WO2012021955A1 - Sistema e processo de correção de acidez a volume constante de meios fermentativos para produção de ácidos orgânicos - Google Patents

Sistema e processo de correção de acidez a volume constante de meios fermentativos para produção de ácidos orgânicos Download PDF

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WO2012021955A1
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fermentative
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Paulo Yoshida
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Companhia Refinadora Da Amazônia
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    • C12P7/40Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids

Definitions

  • the present invention pertains to the field of systems and processes for obtaining organic acids by fermentation, more specifically to the constant volume acidity correction system and process of fermentative media.
  • US Patent 4,882,277 claims a process in which glucose is continuously fermented to lactate and the resulting lactic acid is Subsequently extracted from the solution by electrodialysis where the pH within the fermenter is controlled by the removal of lactic acid at the same rate as it is formed as the fermenter content is recirculated in the electrodialysis unit.
  • the disadvantage of this process refers to the fact that the bacteria present in the fermenter are absorbed in the ion exchange membranes present in the electrodialysis unit, causing the electrical resistance in the unit to increase and, consequently, increasing the energy consumption of the electrodialysis unit. process.
  • cell death must be taken into account so that the total process productivity must be affected by the decrease in the number of producing cells.
  • US 2006/0094093 claims the process of producing lactic acid at low pH by the use of an acid tolerant maize-derived homolactic bacterium which is capable of producing high levels of free lactic acid.
  • Acid tolerant bacteria are capable of producing at least about 25 g / l free lactic acid. This type of bacteria can also generally produce about 50 g / l lactate in the fermentation medium at an average incubation pH of no more than 4.2.
  • the productivity of the process described is such that the process is normally performed to produce about 1.0 to 3.0 gL -1 .h -1 in a medium whose average incubation pH is less than 4.0.
  • lactate in salt form may return to the fermentation vessel and act as a pH buffer of the solution and prevent the pH of the reaction medium from falling below desired values.
  • lactate salt reflux does not rule out the addition of other neutralizing agents such as calcium carbonate, sodium hydroxide and / or sodium bicarbonate which, in addition to increasing the cost, can significantly decrease overall process productivity.
  • the cost of bacteria is higher than Lactobacillus sp. , commonly used for fermentative production of lactic acid.
  • the present invention relates to a system for constant volume acidity correction in fermentative media
  • a system for constant volume acidity correction in fermentative media comprising at least one fermenter (1) having at least one sensor for real time determination of the pH of the fermentative medium (PI). ), a filtration module (2), a base addition vessel (3), a first pump for pumping fermenter broth into said filtration module (BI), a second pump for pumping the basified fermentation broth fraction return to the fermenter (B2) and a heat exchanger (5), the volumetric proportions of alkaline solution for pH correction to be added to the removed fermenter fraction being established by a controller connected to said at least one sensor (PI), said first pump (BI), said second pump (B2), said heat exchanger (5) and defined herein as base doser (4), so as to enable the outlet flow from the fermenter (1) , the amount base age added to the solution in said addition vessel (3) and the return flow rate of the alkaline solution to said fermenter (1) are appropriate and in accordance with the need to adjust the pH of the medium
  • the present invention provides a system for constant volume acidity correction in fermentative media, the system comprising at least one fermenter having at least one sensor, a base addition vessel and a base doser, a first pump for pumping fermenter broth for a filtration module, a second pump for pumping the fraction of the fermenter back basified fermentation broth and a heat exchanger, the volumetric proportions of alkaline solution for pH correction to be added to the fraction removed from the fermenter being established by a controller connected to said at least one sensor, said first pump, said second pump, said heat exchanger and the base metering element.
  • the invention further provides a constant volume acidity correction process in fermentative media, said process being optimized by a reflux system of the culture medium under appropriate pH conditions such that when the culture medium returns to the fermenter an adjustment occurs. acidity of the reaction medium with higher productivity without causing an increase in reaction volume.
  • An advantage of said constant volume acidity correction process in fermentative media of the present invention is that it provides significant energy savings in the process as a whole.
  • the process of the present invention provides a reduction of the environmental impact by the input and energy saving.
  • FIG. 1 is a simplified flow diagram of the process of the invention for acidity correction of fermentative media at constant volume.
  • the attached Figure 2 is a simplified flowchart of the process control layout of the invention.
  • FIG. 3 is a simplified flowchart of the process of the invention adapted for a reactor assembly so that the permeate alkalinization process can operate continuously.
  • the present invention is based on the fact that the addition of alkaline substances to fermentative means of organic acid production causes a significant increase in the volume of the fermentative medium, which necessarily implies an increase in the amount of energy required to separate the lactic acid synthesized from its reaction medium.
  • part of the fermentative medium may be removed from the fermentation vessel, filtered to retain microorganisms, added with alkalizing element and then returned to the defined volume fermentative medium to adjust the pH of the culture medium. at values within the optimal operating limits.
  • Most microorganisms have an optimal range of pH values in which their metabolism is optimized and thus the pH of a given fermentative medium is a variable that greatly affects process productivity.
  • Microorganisms such as Lactobacillus sp. they are conventionally used as lactic acid producers and, in a fermentation process conducted by these microorganisms, pH values fall rapidly with lactic acid production to levels that may inhibit cell metabolism or even cause cell death.
  • alkaline agents to the fermentative medium is capable of maintaining pH values at appropriate levels for maximum lactic acid production.
  • Recommended pH values of the reaction medium for good lactic acid productivity are between 5.0 and 7.0 (see US Patent 5,510,526).
  • Equation 1 The theory of chemical equilibrium, when applied to weak acids, such as lactic acid, and others obtained in fermentative processes, defines that, in solution, lactic acid dissociates according to the following equation (equation 1):
  • the pH of the solution will be kept at a constant value, which may be adjusted, preferably between 4.0 and 7.0, to maximize acid production. organic by microorganisms.
  • compositions of fermentative media for culturing various types of microorganisms are proposed in the technical and scientific literature and already commercially available.
  • MRS from its inventors of Man, Rogosa and Sharpe
  • MRS composition of fermentative media for culturing various types of microorganisms
  • polysorbate 80 also known as Tween
  • This composition is recommended for cultures of microorganisms such as: Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei, Lactobacillus fermentum, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, among others.
  • Modifications and adaptations of MRS medium are also already available in the market, aiming to cover the types of micro ⁇ organisms to be cultivated.
  • the typical fermentation process takes place in an appropriate temperature-controlled fermenter in which microorganisms are maintained by adjusting the broth composition under optimal conditions for the production of organic acid over periods of 18 to 36 h.
  • the process temperature is maintained between 25 ° C and 42 ° C.
  • the fermenter is also equipped with a pH measuring probe so that the monitoring of the acidity of the medium can be done continuously. Once the pH values at which lactic acid production decreases, a certain volume of basic solution should be added to the medium in order to raise the pH values to working levels.
  • An aspect of the present invention is a system for constant volume acidity correction in fermentative media comprising at least one fermenter having at least one sensor for real time determination of the pH of the fermentative medium, a filtration module, a vessel for addition base and a base doser, a first pump for pumping fermenter broth from the fermentation to said filtration module, a second pump for pumping the fermenter return basified fermentation broth fraction and a heat exchanger, the volumetric proportions of solution alkaline for pH correction to be added to the fraction removed from the fermenter being set by a controller.
  • Another aspect of the invention is the acidity correction process of fermentative media using the inventive system.
  • the fermenter (1) is connected to a system for withdrawing, alkalizing and returning a certain volume of medium, as shown in Figure 1.
  • a flow pump which is responsible for bringing part of the broth (stream (A)) to a filtration module (2) containing a filter element (not represented).
  • the current (A) may have an identical concentration or close to that of the fermentation broth with pH values equal to or lower than ideal for the cultivation of microorganisms and temperature close to the values found inside the fermentation tank.
  • (B) contains all elements of the reaction medium present in the fermenter (1) except non-permeated solids with pH values between 4.0 and 7.0 and temperature between 25 ° C and 42 ° C.
  • the retained solids can be returned to the reaction medium, giving rise to stream (C), so as to keep the concentration of the microorganisms constant in the fermentative medium and, in turn, ensuring the highest possible production of organic acid.
  • Stream (C) contains essentially Lactobacillus sp. Cells, cell debris, and may also contain inorganic solid residues inherent in the fermentation process and medium composition.
  • the filtration module (2) shall be provided with a pore diameter filter media between 0,5 and 5 ⁇ and more preferably 1 ⁇ .
  • a pore diameter filter media between 0,5 and 5 ⁇ and more preferably 1 ⁇ .
  • filter elements can be used in the filtration system such as bag filters, preferably composed of microstructural membranes with tangential filtration system, in order to promote the retention of most solids present in the fermentative medium and especially of the micro-filters. enabling the eventual return of same to the culture medium without causing major losses to the fermentation process.
  • the stream (B) is fed to a mixing tank (3), where a certain amount of base is added via a dosing element (4).
  • a certain amount of base is added via a dosing element (4).
  • the bases added to the broth permeate can be both organic and inorganic, preferably KOH, NaOH, Ca (OH) 2 or NH 4 0H.
  • the base in liquid form may be added manually or preferably by means of metering equipment (4) positioned at the top of said mixing tank (3).
  • the alkaline solution (stream (D)) with the same composition as stream (B) plus base added to the mixing tank (3), with temperatures between 30 ° C and 60 ° C and pH values. between 6 and 9, preferably larger than 7, may be transported via a heat exchanger (5) which will be responsible for conditioning the alkaline solution at the working temperature of the process so as not to interfere with the fermentation process.
  • heat drawn from the solution through the heat exchanger coolant (5) can be brought to the fermentation tank (1) so as to maintain the temperature of said fermentation tank (or said tanks) at values suitable for the production of organic acids.
  • reactor current (D)
  • pH of the medium at a given point in the organic acid production process.
  • FIG 2 schematically illustrates the control layout employed in the process described so that pumps (BI) and (B2) can provide sufficient flow rates for the fermentation process to take place within the recommended or empirically defined pH range. for maximum organic acid production.
  • the system of the invention as illustrated in Figure 2 is generally designated by numeral 100.
  • the sensor element (PI) is positioned within the fermenter medium of the fermenter (1) to monitor the change in pH value in real time during the process, and may also be an arrangement or set of sensor elements (not shown) which lead to greater measurement accuracy. Sensor elements (PI) are commercially available pH sensors.
  • the element (PI) is connected via line (ll) to the controller element (CT).
  • the controller element (CT) is also responsible for controlling: i) the flow of fermentative media solution, current (A), through connection to the pump (BI) via (L2); ii) the basic solution flow rate through line (L3); iii) the flow of alkaline solution of fermentative medium, current (D), through connection to the pump (B2) via (L4) and iv) the flow of the refrigerant in the heat exchanger (5) via (L5), of keep the temperature within the working range of the process.
  • the controller element consists of a commercially available equipment widely used in the industrial process control segment, which is equipped with a dedicated software (called supervisory system) in order to offer an easy-to-operate interface as well as a real-time control of the process as a whole.
  • the CT receives and interprets all information from the sensors installed throughout the process and, through instructions programmed in its memory, performs specific actions (pump flow control, temperature control, pH control, valve opening and closing). ) according to the conditions of the sensors in real time, allowing a high level of automation in the control of the various process steps in question.
  • Figure 3 represents the process described above adapted for a set of reactors so that the permeate alkalinization process, represented by stream (B), can operate continuously while different batches in different fermentation tanks (tanks (1.1), (1.2 ), (1.3), (1.4)) are performed alternately.
  • the system of Figure 3 is generally designated by numeral 200.
  • FIG 3 represents an arrangement of two sets of two fermenters in series.
  • Streams (Cl), (C2), (C3) and (C4) are formed by the flow divider equipment (DV2) from stream (C) which can essentially be formed by Lactobacillus sp cells. or cell debris, and may also contain inorganic solid residues inherent in the fermentation process and the composition of said media.
  • Said flow divider equipment is also connected to the central control element (CT) via a line (L7) in order to control the inlet flow of retained solids (Lactobacillus sp. Cells or cell debris, inorganic solid waste ) in said fermenters (1.1), (1.2), (1.3) and (1.4).
  • Said flow divider equipment (DV3) is also connected to the central control element (CT) via a line (L8) in order to control the flow of the entry of the basic juice into said fermenters (1.1), (1.2), (1.3) and (1.4).
  • streams (Al), (A2), (A3) and (A) are essentially composed of the fermentation broth contained in the respective tanks with temperature and pH values close to the optimum production values of Organic acid.
  • the fermenters (1.2), (1.3) and (1.4) may be inactive or at another time. process that does not require correction by adding alkaline solution.
  • (DV1) is restricted to the control of the output flow rates of the reaction media in operation at a given point in the process.
  • the stream (A2) can be directed to said module (2) without the need for all of the process is completed before starting a new batch. Thus, the same can be done continuously.
  • the described system can operate continuously, 24 hours a day, by alternating the presented fermenters. It should be clear to those skilled in the art that more fermenters may be added to the process without departing from the scope of the invention, such a procedure being within the skill of the art.
  • a typical MRS fermentation broth consisting of:
  • polysorbate 80 also known as Tween
  • This Example is illustrative of the process of the invention.
  • An MRS-type fermentation broth as set forth in Example 1 herein, composed as described in Example 1 and incubated with the same cell type in a volume of 1000 L under agitation for 18 hours at 39 ° C and pH 7.2 to maintain production in the 3.0 kg / h range required an amount equivalent to 120 l of the reaction volume to be removed, filtered and made alkaline with 36 kg of NaOH and then fed back into the medium. reaction, occurring with a energy expenditure equivalent to 0.67 KW / h including all stages of transport (pumps), filtration, dosing, monitoring and process control.
  • the overall amount of energy saved in a plant to produce 72 kg of organic acid per day will be approximately 74.7 kW / h, leading to an energy consumption of 1.03 kW / h per kilogram of acid produced. That is, with 11.8% savings in energy consumption in a subsequent process of separation and purification of the production medium.
  • This Example illustrates the substantial energy savings provided by the process of the invention when applied to a multi-reactor system.
  • the fermentation broth withdrawal, filtration and alkalization system was connected to a set of 4 (four) fermentative reactors (1.1, 1.2, 1.3 and 1.4) as shown in Figure 3 of this report.
  • the reactors were put into operation with a difference of 6 hours between the start of each process, so that the broth removed from one fermenter could be used in another fermenter, leading to a proportional decrease of the circulating volume in the alkalinization process equivalent to 7 , 5% of the total volume incubated in the four reactors, compared to 12% used in the single reactor system.
  • the total process energy expenditure was equivalent to 1.65 KW / h including all stages of transport (pumps), filtration, dosing, monitoring and process control.

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Abstract

É descrito um sistema (100, 200) de correção de acidez a volume constante de meios fermentativos para a produção de ácidos orgânicos, o qual compreende um fermentador (1) dotado de sensor (P1) de pH, um módulo de filtração (2) dotado de elemento filtrante, um vaso de adição (3) dotado de elemento dosador (4) de base, e um trocador de calor (5). O funcionamento do sistema (100, 200) é controlado por um controlador (CT). Assim que o sensor (P1) detecta redução de pH abaixo dos valores ideais de produção de ácido orgânico, o controlador (CT) calcula a quantidade de meio fermentativo a ser retirada do fermentador (1) e a mesma é dirigida para o vaso (3) para ser alcalinizada e retornada ao sistema. Arranjos do sistema com mais de um fermentador são também descritos. O processo de correção de acidez que emprega o sistema (100,200) da invenção também é descrito.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para: "SISTEMA E PROCESSO DE CORREÇÃO DE ACIDEZ A VOLUME CONSTANTE DE MEIOS FERMENTATIVOS PARA A PRODUÇÃO DE ÁCIDOS ORGÂNICOS".
Campo da Invenção
A presente invenção pertence ao campo dos sistemas e processos de obtenção de ácidos orgânicos por fermentação, mais especificamente, ao sistema e processo de correção de acidez a volume constante de meios fermentativos.
Fundamentos da Invenção
É bem conhecido na literatura técnica e cientifica (Benninga, H. A history of lactic acid making: a chapter in the history of biotechnology. Klu er Academic Press, The Nederlands, 1989) que a fermentação anaeróbica de açúcares como a glicose, frutose e a sacarose tem como um dos produtos finais o ácido lático. Outros tipos de ácidos orgânicos como ácido cítrico, ácido maleico, ácido fumárico, ácido adípico, ácido succínico, ácido tartárico, dentre outros, também podem ser gerados em processos semelhantes. Bactérias do tipo Lactobacillus sp. consistem em um dos micro-organismos mais utilizados na obtenção de ácidos orgânicos por meio fermentativo, fornecendo uma alternativa aos métodos de síntese com produtos derivados de petróleo. No caso da fermentação láctica, o processo somente pode acontecer em faixas de processo bem definidas. É observado, por exemplo, que qualquer variação significativa nos valores de pH do meio fermentativo implica em baixa produtividade ou mesmo no completo cessamento da produção. Além disso, de acordo com o documento de patente norte-americano US 5766439, de Aharon e Willian, o próprio processo de fermentação para produção de tais ácidos implica na alteração da acidez do meio e também na liberação de gás carbónico proveniente da atividade bacteriana. Como consequência, o processo pode se auto-extinguir caso não exista nenhum meio de ajustar o pH da fermentação em valores adequados.
Várias abordagens para contornar este problema têm sido relatadas. Por exemplo, Norddahl e colaboradores reivindicam no documento norte-americano US 2004/0033573 um método para produção de ácido lático em meio fermentativo liquido rico em açúcares através do uso de bactérias produtoras de ácido, resultando em sais de lactato, tipicamente lactato de sódio, amónio ou potássio. Durante o processo de fermentação, o pH do meio fermentativo é mantido entre 5 e 7 pela adição de quantidade apropriada de base. As bases adicionadas podem ser amónia, tipicamente gás de amónia, NaOH e KOH, ou mesmo uma mistura destas. Todas estas bases formam sais solúveis com o ácido lático. Neste ponto, os autores argumentam que o uso da amónia como base tem a vantagem de atuar como fonte de nitrogénio para os micro-organismos , além de ser mais barato que os outros tipos de base. Por outro lado, as bases NaOH ou KOH são mais fáceis de serem recuperadas em uma fase de purificação subsequente. Este processo apresenta a clara desvantagem da volatilidade da amónia, que pode permear através das membranas usadas para a separação do ácido lático e, além disso, toda adição de certo volume de solução básica ao fermentador implicará na necessidade de remoção deste mesmo volume em uma operação subsequente, levando a um consequente aumento de custo no processo como um todo.
O documento de patente norte-americano US 4,882,277 reivindica um processo no qual a glicose é continuamente fermentada a lactato e o ácido lático resultante é posteriormente extraído da solução por meio de eletrodiálise onde o pH dentro do fermentador é controlado pela remoção do ácido lático na mesma taxa em que é formado na medida que o conteúdo do fermentador é recirculado na unidade de eletrodiálise. A desvantagem deste processo refere-se ao fato de que as bactérias presentes no fermentador são absorvidas nas membranas trocadoras de íons presentes na unidade de eletrodiálise, causando o aumento da resistência elétrica na unidade e levando, consequentemente, a um aumento no consumo de energia do processo. Além disso, a morte celular deve ser levada em consideração de modo que a produtividade total do processo deve ser afetada pela diminuição da quantidade de células produtoras .
O documento de patente norte-americano US 2006/0094093 reivindica o processo de produção de ácido lático a baixos valores de pH pela utilização de uma bactéria homolática derivada de milho tolerante a ácido, a qual é capaz de produzir elevados níveis de ácido lático livre. As bactérias tolerantes a ácido são capazes de produzir, no mínimo, cerca de 25 g/L de ácido lático livre. Este tipo de bactéria geralmente pode também produzir cerca de 50 g/L de lactato no meio fermentativo em um pH médio de incubação de não mais de 4,2. A produtividade do processo descrito é tal que o processo é normalmente executado de maneira a produzir cerca de 1,0 a 3,0 g.L_1.h_1 em um meio cujo pH médio de incubação é menor que 4,0. Mesmo utilizando bactérias capazes de produzir ácido lático em valores de pH inferiores aos usuais, o processo em questão não elimina a necessidade de manutenção da faixa de pH pela adição de bases ou agentes tamponantes. Neste caso, os requerentes sugerem que o lactato na forma de sal possa retornar ao vaso de fermentação e atuar como tampão de pH da solução e prevenir a queda do pH do meio reacional a valores abaixo do desejado. Porém, neste processo, o refluxo de sal de lactato não descarta a adição de outros agentes neutralizantes, como carbonato de cálcio, hidróxido de sódio e/ou bicarbonato de sódio que, além de aumentar o custo, podem diminuir significativamente a produtividade global do processo. Além disso, o custo das bactérias é maior em relação ao Lactobacillus sp. , normalmente utilizado para produção fermentativa de ácido lático.
Desta forma, pode ser notado que, em todas as situações descritas acima, a possibilidade de elevadas concentrações de alguns sais como, por exemplo, cátions de sódio, podem causar inibição no processo fermentativo e o tipo ou quantidade de sais presentes pode prejudicar a eficiência da fermentação.
Van't Hul e Gibbons descrevem em seu artigo Neutralization/recovery of lactic acid from Lactococcus lactis: effects on biomass, lactic acid, and nisin production (World Journal of Microbiology & Biotechnology, Vol. 13, 1997) o processo de obtenção de ácido lático e outros produtos metabólitos em função da utilização de um controle de pH automatizado com adição de hidróxido de amónio. De acordo com os autores, a utilização do processo descrito com uso de solução 6 mol/L de NH4OH para a neutralização do meio reacional levou a aumentos significativos na produção celular de nisina e ácido lático, porém não leva em consideração o aumento de volume promovido pela adição do agente neutralizante que, no final do processo, acarretará em um maior consumo de energia. Deste modo, seria interessante se a técnica dispusesse de um processo de correção de acidez a volume constante em meios fermentativos baseado em um sistema de retirada de determinado volume do meio, filtragem deste volume, alcalinização e posterior adição deste volume de volta ao meio reacional de maneira a controlar o pH do meio fermentativo dentro das condições necessárias de operação e produção dos referidos ácidos.
Sumário da Invenção
De um modo amplo, a presente invenção trata de um sistema para correção de acidez a volume constante em meios fermentativos, constituído de pelo menos um fermentador (1) dotado de pelo menos um sensor para determinação em tempo real do pH do meio fermentativo (PI), um módulo de filtração (2), um vaso para adição de base (3), uma primeira bomba para bombear caldo fermentativo do fermentador para o dito módulo de filtração (BI), uma segunda bomba para bombear a fração de caldo fermentativo basifiçada de retorno ao fermentador (B2) e um trocador de calor (5), as proporções volumétricas de solução alcalina para correção de pH a serem adicionadas à fração retirada do fermentador sendo estabelecidas por um controlador conectado ao dito pelo menos um sensor (PI), à dita primeira bomba (BI), à dita segunda bomba (B2), ao dito trocador de calor (5) e ao aqui definido como dosador de base (4), de modo a possibilitar que a vazão de saída do fermentador (1), a quantidade de base adicionada à solução no dito vaso (3) de adição e a vazão de retorno da solução alcalina ao dito fermentador (1) sejam apropriadas e estejam de acordo com a necessidade de ajuste do pH do meio em um dado momento do processo de produção de ácido orgânico .
Já o processo de correção de acidez a volume constante em meios fermentativos efetuado com o auxilio do presente sistema é baseado em um procedimento de retirada de determinado volume do meio, filtragem deste volume, alcalinização e posterior adição deste volume de volta ao meio reacional de maneira a controlar o pH do meio fermentativo dentro das condições necessárias de operação e produção dos referidos ácidos.
Assim, a presente invenção provê um sistema para correção de acidez a volume constante em meios fermentativos, o sistema compreendendo pelo menos um fermentador dotado de pelo menos um sensor, um vaso para adição de base e um dosador de base, uma primeira bomba para bombear caldo fermentativo do fermentador para um módulo de filtração, uma segunda bomba para bombear a fração de caldo fermentativo basificada de retorno ao fermentador e um trocador de calor, as proporções volumétricas de solução alcalina para correção de pH a serem adicionadas à fração retirada do fermentador sendo estabelecidas por um controlador conectado ao dito pelo menos um sensor, à dita primeira bomba, à dita segunda bomba, ao dito trocador de calor e ao elemento dosador de base .
A invenção provê ainda um processo de correção de acidez a volume constante em meios fermentativos, o dito processo sendo otimizado por um sistema de refluxo do meio de cultura em condições apropriadas de pH de modo que quando o meio de cultura retorne ao fermentador ocorra um ajuste da acidez do meio reacional com maior produtividade, sem causar aumento no volume reacional. Uma vantagem do referido processo de correção de acidez a volume constante em meios fermentativos da presente invenção reside no fato de proporcionar uma economia significativa de energia no processo como um todo.
Adicionalmente, o processo da presente invenção proporciona uma redução do impacto ambiental pela economia de insumos e energia.
Breve Descrição das Figuras
A Figura 1 anexa é um fluxograma simplificado do processo da invenção para correção da acidez de meios fermentativos a volume constante.
A Figura 2 anexa é um fluxograma simplificado do layout de controle do processo da invenção.
A Figura 3 anexa é um fluxograma simplificado do processo da invenção adaptado para um conjunto de reatores de modo que o processo de alcalinização do permeado possa operar continuamente.
Descrição Detalhada da Invenção
A presente invenção baseia-se no fato de que a adição de substâncias alcalinas a meios fermentativos de produção de ácidos orgânicos causa um aumento significativo do volume do meio fermentativo, o que implica, necessariamente, em um aumento da quantidade de energia necessária para separar o ácido lático sintetizado de seu meio reacional. De acordo com a invenção, parte do meio fermentativo pode ser retirada do vaso de fermentação, filtrada para a retenção dos micro-organismos , adicionada de elemento alcalinizante e então retornada ao meio fermentativo em volume definido de maneira a ajustar o pH do meio de cultura em valores dentro dos limites operacionais ótimos. A maioria dos micro-organismos possui uma faixa ótima de valores de pH na qual o seu metabolismo é otimizado e, desta forma, o pH de um determinado meio fermentativo é uma variável que afeta intensamente a produtividade do processo .
Micro-organismos como Lactobacíllus sp. são convencionalmente utilizados como produtores de ácido lático e, em um processo de fermentação conduzido por estes micro-organismos, os valores de pH caem rapidamente com a produção de ácido lático a níveis que podem inibir o metabolismo celular ou mesmo causar a morte das células. Desta forma, é bem estabelecido na literatura que a adição de agentes alcalinos ao meio fermentativo é capaz de manter os valores de pH em níveis apropriados para que a produção de ácido lático seja máxima. Valores de pH do meio reacional recomendados para a obtenção de uma boa produtividade de ácido lático estão entre 5,0 e 7,0 (vide o documento de patente norte-americano US 5,510,526).
Além disso, pesquisas foram desenvolvidas no sentido de obter organismos capazes de manter elevada produtividade de ácido lático em valores de pH entre 3,0 e 4,8 (Publicação Internacional WO 99/19290; documento de patente norte-americano US 2006/0094093) .
A teoria do equilíbrio químico, quando aplicada aos ácidos fracos, como é o caso do ácido lático, além de outros obtidos em processos fermentativos, define que, em solução, o ácido lático se dissocia segundo a seguinte equação (equação 1) :
CH3CH (OH) C02H ^ H+ + CH3CH ( OH ) C02 "
(equação 1)
Segundo esta equação de equilíbrio químico, a produção de ácido lático pelos micro-organismos aumentará a quantidade de ácido dissociado e, consequentemente, causará a redução do pH do meio de cultura, uma vez que o pH de uma solução se relaciona com as concentrações de ácidos presentes no meio segundo a equação 2 a seguir:
Figure imgf000011_0001
(equação 2)
onde pKa é o logaritmo da constante de dissociação do ácido fraco, enquanto [R (OH) COO ] e [R(0H)C00H] são as concentrações molares do contra-ion e do ácido orgânico, respectivamente .
Desta forma, a adição de bases como KOH, NaOH, Ca (OH) 2, NH4OH, sem estar limitada a estas, causará um aumento no consumo de ions H+, devido à equação de dissociação representada pela equação 3 abaixo, e tem como consequência o aumento do pH da solução.
M(OH)K =± Mx+ + x(OH)~
(equação 3)
Assim, se a quantidade de base adicionada for igual à quantidade de ácido produzida, o pH da solução será mantido em um valor constante, podendo este ser ajustado, preferencialmente entre 4,0 e 7,0, de modo a maximizar a produção de ácido orgânico pelos micro-organismos.
Diversas composições de meios fermentativos para a cultura de diversos tipos de micro-organismos são propostas na literatura técnica e cientifica e já comercialmente disponibilizadas. Um dos meios disponíveis mais comuns utilizados é conhecido como MRS (de seus inventores de Man, Rogosa e Sharpe) , que em sua versão mais geral tem a seguinte composição (massa/volume) : - 1,0% de peptona;
- 0,8% de extrato de tecido animal (carne de boi em geral) ;
- 0,4% de extrato de levedura;
- 2,0% de glicose;
- 0,5% de acetato de sódio;
- 0,1% de polisorbato 80 (também conhecido como Tween
80) ;
- 0,2% de hidrogenossulfato de potássio;
- 0,2% de citrato de amónio;
- 0,02% de sulfato de magnésio;
- 0,005% de sulfato de manganês;
- pH ajustado em 6,2 a 24 ± 1° C .
A este respeito, vide a referência abaixo:
(http : //www . bd. com/ds/technicalCenter/inserts/Lactoba cilli MRS Agar & Broth.pdf, em 19/11/2009) .
Esta composição é recomendada para culturas de microorganismos tais como: Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei, Lactobacillus fermentum, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, dentre outros.
Modificações e adaptações do meio MRS também já estão disponíveis no mercado, visando abranger os tipos de micro¬ organismos a serem cultivados.
O processo típico de fermentação se dá em um fermentador apropriado com temperatura controlada na qual os micro-organismos são mantidos, através do ajuste da composição do caldo, em condições ótimas para a produção de ácido orgânico durante períodos de 18 a 36 h.
A temperatura do processo é mantida entre 25°C e 42 °C. O fermentador é também munido de uma sonda medidora de pH para que o monitoramento da acidez do meio possa ser feito continuamente. Uma vez atingidos os valores de pH nos quais a produção de ácido lático decresça, um determinado volume de solução básica deve ser adicionado ao meio de modo a elevar os valores de pH aos níveis de trabalho.
Um aspecto da presente invenção é um sistema para correção de acidez a volume constante em meios fermentativos constituído de pelo menos um fermentador dotado de pelo menos um sensor para determinação em tempo real do pH do meio fermentativo, um módulo de filtração, um vaso para adição de base e um dosador de base, uma primeira bomba para bombear caldo fermentativo do fermentador para o dito módulo de filtração, uma segunda bomba para bombear a fração de caldo fermentativo basificada de retorno ao fermentador e um trocador de calor, as proporções volumétricas de solução alcalina para correção de pH a serem adicionadas à fração retirada do fermentador sendo estabelecidas por um controlador.
Um outro aspecto da invenção é o processo de correção da acidez de meios fermentativos que utiliza o sistema inventivo .
Na presente invenção, diferentemente dos processos usuais do estado da técnica, o fermentador (1) está conectado a um sistema de retirada, alcalinização e devolução de certo volume do meio, conforme apresentado na Figura 1. Neste esquema, uma quantidade não maior que 12% do volume total do meio fermentativo é retirada por meio do acionamento de uma bomba de fluxo (BI) , que é responsável por levar parte do caldo (corrente (A) ) a um módulo de filtração (2) contendo um elemento filtrante (não representado) .
A corrente (A) pode ter uma concentração idêntica ou próxima à do caldo fermentativo com valores de pH iguais ou menores que o ideal para o cultivo dos micro-organismos e temperatura próxima aos valores encontrados no interior do tanque de fermentação. Ao passar pelo módulo de filtração
(2), uma parte da corrente (A), referente aos sólidos com tamanhos na faixa de 0,5 a 5 pm, preferencialmente maiores do que 1 μπι, é retida no dito elemento filtrante.
A outra parte da corrente é permeada através do elemento filtrante dando origem à corrente (B) . A corrente
(B) contém todos os elementos do meio reacional presentes no fermentador (1) exceto os sólidos não permeados e com valores de pH entre 4,0 e 7,0 e temperatura entre 25 °C e 42°C.
Os sólidos retidos podem ser retornados ao meio reacional, dando origem à corrente (C) , de maneira a manter a concentração dos micro-organismos constante no meio fermentativo e, por sua vez, garantindo a maior produção possível de ácido orgânico.
A corrente (C) contém essencialmente células de Lactobacillus sp., restos de células, podendo também conter resíduos sólidos inorgânicos inerentes ao processo de fermentação e à composição do meio.
O módulo de filtração (2) deve ser dotado de agente filtrante com diâmetro de poros entre 0,5 e 5 μιη e mais preferencialmente de 1 μιη. Diversos tipos de elementos filtrantes podem ser utilizados no sistema de filtração tais como filtros bag (bolsa) , preferencialmente compostos de membranas microestruturadas com sistema de filtração tangencial, de modo a promover a retenção da maioria dos sólidos presentes no meio fermentativo e principalmente dos micro-organismos, possibilitando o eventual retorno dos mesmos ao meio de cultura sem causar grandes perdas ao processo fermentativo.
A partir do elemento filtrante presente no módulo de filtração (2), a corrente (B) é levada a um tanque de mistura (3), onde será adicionada, através de um elemento dosador (4), uma determinada quantidade de base de modo que o pH da solução permeada (glicose, extrato de levedura, sulfato de magnésio, sulfato de manganês, etc.) seja ajustado em valores de pH maiores do que 7, de modo que quando retornada ao fermentador (corrente (D) ) em quantidades adequadas, será capaz de produzir o decréscimo da acidez, ou seja, elevação do pH do caldo fermentativo, dentro dos valores requeridos para a boa produtividade do ácido lático ou outro ácido orgânico.
As bases adicionadas ao caldo permeado podem ser tanto orgânicas quanto inorgânicas, preferencialmente KOH, NaOH, Ca (OH) 2 ou NH40H. A base em forma liquida pode ser adicionada manualmente ou, preferencialmente, através de equipamento dosador (4) posicionado na parte superior do dito tanque de mistura (3) .
Antes de retornar ao fermentador, a solução alcalina (corrente (D) ) com a mesma composição da corrente (B) acrescida de base adicionada no tanque de mistura (3) , com temperaturas entre 30°C e 60°C e valores de pH entre 6 e 9, preferencialmente maiores do que 7, pode ser transportada através de um trocador de calor (5) que será responsável por acondicionar a solução alcalina na temperatura de trabalho do processo de modo a não causar interferências no processo fermentativo.
Além disso, o calor retirado da solução através do fluido de refrigeração do trocador de calor (5) pode ser levado ao tanque de fermentação (1) de maneira a manter a temperatura do dito tanque (ou dos ditos tanques) de fermentação em valores adequados para a produção de ácidos orgânicos .
Todo o processo é controlado digitalmente, de forma integrada, de modo a possibilitar que a vazão de saida do fermentador (1), a quantidade de base adicionada à solução em (3) pelo elemento (4) e a vazão de retorno da solução alcalina ao reator (corrente (D) ) sejam apropriadas e estejam de acordo com a necessidade de ajuste do pH do meio em um dado momento do processo de produção de ácido orgânico .
A Figura 2 ilustra esquematicamente o layout do controle empregado no processo descrito, de maneira que as bombas (BI) e (B2) possam fornecer vazões suficientes para que o processo de fermentação aconteça dentro da faixa de valores de pH recomendada, ou empiricamente definida, para a máxima produção de ácido orgânico.
O sistema da invenção tal como ilustrado na Figura 2 é designado em geral pelo numeral (100).
0 elemento sensor (PI) é posicionado no interior do meio fermentativo do fermentador (1) de maneira a monitorar a variação do valor de pH em tempo real durante o processo, podendo também ser um arranjo ou conjunto de elementos sensores (não representado) que levem a uma maior precisão nas medidas. Os elementos sensores (PI) são sensores de pH disponíveis comercialmente. 0 elemento (PI) é conectado através da linha (Ll) ao elemento controlador (CT) .
O elemento controlador (CT) também é responsável por controlar: i) a vazão de solução de meio fermentativo, corrente (A), através de conexão com a bomba (BI) via (L2); ii) a vazão de solução básica através da linha (L3) ; iii) a vazão de solução alcalinizada de meio fermentativo, corrente (D), através de conexão com a bomba (B2) via (L4) e iv) a vazão do líquido refrigerante no trocador de calor (5) via (L5) , de modo a manter a temperatura dentro da faixa de trabalho do processo.
O elemento controlador (CT) é constituído de um equipamento disponível comercialmente bastante difundido no segmento de controle de processos industriais, o qual é dotado de um software dedicado (denominado sistema supervisório ) , de modo a oferecer uma interface de fácil operação, bem como um controle em tempo real do processo como um todo. Resumidamente, o CT recebe e interpreta todas as informações dos sensores instalados ao longo do processo e, através de instruções programadas em sua memória, executa ações específicas (controle de vazões de bombas, controle de temperatura, controle de pH, abertura e fechamento de válvulas) de acordo com as condições dos sensores em tempo real, permitindo um elevado nível de automação no controle das diversas etapas do processo em questão .
A Figura 3 representa o processo descrito acima adaptado para um conjunto de reatores de modo que o processo de alcalinização do permeado, representado pela corrente (B) , possa operar continuamente enquanto diferentes bateladas nos diferentes tanques de fermentação (tanques (1.1), (1.2), (1.3), (1.4)) são realizadas alternadamente .
O sistema da Figura 3 é designado em geral pelo numeral (200) .
A Figura 3 representa um arranjo de dois conjuntos de dois fermentadores em série. No entanto, deve ficar bem claro para os técnicos no assunto que outras modificações e variações nesses arranjos são possíveis, sem se desviar do escopo da invenção.
Nesta Figura, as correntes (Al), (A2), (A3) e (A4) são recebidas por uma válvula de controle apropriada, aqui denominada divisor de fluxo (DV1) . O dito equipamento divisor de fluxo é conectado ao elemento central de controle (CT) através de uma linha (L6) , de modo a controlar o fluxo de saída dos meios fermentativos contidos nos ditos fermentadores (1.1), (1.2), (1.3) e (1.4).
As correntes (Cl), (C2), (C3) e (C4) são formadas pelo equipamento divisor de fluxo (DV2) a partir da corrente (C) que pode essencialmente ser formada por células de Lactobacillus sp. ou restos de células, podendo também conter resíduos sólidos inorgânicos inerentes ao processo de fermentação e à composição dos referidos meios. 0 dito equipamento divisor de fluxo é também conectado ao elemento central de controle (CT) através de uma linha (L7), de modo a controlar o fluxo de entrada dos sólidos retidos (células de Lactobacillus sp. ou restos de células, resíduos sólidos inorgânicos) nos ditos fermentadores (1.1) , (1.2) , (1.3) e (1.4) .
A corrente (D), composta do caldo fermentativo basificado no tanque (3), é subdividida em (Dl), (D2), (D3) e (D4) por um divisor de fluxo (DV3), fornecendo assim a quantidade de caldo basificado adequada para cada fermentador (1.1), (1.2), (1.3) e (1.4) em um determinado tempo do processo. 0 dito equipamento divisor de fluxo (DV3) é também conectado ao elemento central de controle (CT) através de uma linha (L8), de modo a controlar o fluxo de entrada do caldo basificado nos ditos fermentadores (1.1), (1.2), (1.3) e (1.4).
As correntes provenientes dos referidos tanques, aqui designadas como correntes (Al), (A2), (A3) e (A ) , são compostas essencialmente pelo caldo fermentativo contido nos respectivos tanques com temperatura e valores de pH próximos aos valores ótimos de produção de ácido orgânico.
Assim como apresentado na Figura 2, todos os tanques de fermentação (1.1), (1.2), (1.3) e (1.4) são munidos de elementos sensores (Pl.l), (PI.2), (PI.3) e (PI.4) e todos são conectados ao elemento de controle (CT) através da linha (L9) , de modo a monitorar em tempo real o pH de cada meio reacional.
Em funcionamento, enquanto, por exemplo, a corrente (Al) que deixa o fermentador (1.1) é dirigida via (DV1) para o módulo de filtração (2) para ser submetida à separação gerando a corrente (C) de sólidos retidos a ser retornada ao fermentador (1.1) e a corrente (B) contendo ácido orgânico que terá o pH corrigido pela solução básica no vaso (3), os fermentadores (1.2), (1.3) e (1.4) podem estar inativos ou em um outro momento do processo que não exija correção por adição de solução alcalina.
A função de (DV1) é restrita ao controle das vazões de saída dos meios reacionais em operação em um determinado momento do processo.
Após filtração, separação e basificação, as correntes resultantes (Cl) e (Dl) são dirigidas para o fermentador (1.1) ·
Imediatamente após a corrente (Al) ser separada no módulo de filtração (2), a corrente (A2) pode ser dirigida para o dito módulo (2), sem necessidade de que todo o processo seja completado antes de iniciar uma nova batelada. Assim, o mesmo pode ser efetuado de modo continuo .
De modo análogo à corrente (Al), as correntes (C2), (C3) e (C4) e (D2), (D3) e (D4) resultantes da filtração, separação e alcalinização das correntes (A2), (A3) e (A ) são encaminhadas respectivamente para os fermentadores (1.2) , (1.3) e (1.4) .
Deste modo, o sistema descrito pode operar continuamente, 24 horas por dia, através da alternância dos fermentadores apresentados. Deve ficar bem claro para os técnicos no assunto que mais fermentadores podem ser adicionados ao processo sem se desviar do escopo da invenção, tal procedimento estando ao alcance de um técnico no assunto.
A presente invenção será ilustrada a seguir por Exemplos, que não devem ser considerados como limitativos da mesma.
Exemplo 1
Este é um Exemplo Comparativo.
Um caldo de fermentação típico tipo MRS composto por:
- 1,0% de peptona;
- 0,8% de extrato de tecido animal (carne de boi em geral) ;
- 0,4% de extrato de levedura;
- 2,0% de glicose;
- 0,5% de acetato de sódio;
- 0,1% de polisorbato 80 (também conhecido como Tween
80) ;
- 0,2% de hidrogenossulfato de potássio;
- 0,2% de citrato de amónio; - 0,02% de sulfato de magnésio; e
- 0,005% de sulfato de manganês;
conforme descrito acima nesta invenção, foi incubado com células de Lactobacillus sp. em um volume total de 1000 L sob agitação durante 18 horas a 39°C e pH inicial de 7,2. Para uma produtividade na faixa de 3,0 Kg/h foi necessária a adição de 120 L de solução aquosa de NaOH a 7,5N, para que o pH do meio se mantivesse em 7 , 2. O volume acrescido causou, portanto, um aumento de 12% no volume total do meio de cultura. Assim, foi preciso retirar do meio de cultura 120 L a mais do que o necessário em uma etapa posterior de separação do produto formado, a saber: ácidos orgânicos e sais destes ácidos orgânicos. Este aumento no volume gerou, consequentemente, um aumento de 12% no consumo de energia do processo que, para as condições acima, equivale a 75, 4 KW/h em uma planta de produção diária de 72 Kg de ácido orgânico. Desta forma, fica claro neste Exemplo que o consumo energético total do processo de fermentação é de aproximadamente 1,05 KW/h por quilograma de ácido produzido .
Exemplo 2
Este Exemplo é ilustrativo do processo da invenção.
Um caldo de fermentação tipo MRS, conforme apresentado no Exemplo 1 deste documento, composto de acordo com o descrito no Exemplo 1 e incubado com o mesmo tipo de células em um volume de 1000 L sob agitação durante 18 horas, a 39°C e pH inicial de 7,2 para que seja mantida a produção na faixa de 3,0 Kg/h, necessitou que uma quantidade equivalente a 120 L do volume reacional fosse retirada, filtrada e alcalinizada com 36 Kg de NaOH e, então, realimentada ao meio reacional, ocorrendo com um gasto de energia equivalente a 0,67 KW/h incluindo todas as etapas de transporte (bombas), filtragem, dosagem, monitoramento e controle do processo. De acordo com o presente Exemplo verifica-se que a quantidade global de energia economizada em uma planta para a produção de 72 Kg de ácido orgânico por dia será de aproximadamente 74,7 KW/h, levando a um consumo energético de 1,03 KW/h por quilograma de ácido produzido. Ou seja, com 11,8% de economia no consumo de energia em um subsequente processo de separação e purificação do meio de produção.
Exemplo 3
Este Exemplo ilustra a substancial economia de energia provida pelo processo da invenção quando aplicado a um sistema de vários reatores.
0 sistema de retirada, filtragem e alcalinização do caldo fermentativo foi conectado a um conjunto de 4 (quatro) reatores fermentativos (1.1, 1.2, 1.3 e 1.4) conforme apresentado na Figura 3 do presente relatório. Os reatores foram postos em operação com uma diferença de 6 horas entre o inicio de cada processo, de modo que o caldo retirado de um fermentador pudesse ser utilizado em outro fermentador, levando a uma diminuição proporcional do volume circulante no processo de alcalinização equivalente a 7,5% do volume total incubado nos quatro reatores, frente aos 12% utilizados no sistema com um único reator. Considerando uma produção total de 12,0 Kg/h, o gasto de energia total do processo foi o equivalente a 1,65 KW/h incluindo todas as etapas de transporte (bombas) , filtragem, dosagem, monitoramento e controle do processo. De acordo com o presente Exemplo verifica-se que a quantidade total de energia economizada em uma etapa subsequente de purificação devido à diminuição do volume em um processo para produção de 288 Kg de ácido orgânico por dia será de 113 KW/h, levando a uma taxa de gasto energético da ordem de 0,4 KW/h por quilograma de ácido produzido. Ou seja, com 37,5% de economia no consumo de energia do processo como um todo.

Claims

REIVINDICAÇÕES
1. Sistema de correção de acidez a volume constante de meios fermentativos para a produção de ácidos orgânicos caracterizado por compreender:
a) pelo menos um fermentador (1) dotado de um sensor
(Pl) para determinação em tempo real do pH do meio fermentativo;
b) um módulo de filtração (2);
c) uma primeira bomba (BI) para bombear caldo fermentativo, corrente (A), do dito fermentador (1) para o dito módulo de filtração (2);
d) um vaso (3) para adição de base dotado de um elemento dosador (4) de base;
e) uma segunda bomba (B2) para bombear a fração de caldo fermentativo basificada, corrente (D) , de retorno ao fermentador (1); e
f ) um trocador de calor (5) ,
em que as proporções volumétricas de solução alcalina para correção de pH a serem adicionadas à fração retirada do fermentador são estabelecidas por um controlador (CT) conectado ao dito pelo menos um sensor (Pl), a dita primeira bomba (BI), ao dito elemento (4) dosador de base, à dita segunda bomba (B2) e ao dito trocador de calor (5) via as linhas (LI), (L2), (L3), (L4) e (L5) , respectivamente.
2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o módulo de filtração (2) é dotado de elemento filtrante.
3. Sistema, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o diâmetro de poros do dito elemento filtrante está entre 0,5 e 5 μτη.
4. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o diâmetro de poros do dito elemento filtrante é preferencialmente de 1 μιη.
5. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 2 a 4 , caracterizado pelo fato de que o elemento filtrante é do tipo filtro bolsa compreendendo membranas microestruturadas com sistema de filtração tangencial .
6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma quantidade de até 12% do volume do meio fermentativo contido no fermentador (1) é retirada com o auxilio da bomba (BI) para ser alcalinizada .
7. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ser operado de forma continua.
8. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ser utilizado na produção de ácidos orgânicos.
9. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o ácido orgânico é ácido lático .
10. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um único sistema de filtração, alcalinização e ajuste de temperatura é utilizado em um conjunto de pelo menos dois fermentadores operando continuamente ou em batelada.
11. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de compreender pelo menos dois conjuntos de fermentadores (1.1, 1.2, 1.3 e 1.4) em série operando continuamente, enquanto diferentes bateladas nos diferentes fermentadores são realizadas alternadamente.
12. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de receber as correntes Al, A2, A3 e A4 através de um divisor de fluxo (DV1) conectado ao elemento central de controle (CT) através de uma linha (L6) de modo a controlar os fluxos de saida dos meios fermentativos contidos nos fermentadores (1.1), (1.2), (1.3) e (1.4) .
13. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de subdividir a corrente (C) através de um divisor de fluxo (DV2) conectado ao elemento central de controle (CT) através de uma linha (L7) de modo a controlar os fluxos de entrada dos resíduos sólidos nos fermentadores (1.1), (1.2), (1.3) e (1.4).
14. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de subdividir a corrente (D) através de um divisor de fluxo (DV3) conectado ao elemento central de controle (CT) através de uma linha (L8) de modo a controlar o fluxo de entrada de caldo basificado nos fermentadores (1.1), (1.2), (1.3) e (1.4) para fornecer a quantidade adequada do referido caldo para cada fermentador (1.1), (1.2), (1.3) e (1.4) em um determinado tempo do processo .
15. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que os fermentadores (1.1), (1.2), (1.3) e (1.4) são munidos de elementos sensores (Pl.l), (PI.2), (PI.3) e (PI.4) conectados ao dito elemento de controle (CT) através de uma linha (L9) de modo a monitorar em tempo real o pH do meio reacional de cada um dos ditos fermentadores.
16. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de funcionar de modo que enquanto a corrente (Al) que deixa o fermentador (1.1) é dirigida via (DV1) para o módulo de filtração (2) para ser submetida à separação gerando a corrente (C) de meio fermentativo a ser retornada ao fermentador (1.1) e a corrente (B) contendo ácido orgânico que terá o pH corrigido pela solução básica no vaso (3), os fermentadores (1.2), (1.3) e (1.4) estão inativos ou em um outro momento do processo que não exija correção por adição de solução alcalina.
17. Processo de correção de acidez a volume constante em meios fermentativos a ser efetuado com o auxilio do sistema conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 16 caracterizado por compreender as etapas de:
a) determinar o pH do meio fermentativo com o auxilio de um sensor (PI) instalado no pelo menos um fermentador (1);
b) dirigir, com o auxilio de uma bomba (BI) , via corrente (A), até 12% do volume do dito fermentador (1) em direção a um módulo de filtração (2) para filtrar a dita corrente (A) , obtendo uma corrente de filtrado (B) e uma corrente (C) de sólidos retidos;
c) recircular os sólidos retidos no dito elemento filtrante via corrente (C) para o dito pelo menos um fermentador (1) de modo a manter a concentração dos microorganismos constante no meio fermentativo enquanto a corrente de filtrado (B) é dirigida para um vaso (3) dotado de um elemento (4) dosador de base para corrigir o pH da fração de meio fermentativo retirada do dito fermentador (1), obtendo uma corrente (D) de meio fermentativo com pH corrigido; e
d) dirigir, com o auxilio de uma bomba (B2), a dita corrente (D) de meio fermentativo com pH corrigido para um trocador de calor (5) e deste para o pelo menos um fermentador (1), reiniciando o ciclo,
em que o controlador (CT) possibilita que a vazão de saída do fermentador (1), a quantidade de base adicionada à solução no dito vaso de adição (3) e a vazão de retorno da solução alcalina, corrente (D), ao dito fermentador (1) sejam apropriadas e estejam de acordo com a necessidade de ajuste do pH do meio em um dado momento do processo de produção de ácido orgânico.
18. Processo, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de utilizar KOH, NaOH, Ca(OH)2, NH4OH no vaso (3) para corrigir o pH do caldo fermentativo.
19. Processo, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de utilizar hidróxido de sódio no vaso (3) de adição de base.
20. Processo, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de ser utilizado na produção de ácidos orgânicos.
21. Processo, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o ácido orgânico é ácido lático .
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