Produção simultânea de goma xantana e microfibrilas de celulose pela bioconversão de bagaço de cana por xanthomonas

Abstract

Nas últimas décadas, muitos esforços têm sido realizados na tentativa de substituir os polímeros convencionais pelos biodegradáveis. Assim, faz-se necessário conhecer, sintetizar e caracterizar estes biomateriais. A goma xantana (GX) é um expolissacarídeo obtido por Xanthomonas, e é amplamente usado como espessante, dispersante e emulsificante. A maioria das embalagens utiliza matriz polimérica derivado do petróleo. Filmes à base de matriz biodegradável exibem características físicas apropriadas, porem, são quebradiços. Neste contexto, surge a proposta de se incorporar micropartículas para conferir melhorias nas propriedades mecânicas. O objetivo do presente trabalho consiste em produzir simultaneamente GX e microfibrilas de celulose a partir do cultivo de quatro cepas distintas de Xanthomonas em meio contendo bagaço de cana (BC), assim como avaliar o efeito da aplicação desta goma microfibrilada como aditivo de reforço mecânico de filmes de amido. Das cepas estudadas a X. campestris pv. campestris 254 apresentou o melhor desempenho, produzindo 22,048 g L-1 de GX utilizando a partir da sacarose e 8,54 g L-1 a partir de BC, o que representa, respectivamente, 55,12 % e 22,25 % da bioconversão das fontes de carbono, a 28ºC e 250 rpm por 120 h, em Shaker. A viscosidade máxima encontrada foi de 120,3 mPa.s (0,5 % xantana, 25ºC, 25s-1) para BC como substrato alternativo. Assim, a seleção de cepas é um fator importante para maximizar a produção e viscosidade bem como avaliar a qualidade da goma obtida. A influência da variação da concentração do BC foi avaliada nas seguintes concentrações: 2, 4, 6, 8 e 10 % (m/m) a 28ºC, 250 rpm após 120 h em Shaker. A utilização de 4% (m/m) de BC apresentou melhores resultados de produção e propriedades da goma xantana. Nesse estudo foi possível constatar a presença de microfibrilas de celulose do (BC) na estrutura da GX por microscopia eletrônica de transmissão. A produção de xantana em biorreator de 1,5 L foi influenciada, individualmente, pela aeração e agitação, sendo favorecida em baixa aeração ou elevada agitação. A máxima produção (7,62 g L-1) obtida a 700 rpm e 1,0 vvm. O aumento da velocidade de agitação no bioprocesso possibilitou o aumento da viscosidade das soluções de xantana (0,5 %), sendo a maior de 123,80 mPa.s, atingida com 700 rpm e 1,0 vvm . Os modelos empíricos obtidos para a produção e viscosidade das gomas xantana apresentaram um bom ajuste aos dados experimentais, porém, os modelos não foram preditivos. Foram elaborados e caracterizados filmes flexíveis à base de amido de mandioca (4 %) com a incorporação de goma xantana microfibrilada obtida em biorreator (0,00- 0,05 %) utilizando glicerol (0,79-2,00 %) como plastificante o por casting. Para fins comparativos foi elaborado um filme flexível sem a adição de goma xantana e (Controle – 4,0 % de amido e 1,5 % de glicerol). Os resultados de umidade mostraram que o aumento da concentração de goma xantana favorece o aumento da umidade no filme. Assim, a menor porcentagem de umidade (12,14 %) foi obtida com 1,0 % de glicerol e 0,015 % de goma xantana. Para a resposta de atividade de água observou-se que o aumento da concentração de glicerol proporcionou o aumento da umidade nos filmes. Sendo a menor resposta (0,625) obtida a 1,5 % de glicerol e 0,05 % de goma xantana. Os modelos obtidos para umidade e atividade de água não apresentaram bom ajuste e não são preditivos. Conclui-se que, a cepa de Xanthomonas 254 apresentou melhor adaptação ao meio contendo bagaço de cana, sendo capaz de produzir goma xantana impregnada de microfibrilas, podendo assim, ser empregada em filmes biodegradáveis proporcionando melhores propriedades mecânicas