Balanço material de uma planta industrial produtora de esporos de Metarhizium anisopliae por cultivo em estado sólido em biorreator de leito empacotado

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Ferreira, Daiane Bortolote
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Metarhizium anisopliae; Biorreator; Fluxograma de processo; Produção industrial; Balanço material; Viabilidade econômica; Bioreactor; Process flowchart; Industrial production; Material balance; Economic viability
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/11449/204882

O aumento expressivo previsto na necessidade produtiva dos esporos de Metarhizium anisopliae, apesar da sua produção ser ainda semi-artesanal, desperta o interesse pelo uso de biorreatores de cultivo em estado sólido como uma alternativa promissora para o aprimoramento tecnológico do processo. Pressupondo que questões técnicas e operacionais para ampliação de escala estejam resolvidas, este trabalho teve por objetivo estruturar e dimensionar, em termos de balanço material, o processo de produção industrial dos esporos do fungo M. anisopliae otimizados pelo emprego de equipamentos com destaque ao biorreator de leito empacotado para o cultivo em estado sólido. O processo de produção proposto é constante e comporta algumas etapas contínuas e em bateladas, de modo que o fluxograma de processo e a cronologia das etapas buscaram solucionar esta dificuldade. Os cálculos deste projeto baseiam-se na produção de esporos de duas biofábricas localizadas no interior de São Paulo, fundamentando-se na área, em hectares, de cana de açúcar beneficiada, no Brasil, pela aplicação dos esporos de M. anisopliae para combate da cigarrinha da cana-de-açúcar. Desta forma, adotou-se uma empresa de pequeno porte com capacidade produtiva de 6.1017 esporos/ano e outra de grande porte com capacidade produtiva 10 vezes superior. Os principais gargalos operacionais foram identificados e soluções apontadas e, a partir dos cálculos de fluxo de massa, a quantidade e capacidade nominal dos equipamentos propostos foram estabelecidas, detalhando-se estes equipamentos sempre que possível. Definiu-se a forma de esterilização dos substratos, através da operação contínua com a injeção de vapor saturado, e posterior resfriamento, ocorrendo em um tambor rotativo. Estabeleceu-se o cultivo submerso para a produção de inóculo em biorreatores agitados. A mistura e inoculação da biomassa foram configuradas para ocorrer continuamente em tambor rotativo. O cultivo em estado sólido para a produção dos esporos foi proposto em biorreatores de leito empacotado, instalando-se helicoide perfurado em seu interior para auxiliar no carregamento, descarregamento e estruturação da biomassa durante o cultivo, além de prover ar ao sistema. A extração dos esporos foi proposta em tambor rotativo acoplado a dois ciclones para captação dos esporos e a secagem, em outro conjunto de ciclones. Por fim, a formulação oleosa desenvolvida foi obtida em misturador. Para a empresa de pequeno porte são necessários 12 biorreatores de leito empacotado de 4 m3 , enquanto para a empresa de grande porte utilizam-se 36 biorreatores de 13,33 m3. O impacto do reuso do arroz foi avaliado observando-se com um único reuso uma redução de 44,3% de arroz a ser adquirido anualmente. A viabilidade econômica para emprego das modificações foi avaliada, tomando como parâmetro o Capital expenditure, onde as etapas de downstream correspondem a 58% dos custos diretos.