Desenvolvimento de uma
nova tipologia de biocorantes
para tingimento sustentável
Projeto
Num contexto em que os consumidores/utilizadores finais estão cada vez mais informados e conscientes do impacto ambiental dos seus estilos de vida e padrões de consumo, é muito importante que o sector industrial, no caso específico as indústrias químicas e têxtil, colaborem e em conjunto encontrem soluções tecnologicamente avançadas que vão de encontro a esta ambição.
O projeto BIOCOLOUR tem como objetivo a investigação e o desenvolvimento para a obtenção de corantes para aplicação nos processos de ultimação têxtil, nomeadamente tingimento e estampagem, recorrendo aos processos metabólicos bacterianos para a bioprodução desses mesmos corantes. Complementarmente, com este projeto, espera-se obter processos de tingimento e estamparia com redução de efluentes contaminados, como resultado da elevada biodegradabilidade dos biocorantes a desenvolver, contribuindo desta forma para a redução de processos de descontaminação dos efluentes industriais.
O presente projeto passa, assim, por atingir os seguintes marcos de investigação e desenvolvimento:
I. Nova abordagem biotecnológica para a obtenção do biocorante;
II. Elevado desempenho e funcionalização do biocorante aos substratos têxteis;
III. Reprodutibilidade e uniformidade do processo em vários tipos de substratos;
IV. Desenvolvimento de protótipos com aplicação prévia de processo de tingimento e/ou estamparia, e validação dos mesmos.
V. Estudo das condições de Scale-up.
O projeto reúne um consórcio com capacidades complementares, o que contribuirá para dar resposta aos desafios da investigação proposta.
A empresa promotora AQUITEX pretende apostar fortemente numa estratégia de investigação que conduza à adoção de uma política sustentável, assente numa aposta constante e contínua em matérias-primas e produtos bio produzidos e ecológicos.
A solução BIOCOLOUR pretende, assim, responder às necessidades prementes da indústria têxtil, no que respeita à obtenção de novas tipologias de corantes sustentáveis, mas que ao mesmo tempo, possam responder às características e desempenho dos corantes sintéticos, para a produção de têxteis coloridos, com impacto reduzido no ambiente e na saúde humana.
É conhecido o potencial que existe na geração de cor e de um abrangente espectro de funcionalidades, a partir da biotecnologia, no que diz respeito à via metabólica de determinados microrganismos, no caso específico a partir de bactérias como é o caso da E. Coli.
As principais vantagens de inovação proposta na investigação deste projeto são comparativamente aos corantes/pigmentos sintéticos, o seu baixíssimo impacto ambiental, no respeitante ao consumo de recursos materiais e energéticos, poluição do meio ambiente e não toxicidade dos efluentes resultantes (Gulzar et al., 2019). Em simultâneo, a produção de corantes a partir de microrganismos, bactérias e/ou fungos, apresenta benefícios em comparação a alternativas naturais de origem vegetal pela sua independência a limitações sazonais e condições climatéricas, bem como o crescimento rápido de algumas substâncias e por isso com rendimentos biológicos e aplicação consequente a nível industrial muito mais elevados (Pankaj & Kumar, 2016). A aplicação de biocorantes em substratos têxteis é uma área de investigação emergente (Liu, N. et al. 2020), mas com um potencial elevado para responder às necessidades prementes do setor têxtil e moda, em termos de sustentabilidade.
No entanto, existem ainda limitações a ultrapassar quer ao nível da sua extração, do rendimento para a sua aplicação industrial, quer ao nível da sua compatibilidade com os distintos substratos têxteis de origem natural, artificial ou sintética, que serão o enfoque das atividades de I&D do projeto BIOCOLOUR. Efetivamente, a relutância da indústria têxtil em utilizar corantes distintos dos sintéticos, utilizados até ao momento na sua maioria, relaciona-se precisamente com o facto
dos compostos não sintéticos não apresentarem ainda garantias em termos de qualidade e funcionalidade têxtil (ex. níveis de solidez da cor à luz, durabilidade da cor, nomeadamente solidez à lavagem, solidez à transpiração), o que tem inviabilizado na prática a aplicação de corantes obtidos por processos alternativos na indústria têxtil em geral. Pretende-se, assim, inverter este paradigma com a realização do presente projeto.
O projeto BIOCOLOUR contribuirá para a investigação e desenvolvimento de uma nova tipologia de biocorantes, permitindo validar a sua aplicação na indústria têxtil, com o objetivo de substituir a utilização de corantes sintéticos. Complementarmente, com este projeto, espera-se obter processos de tingimento e estampagem com redução de efluentes contaminados, como resultado da elevada biodegradabilidade dos biocorantes a desenvolver, contribuindo desta forma para a redução de processos de descontaminação dos efluentes industriais.
Os principais objetivos do projeto assentam nas seguintes vertentes:
I. Obtenção de Biocorantes, resultantes da investigação dos processos metabólicos de microrganismos que potencialmente excretam substâncias cromóforas, tendo por base a via metabólica de E.coli que proporciona a obtenção de Licopeno, biocorante de cor vermelha presente no tomate, melancia, e outros frutos vermelhos;
II. Investigação de novas abordagens de processos metabólicos de outros microrganismos que proporcionem a obtenção de substâncias de cromóforos análogos, mas que correspondam a outras cores e não só o vermelho, tendo sempre como base a bio produção de corante.
III. Estudo das abordagens de aplicação das formulações obtidas, em processos de tingimento por esgotamento e impregnação (descontínuo e contínuo) e em processo de estamparia. Neste contexto, pretende-se também a realização de um estudo e caracterização exaustivos, para verificação da solidez às principais condicionantes do ciclo de vida dos produtos têxteis coloridos (nomeadamente exposição à luz, à lavagem, à transpiração); com objetivo de satisfazer parâmetros
de qualidade e desempenho em função da origem dos distintos substratos têxteis.
IV. É ainda objetivo na obtenção dos biocorantes com potencial de coloração, garantir um impacto ambiental, económico e social mínimo. Esta garantia será também dada pelo estudo e recurso a tecnologias de análise do efluente têxtil gerado, após a realização de cada um dos referidos processos têxteis industriais (tingimento e estampagem), verificando a ausência de toxicidade, carcinogénese e mutagénese nas substâncias coradas presentes nas águas residuais têxteis.
Obetivos específicos
Pilar de I&D
Objetivos específicos de I&D
Objetivos SMART
Investigação do processo metabólico para a obtenção do biocorante
No âmbito deste pilar, a investigação incide no Estudo e Desenvolvimento de uma estratégia de base microbiológica para a produção de biocorantes nos seguintes espetros:
– Vermelho
– Amarelo
– Azul
Assim, a investigação deste pilar passa por determinar e estudar estratégias de engenharia metabólica de microrganismos, em especial bactérias, mas também eventualmente fungos, de modo a otimizar o rendimento de produção de biocorantes, com cromóforos nas gamas de cores identificadas. O 1º microrganismo de base que será investigado será a E. Coli, sendo que será investigada a abordagem metabólica a aplicar a este microrganismo.
Depois de estabilizada esta abordagem, serão também investigados outros microrganismos, de acordo com as cores e substratos têxteis a alvejar.
De referir que esta fase comporta importantes desafios cientifico-tecnológicos, uma vez que a aplicação de biocorantes em substratos têxteis é uma área de investigação emergente (Agha et al. 2019).
Assim, e apesar dos princípios básicos de processos de tingimento e estamparia poderem ser aplicados, a diversidade e caraterísticas ímpares dos biocorantes levam à necessidade de uma abordagem individual, de acordo com a substância corantes, produtos auxiliares, origem do tipo de fibra do substrato têxtil e parâmetros dos processos empregues.
– Determinação das estirpes microbiólogas ótimas para o desenvolvimento dos biocorantes;
– Obtenção de estratégias para bioprodução de biocorantes, alternativas de fonte de carbono, por ex: glicose ou ácidos gordos e hidrolisados presentes no óleo de cozinha usado.
Estudo das condições de produção do biocorante
Neste pilar de I&D, os principais objetivos visam:
A primeira fase, será a determinação das condições ótimas de produção do biocorante a escala laboratorial. Neste contexto, será necessário o estudo e combinação de diferentes fatores/variáveis, nomeadamente:
– pH
– Temperatura
– Pressão
– Propriedades fotoquímicas e fotofísicas do biocorante.
Após a estabilização destas condições, o objetivo será o estudo e definição dos critérios para passar a produção dos biocorantes à escala piloto, com base não só no rendimento do processo de produção do biocorante, mas tendo também em consideração o espetro de absorção, absortividade molar, estabilidade química e suscetibilidade à fotodegradação do biocorante.
Os principais desafios científicos-tecnológicos residem na fase do estudo das condições laboratoriais, de forma a maximizar condições de rendimentos e estabilidade do biocorante, aquando da passagem para escala piloto.
– Determinação das condições ótimas do meio de cultura microbiológica para produção do biocorante: pH do meio, condições de pressão e temperatura, entre outros;
– Otimização dos níveis de rendimento de produção microbiológica na escala laboratorial, para a passagem para escala piloto;
– Obtenção de biocorantes nos seguintes espetros: Vermelho; Amarelo e Azul.
Investigação do processamento dos biocorantes no substrato têxtil
Este pilar de investigação visa estudo da funcionalização/processamento dos biocorantes nos substratos têxteis. O objetivo é compreender o desempenho dos biocorantes obtidos na aplicação a processos de tingimento e estampagem.
Neste âmbito, esta investigação será desenvolvida em ambiente laboratorial, incluindo as simulações dos processos têxteis. Depois de estabilizada as condições, o projeto prosseguirá para a fase seguinte, com o desenvolvimento de protótipos e ensaios à escala real/industrial.
Este pilar de investigação irá ocorrer em paralelo com o pilar anterior, sendo que neste âmbito os principais objetivos específicos da investigação passam por:
1. Estudo da afinidade do biocorante obtido a diferentes substratos têxteis tendo por base as distintas origens e suas características dos mesmos, conforme detalhado na secção do conceito.
2. Avaliação de diferentes metodologias de tingimento
3. Estudo do desempenho do biocorante, ao nível de:
a. Solidez à lavagem e estabilidade da cor;
b. Avaliação da solidez à transpiração e aos vários tipos de luz;
c. Análise da resistência ao atrito;
d. Avaliação da intensidade e saturação da cor
4. Estudo e Avaliação dos efluentes gerados.
Conforme será devidamente apresentado no conceito e solução proposta, serão testados diferentes métodos e substratos têxteis. Os principais desafios de ordem científica e tenológica residem na obtenção de biocorantes com um nível de desempenho elevado, garantindo as propriedades de fixação aos substratos.
– Estabilização da afinidade do biocorante com o substrato têxtil.
– Avaliação do processo de intensidades de saturação de cor, fixação/solidez do biocorante ao substrato têxtil.
– Demonstração da elevada biodegradabilidade do efluente têxtil gerado, com ausência de toxicidade, e de substâncias carcinogénicas ou mutagénicas
Desenvolvimento de protótipos e validação
No âmbito deste pilar, os principais objetivos técnico científicos do projeto visam:
– Produção de protótipos de peças têxteis com a aplicação dos biocorantes desenvolvidos (através das infraestruturas disponíveis na AQUITEX e end-user – parceiro ACATEL);
– Realização de testes e ensaios de validação; – Estudo das condições de Scale-up.
– Obtenção de protótipos com a paleta de cores dos biocorantes alcançados na investigação proposta, para aplicação das indústrias dos setores de vestuário e moda;
– Propor a implementação à escala industrial dos processos produção de biocorantes no sentido de alcançar processos mais eficientes do ponto de vista tecnológico e económico nas indústrias têxteis e do vestuário, com impactos muito reduzidos no ambiente e na saúde humana.
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