Investigação das condições de cultivo e da composição dos ácidos graxos de Xanthomonas spp. para identificação de marcadores de produção e qualidade das xantanas

Abstract

A goma xantana é um exopolissacarídeo microbiano com várias funções nas Xanthomonas spp. e grande variedade de aplicações industriais devido a alta solubilidade em água, emulsibilidade, suspensibilidade e espessamento. Apesar da goma xantana ser um dos principais polissacarídeos de origem microbiana comercializados no mundo, apresenta ampla heterogeneidade na composição e massa molecular, e consequentemente nas propriedades resultantes. Dessa maneira, nesse estudo foi investigada a composição de ácidos graxos celulares e o efeito de diferentes cepas e tempo de cultivo de Xanthomonas spp. com a finalidade de identificar marcadores de produção, composição e qualidade das gomas xantanas obtidas. As cepas de Xanthomonas axonopodis pv. manihotis 290, Xanthomonas campestris pv. mangiferaeindicae 645 e Xanthomonas campestris pv. campestris 1155 foram monitoradas durante 168 h de cultivo. A cada 24 horas, amostras de células e das gomas foram avaliadas por meio das análises de FTIR, DRX, viscosidade aparente, massa molecular, TGA, açúcares e ácidos, além da determinação do crescimento celular e consumo do substrato. As três cepas de Xanthomonas spp. apresentaram perfis qualitativos de ácidos graxos celulares semelhantes durante todo o cultivo, sendo os ácidos 16: 1n7 e 16: 0 os majoritários. Para todas as cepas estudadas, foram obtidas correlações significativas entre as razões desses ácidos graxos e as produções de goma xantana. Constatou-se também influência das características intrínsecas das cepas nas propriedades, produção e composição do polímero. A cepa X. campestris pv. campestris 1155 apresentou maior produtividade em 24 horas de cultivo (0,149 g L-1 h-1), mas com propriedades limitadas para aplicação industrial, tais como viscosidade e massa molecular. Por outro lado, a cepa Xanthomonas axonopodis pv. manihotis 290 apresentou comportamento inverso, porém, com maior produtividade apenas após 96h (0,039 g L-1 h-1). Não houve associação direta entre a composição de ácidos graxos e as propriedades das gomas sintetizadas. Com base na avaliação de alguns parâmetros cinéticos do cultivo, foi possível definir a cepa de Xanthomonas (290) e o tempo de cultivo (48h), associados a qualidade do exopolimero resultante. Pela primeira vez foi identicada uma relação direta entre ácidos graxos insaturados / saturados (I/S) celulares e a produção da goma xantana, o que permite a identificação de um possível marcador químico de produção desse biopolímero.

Xanthan gum is a microbial exopolysaccharide with various functions in Xanthomonas spp. and a wide variety of industrial applications due to its high water solubility, emulsifiability, suspensibility and thickening. Although xanthan gum is one of the main polysaccharides of microbial origin marketed worldwide, it presents wide heterogeneity in composition and molecular mass, and consequently in the resulting properties. In this way, this study investigated the composition of cell fatty acids and the effect of different strains of Xanthomonas spp. and time culture with the purpose of identifying production markers, composition and quality of xanthan gums obtained. Xanthomonas axonopodis pv. manihotis 290, Xanthomonas campestris pv. mangiferaeindicae 645 and Xanthomonas campestris pv. campestris 1155 strains were monitored for 168h of culture. At 24h, cell and gum samples were analyzed by FTIR, XRD, apparent viscosity, molecular mass, TGA, sugars and acids, as well as determination of cell growth and substrate consumption. The three Xanthomonas spp. strains presented qualitative profiles of cellular fatty acids similar throughout the culture, with the acids 16: 1n7 and 16: 0 being the major ones. For all strains studied, significant correlations were obtained between the ratios of these fatty acids and xanthan gum production. It was also verified the influence of the intrinsic characteristics of the strains on the properties, production and composition of the polymer. The strain X. campestris pv. campestris 1155 showed higher productivity in 24 hours of cultivation (0.149 g L-1 h-1) but with limited properties for industrial application such as viscosity and molecular mass. On the other hand, the strain Xanthomonas axonopodis pv. manihotis 290 presented an inverse behavior, however, with higher productivity only after 96h (0.039 g L-1 h-1). There was not direct association between the composition of fatty acids and the synthesized gums properties. Based on the evaluation of some kinetic parameters of the culture, it was possible to define the Xanthomonas strain (290) and the culture time (48h), associated with the quality of the resulting exopolymer. For the first time, a direct relationship between unsaturated / saturated cellular fatty acids (U / S) and the xanthan gum production was identified, which allows the identification of a possible chemical marker of production of this biopolymer.