açúcares redutores totais, 80 g/L de CaCO3 e 10 g/L da fonte de nitrogênio (levedura de panificação inativada). Outra possibilidade é a utilização de extrato de levedura como fonte de nitrogênio. A fermentação foi conduzida em frascos de Erlenmeyer de 125 mL contendo 75 mL de meio de cultivo com taxa de inoculaçâo de 10% (v/v) de uma suspensão celular de Lactobacillus pentosus, incubados a 30°C, sob agitação de 120 rpm por 72 horas. A concentração de AL foi de 134 g/L com produtividade de 1,86 g/L.h utilizando extrato de levedura e 113 g/L com produtividade de 1,57 g/L.h utilizando levedura de panificação como fonte de nitrogênio.Example 2: Production of LA using residual potato pulp as a substrate and unaffected yeast as a source of nitrogen [0040], Production of LA was carried out in a culture medium composed of 150 g / L of total reducing sugars, 80 g / L of CaCO3 and 10 g / L of the nitrogen source (inactivated baking yeast). Another possibility is the use of yeast extract as a nitrogen source. The fermentation was carried out in 125 ml Erlenmeyer flasks containing 75 ml of culture medium with an inoculation rate of 10% (v / v) of a cell suspension of Lactobacillus pentosus, incubated at 30 ° C, under agitation of 120 rpm for 72 hours. The AL concentration was 134 g / L with productivity of 1.86 g / L.h using yeast extract and 113 g / L with productivity of 1.57 g / L.h using baking yeast as a nitrogen source.

Exemplo 3: Produção de AL em condições não estéreis [0041]. A produção de AL em condições não estéreis foi conduzida em frascos de Erlenmeyer de 250 mL contendo 150 mL de meio de cultivo composto por 150 g/L de açúcares totais, 10 g/L de extrato de levedura e 80 g/L de CaCO3. O meio não estéril foi inoculado com uma taxa de 10% (v/v) de uma suspensão celular de Lactobacillus pentosus e incubado a 30°C, sob agitação de 120 rpm por 72 horas. A concentração de AL obtida foi de 114 g/L com uma produtividade de 1,58 g/L.h. Outros autores encontraram valores de produção e produtividades equivalentes ou superiores com outros subprodutos ou substratos tais como glicose (Tabela 1)Example 3: Production of LA under non-sterile conditions [0041]. The production of LA in non-sterile conditions was carried out in 250 mL Erlenmeyer flasks containing 150 mL of culture medium composed of 150 g / L of total sugars, 10 g / L of yeast extract and 80 g / L of CaCO3. The non-sterile medium was inoculated with a rate of 10% (v / v) of a cell suspension of Lactobacillus pentosus and incubated at 30 ° C, under agitation of 120 rpm for 72 hours. The concentration of AL obtained was 114 g / L with a productivity of 1.58 g / L.h. Other authors found equivalent or higher production and productivity values with other by-products or substrates such as glucose (Table 1)

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Tabela 1 Produção de ácido lático com diferentes substratos por fermentação submersaTable 1 Production of lactic acid with different substrates by submerged fermentation

Microorganismo Microorganism Substrato Substrate Produção g/L Production g / L Rendimento Yield Produtividade (g/L.h) Productivity (g / L.h) Isômero Isomer Referência Reference Enterococc us mundtii QU 25 Enterococc us mundtii QU 25 Glicose/xilose Glucose / xylose 129 129 0.785 0.785 0.768 0.768 LH LH (Abdel-Rahman et al., 2015)* (Abdel-Rahman et al., 2015) * Bacillus sp. WL-S20 Bacillus sp. WL-S20 Farinha de nozes e glicose Flour of nuts and glucose 225 225 0.993 0.993 1.04 1.04 L (100%) L (100%) (Meng et al., 2012)* (Meng et al., 2012) * Lactobacillus paracasei Lactobacillus paracasei Glicose Glucose 192 192 0.96 0.96 3.99 3.99 L (96.6%) L (96.6%) (Moon et al., 2012)* (Moon et al., 2012) * Escherichia coli Escherichia coli 0.64 0.64 3.45 3.45 strain CICIM B0013- strain CICIM B0013- Glicerol Glycerol 111.5 111.5 D (99.9%) D (99.9%) (Tian et al., 2012)* (Tian et al., 2012) * 070 070 Lactobacillus agilis Lactobacillus agilis Vinhaça de soja Soya vinasse 138 138 0.849 0.849 0.863 0.863 L (90-93%) L (90-93%) (Karp et al., 2011 )* (Karp et al., 2011) * Sporolactobacillus sp. strain CASD Sporolactobacillus sp. strain CASD Farinha de nozes e glicose Flour of nuts and glucose 207 207 0.93 0.93 3.80 3.80 D (99.3%) D (99.3%) (Wang et al., 2011)* (Wang et al., 2011) * Lactobacillus Lactobacillus Resíduo do Residue from pentosus NRRL-B-227 processamento pentosus NRRL-B-227 processing Máx. 150 Max. 150 1.56 1.56 L L Esta patente This patent

de batata chips *ABDEL-RAHMAN, Μ. A.; TASHIRO, Y.; SONOMOTO, K, Lactic acid production from lignocellulose-derived sugars using lactic acid bactéria; OverView and limits. Journal of Biotechnology, v, 156, n. 4, p. 286-301, 12/20/ 2011. ISSN 01681 656.; KARP, S. G. et al. Application of the bíorefinery concept to produce Ilactic acid from the soybean vinasse at laboratory and pilot scale. Bioresource Technology, v. 102, n. 2, p. 1765-1772, 1// 2011; MENG, Y. ef al. Efficient production of l-lactic acid with high optical purity by alkaliphilic Bacillus sp. WLS20. Bioresource Technology, v. 116, n. 0, p. 334-339, 7// 2012. ISSN 0960-8524; MOON, S.-Κ.; WEE, Y.-J.; CHOI, G.-W. A novel lactic acid bacterium for the production of high purity l-lactic acid, Lactobacillus paracasei subsp. paracasei CHB2121. Journal of Bioscience and Bioengineering, v. 114, n. 2, p. 155-159, 8// 2012; TI AN, K. et al. High-efficiency conversion of glycerol to D-lactic acid with metabolically engineered Escherichia coli. African Journal of Biotechnology, v. 11, n, 21, p. 4860-4867, 2012; WANG, L. et al. Highly efficient production of dlactate by Sporolactobacillus sp. CASD with simultaneous enzymatic hydrolysis of peanut meai. Applied Microbiology and Biotechnology, v. 89, n. 4, p. 10091017, 2011/02/01 2011.potato chips * ABDEL-RAHMAN, Μ. THE.; TASHIRO, Y .; SONOMOTO, K, Lactic acid production from lignocellulose-derived sugars using lactic acid bacteria; OverView and limits. Journal of Biotechnology, v, 156, n. 4, p. 286-301, 12/20/2011. ISSN 01681 656 .; KARP, S. G. et al. Application of the bíorefinery concept to produce Ilactic acid from the soybean vinasse at laboratory and pilot scale. Bioresource Technology, v. 102, n. 2, p. 1765-1772, 1 // 2011; MENG, Y. ef al. Efficient production of l-lactic acid with high optical purity by alkaliphilic Bacillus sp. WLS20. Bioresource Technology, v. 116, n. 0, p. 334-339, 7 // 2012. ISSN 0960-8524; MOON, S.-Κ .; WEE, Y.-J .; CHOI, G.-W. A novel lactic acid bacterium for the production of high purity l-lactic acid, Lactobacillus paracasei subsp. for CHB2121. Journal of Bioscience and Bioengineering, v. 114, n. 2, p. 155-159, 8 // 2012; TI AN, K. et al. High-efficiency conversion of glycerol to D-lactic acid with metabolically engineered Escherichia coli. African Journal of Biotechnology, v. 11, n, 21, p. 4860-4867, 2012; WANG, L. et al. Highly efficient production of dlactate by Sporolactobacillus sp. CASD with simultaneous enzymatic hydrolysis of peanut meai. Applied Microbiology and Biotechnology, v. 89, n. 4, p. 10091017, 2011/02/01 2011.

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Exemplo 4: Recuperação e Purificação do AL proveniente do caldo fermentado [0042], A etapa de recuperação e purificação do AL foi conduzida com o caldo obtido no Exemplol. O caldo fermentado foi aquecido a 50°C a fim de promover a dissolução do sal de cálcio do ácido lático no caldo. Em seguida, o caldo foi centrifugado 1800 x g por 20 minutos.Example 4: Recovery and Purification of AL from fermented broth [0042], The step of recovery and purification of AL was carried out with the broth obtained in Exemplol. The fermented broth was heated to 50 ° C in order to promote the dissolution of the lactic acid calcium salt in the broth. Then, the broth was centrifuged at 1800 x g for 20 minutes.

[0043]. Após a etapa de centrifugação, o caldo foi submetido à clarificação com carvão ativado em pó na concentração de 10% (m/v) em um Becker a 50°C, 100 rpm durante 25 minutos. O carvão ativado foi removido por centrifugação a 1800 x g durante 20 minutos.[0043]. After the centrifugation step, the broth was subjected to clarification with powdered activated carbon at a concentration of 10% (m / v) in a Becker at 50 ° C, 100 rpm for 25 minutes. The activated carbon was removed by centrifugation at 1800 x g for 20 minutes.

[0044]. O lactato de cálcio foi então precipitado do caldo em baixa temperatura e o sal sólido foi recuperado por filfração e seco a temperatura de 35 °C.[0044]. The calcium lactate was then precipitated from the broth at low temperature and the solid salt was recovered by filtration and dried at 35 ° C.

[0045]. O AL foi obtido ao adicionar ácido sulfúrico no sal sólido e após a reação de acidificaçâo. Assim, o AL foi recuperado por centrifugação. A concentração final do AL foi de 500 g/L (Figura 1).[0045]. AL was obtained by adding sulfuric acid to the solid salt and after the acidification reaction. Thus, the AL was recovered by centrifugation. The final concentration of AL was 500 g / L (Figure 1).

Figura 1. Lactato de cálcio precipitado após secagem.Figure 1. Calcium lactate precipitated after drying.

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Exemplo 5: Polimerizacão do AL por aquecimento convencional para obtenção de PLA [0046], Na primeira etapa da polimerização do monômero de AL para obtenção de polímero de ácido lático (PLA), 20 mL de AL adicionado de 40 mL de tolueno (proporção 1:2) foram aquecidos até 110-120°C sob agitação em um sistema de refiuxo para que o solvente não evaporasse durante 2 horas. Em seguida, o frasco contendo a mistura foi conectado ao sistema de destilação, aparato de Dean Stark, e o solvente foi removido.Example 5: Polymerization of AL by conventional heating to obtain PLA [0046], In the first stage of polymerization of the AL monomer to obtain lactic acid polymer (PLA), 20 mL of AL plus 40 mL of toluene (ratio 1 : 2) were heated to 110-120 ° C with stirring in a reflux system so that the solvent would not evaporate for 2 hours. Then, the flask containing the mixture was connected to the distillation system, Dean Stark's apparatus, and the solvent was removed.

[0047]. Na segunda etapa da polimerização, o catalisador lactato de zinco foi adicionado ao AL desidratado na proporção 1:1000 (m/m) e a mistura aquecida até 180°C sob agitação. Após a estabilização da temperatura a pressão foi reduzida assim, a reação foi conduzida durante 10 horas. Ao final da polimerização, o produto resultante foi solubilizado em acetona e precipitado em água a 4°C, obtendo assim o polímero sóiido branco.[0047]. In the second stage of polymerization, the zinc lactate catalyst was added to the dehydrated AL in the proportion 1: 1000 (m / m) and the mixture heated to 180 ° C with stirring. After the temperature stabilized, the pressure was reduced thus, the reaction was conducted for 10 hours. At the end of the polymerization, the resulting product was solubilized in acetone and precipitated in water at 4 ° C, thus obtaining the white solid polymer.

Exemplo 6: Polimerização do AL por aquecimento por microondas para obtenção de PLA [0048]. O processo de polimerização do monômero de AL para obtenção de polímero de ácido lático (PLA) em micro-ondas foi conduzido utilizando o AL previamente desidratado com tolueno. Foram utilizados AL padrão comercial e AL obtido por fermentação conforme descrito na presente patente.Example 6: Polymerization of AL by microwave heating to obtain PLA [0048]. The polymerization process of the AL monomer to obtain lactic acid polymer (PLA) in microwave was carried out using the AL previously dehydrated with toluene. Commercial standard AL and AL obtained by fermentation were used as described in the present patent.

[0049]. Em um frasco de Teflon® foram adicionados o AL e o catalisador lactato de zinco na proporção 1:1000 (m/m). A mistura foi submetida à radiação micro-ondas com potência de 100 W, a 140°C por 90 minutos. Durante a reação, foi mantida pressão ambiente. O[0049]. AL and the zinc lactate catalyst in a 1: 1000 (w / w) ratio were added to a Teflon® vial. The mixture was subjected to microwave radiation with a power of 100 W, at 140 ° C for 90 minutes. During the reaction, ambient pressure was maintained. O

18/18 rendimento do reação de polimerização foi 79% para o AL padrão e 76% para o AL produzido por fermentação conforme esta invenção.18/18 yield of the polymerization reaction was 79% for the standard AL and 76% for the AL produced by fermentation according to this invention.

Figura 2. PLA obtido por diferentes sistemas de aquecimento e polimerizaçao. A) Convencional; b) Micro-ondas.Figure 2. PLA obtained by different heating and polymerization systems. A) Conventional; b) Microwave.

Descrição dos desenhosDescription of the drawings

Figura 1: O fluxograma apresentando ilustra as etapas de produção, purificação de monômeros de ácido lático para obtenção de PLA por polimerização convencional e por micro-ondas.Figure 1: The flowchart showing the production steps, purification of lactic acid monomers to obtain PLA by conventional polymerization and by microwave.

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Claims

1. INTEGRATED PROCESS FOR PRODUCTION AND PURIFICATION OF LACTIC ACID OBTAINED BY SUBMERSAL FERMENTATION AND OBTAINING BIODEGRADABLE LACTIC POLYMERS, characterized by being carried out in submerged fermentation by the species of Lactobaciíus pentosus NRRL B-227, at 30 ° C, with 10% v) of inoculum, during 72 hours, in sterile conditions, using as starch from the solid residue of the potato processing, of the type “chips”, after chemical hydrolysis and containing 164 g / L of total sugars and nitrogen source Yeast extract.

2. INTEGRATED PROCESS FOR PRODUCTION AND PURIFICATION OF LACTIC ACID OBTAINED BY SUBMERSAL FERMENTATION AND OBTAINING BIODEGRADABLE LACTIC POLYMERS, according to claim 1, whose culture medium is characterized by containing inactivated yeast as a source of nitrogen.

3. INTEGRATED PROCESS FOR PRODUCTION AND PURIFICATION OF LACTIC ACID OBTAINED BY SUBMERSAL FERMENTATION AND OBTAINING BIODEGRADABLE LACTIC POLYMERS, according to claim 1, characterized by being carried out in non-sterile conditions.

4. INTEGRATED PROCESS FOR PRODUCTION AND PURIFICATION OF LACTIC ACID OBTAINED BY SUBMERSAL FERMENTATION AND OBTAINING BIODEGRADABLE LACTIC POLYMERS, according to claim 1, characterized by the separation and purification that uses active carbon at a concentration of 10% m / va hot (T = 50 ° C).

Petition 870170086555, of 11/09/2017, p. 2/3

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5. INTEGRATED PROCESS FOR PRODUCTION AND PURIFICATION OF LACTIC ACID OBTAINED BY SUBMERSAL FERMENTATION AND OBTAINING BIODEGRADABLE LACTIC POLYMERS, according to claims 1 and 4, characterized by employing a conventional polymerization process by polycondensation with the use of toluene as a solvent and lactate zinc as a catalyst.

6. INTEGRATED PROCESS FOR PRODUCTION AND PURIFICATION OF LACTIC ACID OBTAINED BY SUBMERSAL FERMENTATION AND OBTAINING BIODEGRADABLE LACTIC POLYMERS, according to claims 1 and 4, characterized by using a polymerization process with microwave heating and zinc lactate as a catalyst.

Petition 870170086555, of 11/09/2017, p. 3/3

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DRAWINGS

FIGURE 1

V

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