André Delano Domingos Cavalcanti, Santana, Maria Helena Andrade, 1951, Azzoni, Adriano Rodrigues, Zanin, Gisella Maria, Prata, Ana Silvia, Bastos, Reinaldo Gaspar, Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Química, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, and UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Orientador: Maria Helena Andrade Santana Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: O ácido hialurônico (AH) é um polieletrólito natural, presente amplamente na natureza em todos os tecidos humanos e animais (como pele, fluido sinovial e humor vítreo do olho) e também em bactérias, especialmente nos Streptococci. O AH é um produto de alto valor agregado, de grande interesse das indústrias de cosméticos e médica. A grande maioria dos trabalhos na literatura apenas apresentam as condições operacionais e o resultado final da purificação do AH, sem a demonstração de quaisquer estudos sobre as especificações das operações utilizadas. O aprofundamento do conhecimento sobre os fenômenos envolvidos nas etapas de um processo de purificação permite localizar condições operacionais de melhor desempenho, e otimização do processo global. Neste trabalho foi estudada a purificação do AH produzido por Streptococcus zooepidemicus em meio composto somente por glicose e peptona de soja. O foco principal foram os estudos da precipitação e posteriormente o processo integrado com a adsorção como etapa seguinte, visando-se estabelecer uma sequência de duas etapas para obtenção de alto nível de pureza do AH. Tendo a precipitação como principal operação nos processos de purificação do AH, a performance da operação e o comportamento do AH de acordo com a variação de parâmetros operacionais são melhor compreendidos com o presente trabalho, além da alta pureza atingida com um processo simples. Os parâmetros operacionais estudados na precipitação do AH com etanol e isopropanol foram: proporção solvente:caldo, pH e presença de cloreto de sódio (NaCl). A massa molar, tamanhos de partícula, potencial zeta e tensão superficial foram caracterizados, de forma a entender o comportamento da operação. Os melhores resultados para a precipitação com etanol foram obtidos na proporção de 2:1 etanol:caldo (v/v). Na ausência de NaCl, foram obtidas pureza de 55,0±0,2% e recuperação de 85,0±0,7% a pH 4, enquanto na presença de NaCl, pureza de 59,0±3,0% e recuperação de 89,0±5,0% foram obtidas a pH 3, enquanto que a pH 7 foram obtidas pureza de 59,0±0,9% e recuperação de 82,0±4,0%. Para a precipitação com IPA, os melhores resultados foram novamente obtidos na proporção solvente:caldo de 2:1 (v/v). No pH 3, foi obtida pureza de 79,0±1,8% e recuperação de 76,0±6,6%, enquanto no pH 7 foi obtida 74,0±2,7% de pureza e 72,0±7,5% de recuperação. Esses resultados foram diretamente relacionados com as variáveis operacionais e propriedades físico-químicas, além das condições iniciais do caldo, em especial as concentrações de AH e proteína. Por fim, o processo integrado apresentou pureza de 90,2±0,7% e recuperação global de 51,8±5,0% em apenas duas etapas, com manutenção da integridade da alta massa molar. Esses resultados são relevantes para obtenção de AH de alta pureza produzido por fermentação em processo de somente duas etapas. O entendimento do comportamento do AH nas etapas estudadas possibilita estudos posteriores de otimização e/ou adição de etapa complementar para que o grau médico de pureza para o AH injetável (> 99%) seja atingido Abstract: Hyaluronic acid (HA) is a natural polyelectrolyte, ubiquitous in human and animal tissues (skin, synovial fluid and eye¿s vitreous humor), and also in bacteria, specially at Streptococci. HA is a valuable material, with interest from cosmetics and medical industries. Even though there were successful results in various purification sequences, most of these works have not explored how the parameters and conditions of each operation would influence on its performance. A deeper knowledge about the involved phenomena allows to find improved operational conditions, leading to the optimization of the global process. In the present work, the main goal was to study the purification of HA produced by Streptococcus zooepidemicus in a medium containing only glucose and soy peptone. The study focuses on precipitation studies, with later integration with the adsorption operation as a second step, aiming to establish a simple sequence to obtain a highly purified HA. As precipitation is the main operation in the HA purification processes, the operational performance and HA behavior according to the parameters are better comprehended in this work, added to the high purity obtained in a simple process. Precipitation with etanol and isopropanol (IPA) was studied according to operational parameters, solvent:broth proportion, pH and sodium chloride (NaCl) presence. The molar mass, particle size, zeta potential and surface tension were characterized, in order to understand the operational behaviour. The best results of ethanol precipitation were obtained at the 2:1 ethanol:broth proportion (v/v). Without sodium chloride (NaCl) at pH 4, a purity of 55.0±0.2% and a recovery of 85.0±0.7% were observed. Meanwhile, in NaCl presence, purities of 59.0±3.0% and 59.0±0.9% and recoveries of 89.0±5.0% and 82.0±4.0% were obtained in pH 3 and 7, respectively. With regard to isopropanol (IPA) precipitation, the better results were also obtained at the 2:1 proportion (v/v). At pH 3, a purity of 79.0±1.8% and recovery of 76.0±6.6% were obtained, while pH 7 presented a purity of 74.0±2.7% and recovery of 72.0±7.5%. These results were directly linked to the operational parameters and the physicochemical properties, and also with the initial broth conditions, specially HA and protein concentrations. At last, the precipitation-adsorption process showed a purity of 90.2±0.7% and a global recovery of 51.8±5.0% in only two steps, keeping HA high molar mass integrity. These results are relevant to obtain a highly purified HA from fermentation in only two steps. The understanding of HA behaviour in the studied operations allows later studies of optimization and/or adding a complementary step, aiming to reach the required purity to injectable HA (> 99%) Doutorado Engenharia Química Doutor em Engenharia Química CNPQ 142480/2014-2