Produção de exopolissacarídeos por Ensifer meliloti em frascos agitados e biorreator de bancada : condições de processo e caracterização parcial do biopolímero

Autor: Jandler Trocado dos Santos

Exopolissacarídeos (EPS) são biopolímeros produzidos de forma extracelular por diversos micro-organismos. Dentre os grupos de bactérias que produzem EPS, destacam-se as diazotróficas, que são responsáveis pela fixação do nitrogênio atmosférico. Tais macromoléculas possuem características físico-químicas que as permitem ser utilizadas em diversas aplicações industriais como floculantes, sorventes, agentes gelificantes e espessantes. Por outro lado, para viabilizar a produção de EPS, torna-se interessante o uso de substratos de baixo custo como fonte de nutrientes no meio de cultivo, como o melaço de soja, que contém carboidratos, lipídios, proteínas, minerais e vitaminas. Neste contexto, em relação à composição dos meios de cultivo, e considerando a complexa composição do melaço de soja, se faz necessária a avaliação das concentrações das fontes de carbono e nitrogênio para aumentar a produção do biopolímero. Além disso, para produção em biorreatores de bancada ou escalas maiores, é importante avaliar as condições de aeração e agitação, tendo em vista que são importantes para mistura e difusão de oxigênio. Portanto, os objetivos principais deste trabalho foram: estabelecer as melhores concentrações de melaço de soja e extrato de levedura em cultivo em frascos agitados para produção de EPS por Ensifer meliloti SEMIA 135; avaliar os efeitos da aeração e agitação em biorreator de escala de bancada visando à produção de EPS; e caracterizar parcialmente o bioproduto formado em termos de propriedades reológicas, térmicas e características estruturais. Os resultados obtidos indicam que as concentrações de melaço de soja e extrato de levedura que resultam na maior produção de EPS são, respectivamente, 30 g/L e 0,4 g/L, resultando em 7,3 g/L do biopolímero. Além disso, o incremento do coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (kLa) pelo aumento da aeração de 0,5 para 2 vvm (mantendo a agitação em 100 rpm) eleva a produção de biomassa e EPS, mas quando a agitação é incrementada (300 rpm), apesar do aumento do kLa, ocorre diminuição da produção. Desta forma, a condição de aeração e agitação que resultou na maior produção foi de 2 vvm e 100 rpm, resultando em 7,61 g/L de EPS. Em termos de características estruturais, o EPS apresentou massa molar ponderal média de 1,532 x 10^8 Da, grupos funcionais característicos de EPS provenientes de outras bactérias diazotróficas, presença de nitrogênio provavelmente associada a proteínas e caráter polianiônico evidenciado pelo potencial zeta negativo, com tendência de neutralização das cargas negativas com a acidificação do meio de dispersão. O biopolímero apresentou comportamento reológico pseudoplástico na faixa de pH de 2 a 7 e na concentração de 0,5 a 3 % (m/v), seguindo o modelo de Herschel-Bulkley, caracterizado por apresentar tensão inicial de escoamento, enquanto a temperatura de degradação térmica ficou em torno de 285 °C, mostrando o potencial de sua aplicação em diferentes áreas, como alimentícia e biotecnológica. O EPS produzido e parcialmente caracterizado pode vir a ser aplicado em formulações de produtos distintos, que necessitem de características de fluídos de Herschel-Bulkey e comportamento polianiônico em pH neutro, sendo capaz de resistir a processamentos térmicos sem perder suas propriedades.

Link para acesso: Texto completo