Ácido láctico a partir de subprodutos vitivinícolas

O PROJETO BIOVINO OBTEVE ÁCIDO LÁCTICO A PARTIR DE SARMENTOS E BORRAS DE VINHO

O que é o ácido láctico?

O ácido láctico é um ácido orgánico de três átomos de carbono que está presente na natureza e em diversos alimentos como o iogurte, a massa de pão, os pickles e o vinho. Este ácido é produzido em fermentações realizadas principalmente por bactérias da ordem dos Lactobacillalos e Bacillalos. Neste processo fermentativo, os açúcares são transformados em ácido láctico.

Para que serve o ácido láctico?

O ácido láctico utiliza-semaioritáriamente na indústria alimentar comoacidificante, conservante, aromatizante, emulsionante e regulador do pH. Além disso, é utilizado na indústria cosmética pelas suas propriedades hidratantes, exfoliantes e antimicrobianas. O seu uso na indústria química como produto base permite a síntese de acetaldeído, ácido acrílico ou lactato de etilo, entre outros compostos. Aliás, o ácido láctico é a matéria-prima para fabricar um bioplástico: o ácido poliláctico (PLA).

Os ramos de poda: um subproduto vitivinícola lenhocelulósico

Os ramos são o subproduto vitivinícola mais importante quanto ao volume gerado, já que representam 93% dos resíduos sólidos originados na vitivinicultura e a sua produção é de 1,4-2,0 t/ha. Segundo a FAO, no ano de 2019 a superfície dedicada a vinhas foi de 936.890 ha em Espanha e 178.780 ha em Portugal. Espanha e Portugal ocupam os lugares primeiro e décimo a nível mundial, respectivamente, em termos de área dedicada ao cultivo vitivinícola.

Os ramos, enquanto biomassa vegetal lenhocelulósica, são compostos principalmente por celulose, hemicelulose e lenhina. A celulose e a hemicelulose são fibras de natureza polissacarídea, isto é, são cadeias longas de monómeros de açúcares. Os elos destas cadeias podem separar-se através de um pré-tratamento físico-químico ou enzimático, libertando assim os açúcares que as compõem (glucose, xilose, arabinose, etc.).

O que são as borras de vinho?

As borras são um resíduo líquido e viscoso composto por água e materiais decantados durante a fermentação do vinho. Este resíduo equivale a 1,5% do peso da uva processada e possui uma quantidade importante de leveduras. Além disso, contêm cerca de 10 g/L de azoto total (NT), e por isso, poderiam utilizar-se como fonte de azoto orgânico para diversos processos microbianos.

Produção de ácido láctico a partir de ramos de poda e borras de vinho

No projeto Biovino foi investigado o uso dos ramos como fonte de açúcares para obter ácido láctico por fermentação, utilizando borras de vinho como único suplemento alimentar dos microrganismos durante este processo fermentativo.

Os ramos continham 49 % de hidratos de carbono, incluindo 33 % de celulose e 11 % de hemicelulose. Primeiramente, foram avaliados vários pré-tratamentos (ácidos e alcalinos), seguidos de uma hidrólise enzimática, para libertar os açúcares da biomassa. Adoptou-se um pré-tratamento com H₂SO₄, o qual, através de um processo de optimização estadística, permitiu obter um caldo com 40 g/l de açúcares e baixas concentrações de inibidores da fermentação (ácido acético, ácido fórmico ou furfural).

Seguidamente, esse caldo foi fermentado com três estirpes diferentes de bactérias: uma da espécie Bacillus coagulans e duas da espécie Geobacillus stearothermophilus. Todas elas se caracterizam pela sua capacidade de crescer a altas temperaturas (50-60 °C) e pelos seus requisitos nutricionais pouco exigentes.

Os melhores resultados foram obtidos com a estirpe da espécie Bacillus coagulans. Para começar, utilizou-se extrato de levedura como fonte de azoto e comprovou-se que Bacillus coagulans obtinha 29,8 g/l de ácido láctico, o que supõe um rendimento de 93 %. Finalmente, o extrato de levedura foi substituído por um concentrado de borras de vinho, tanto tinto como branco. Ambos ostipos de borras registaram elevada eficiência como fonte de azoto na fermentação dos hidrolizados de ramos, já que B. coagulans conseguiu produzir 29,2 g/l de ácido láctico com as borras de vinho tinto e 29,1 g/l de ácido láctico com as borras de vinho branco depois de 24 h de fermentação.

Conclusões

Embora as concentrações de ácido láctico obtidas (~30 g/l) não sejam muito atraentes do ponto de vista industrial, o processo de optimização do pré-tratamento dos ramos permitiu obter um caldo diretamente fermentável. A estirpe termotolerante B. coagulans tem características interessantes, como a capacidade de crescer em ambientes aeróbios não estéreis, a facilidade para usar borras como fonte de azoto ou a alta proporção do isómero L(+) na produção de ácido láctico (este isómero é o utilizado na indústria alimentar).

Mais informação

Link para o artigo na revista: https://doi.org/10.1007/s00253-021-11693-1.

Link para o repositório de acesso aberto (prepublicação): https://doi.org/10.5281/zenodo.5723325.