Analytica 90

Em foco Científico
Gerenciando a complexidade
da produção microbiana de biocombustíveis
com a informática integrada
Barbara van Cann
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REVISTA ANALYTICA - AGO/SET 17
A produção de biocombustíveis
sofreu uma revolução nas
últimas décadas. Os processos
mais recentes que dependem de
micro-organismos geneticamente
modificados para quebrar a biomassa
estão ajudando a produzir
uma vasta gama de combustíveis
de forma mais eficiente a partir
de um conjunto de matérias-primas
mais amplo.
Veja, por exemplo, o butanol.
É um biocombustível de cadeia
superior considerado por alguns
como uma alternativa mais adequada
a longo prazo ao etanol,
que está atualmente na base
da indústria de biocombustíveis
dos EUA. Suas propriedades físicas
mais favoráveis, tais como
um teor de energia mais elevado,
uma menor solubilidade em
água e um potencial para ser
usado em proporções de mistura
de gasolina mais elevadas, garantem
uma série de vantagens
em relação ao etanol como um
substituto da gasolina.
Vários micro-organismos anaeróbicos,
como o Clostridium acetobutylicum,
são extremamente
conhecidos por produzir álcoois de
cadeia superior, como o butanol,
enquanto produtos provenientes
do metabolismo do açúcar. Entretanto,
estes processos se mostraram
bastante ineficientes para
serem comercialmente viáveis . Os
recentes avanços na engenharia
metabólica e genética de estirpes
da bactéria E. Coli tornaram possível,
atualmente, produzir uma vasta
gama de biocombustíveis alternativos
através de processos altamente
otimizados e comercialmente
viáveis (1).
Porém, embora os processos
de produção de biocombustíveis
com base em microbiologia avançada
possam ser mais eficientes
e fornecer um maior rendimento
do produto em comparação com
as abordagens convencionais,
eles são consideravelmente mais
difíceis de gerenciar. Os desafios
adicionais que os processos de microbiologia
avançada apresentam
em relação ao controle de qualidade,
à eficiência de produção e
conformidade regulatória, atribuem
maior importância à informática
especializada e ao gerenciamento
de dados. Soluções de informática
integrada, com base em Sistema
de gerenciamento de informações
de laboratório (LIMS) e Sistema
de dados de cromatografia (CDS),
estão ajudando os produtores de
biocombustíveis avançados a gerenciar
esta complexidade e a garantir
processos fiáveis, seguros e
eficientes.
Mais dados, menos tempo de
inatividade
Enquanto as fermentações baseadas
na levedura usadas para
produzir etanol a partir de estoques
de matérias-primas de primeira geração
exigiam relativamente pouco
em relação ao monitoramento de
reação, os micro-organismos geneticamente
modificados usados
nos atuais processos de produção
de biocombustíveis avançados
são muito mais sensíveis a fatores
ambientais. As toxinas presentes
nas matérias-primas, ou aquelas
geradas durante o pré-tratamento
da biomassa, podem inibir a fermentação,
limitando, portanto, a
eficiência do processo. Até mesmo
variações na temperatura ou no pH
podem potencialmente matar as
bactérias, causando a interrupção
da produção.
Para minimizar estes riscos, os
produtores de biocombustíveis
dependem de um conjunto de
tecnologias analíticas de alto desempenho,
tais como a espectroscopia
de infravermelho próximo
(NIR), cromatografia gasosa (GC),
cromatografia iônica (IC), cromatografia
líquida (LC) com detecção
por aerossol carregado (CAD) ou
espectrometria de massa (MS) e
a espectrometria de massa por
plasma acoplado indutivamente
(ICP-MS), para realizar verificações
de qualidade ao longo da
produção de biocombustíveis,
desde o monitoramento da fermentação
e da caracterização da
matéria-prima até o controle de
qualidade do produto final.
No entanto, este intenso controle
do processo produz dados em
grande escala. Quando bem gerenciados,
estes dados possuem o