Produção de biocelulose por bactérias acéticas utilizando técnicas de otimização nutricional e de cultivo
Data
2021-11-25
Autores
Gomes, Rodrigo José
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Resumo
As bactérias do ácido acético (BAA) compreendem uma variedade de microrganismos que são utilizados para obtenção de diversos produtos, entre eles a biocelulose. O estudo dos efeitos da suplementação de nutrientes no meio de cultura bem como o aprimoramento das técnicas de cultivo são importantes etapas que antecedem a produção e aplicação destes compostos, pois podem melhorar o rendimento, a produtividade e as características do biomaterial obtido. Desta forma, este trabalho objetivou avaliar os requerimentos nutricionais de BAA, em nível qualitativo e quantitativo, e seu impacto na produção e propriedades da biocelulose produzida. Para isto, foram avaliados os efeitos da suplementação do meio de cultura com diversos minerais (boro, ferro, manganês, molibdênio e zinco), vitaminas (tiamina - B1, riboflavina - B2, ácido nicotínico - B3, ácido pantotênico - B5, piridoxina - B6, biotina - B7, ácido fólico - B9, cianocobalamina - B12, ácido p-aminobenzóico e myo-inositol), e aminoácidos (ácido aspártico, ácido glutâmico, alanina, arginina, asparagina, cisteína, fenilalanina, glicina, glutamina, histidina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, prolina, serina, treonina, triptofano e valina) através de planejamento fatorial de Plackett & Burman. Os fatores com efeito positivo mais significativo foram selecionados para otimização através de planejamento composto central. Além disso, foi avaliado o efeito do tempo de pré-cultivo de BAA (35 dias ou 56 dias) na produtividade e nas características da biocelulose obtida após fermentação de 10 dias. As membranas produzidas nas condições ótimas foram caracterizadas através de análises de espectroscopia de infravermelho, difração de raios-X, termogravimetria, calorimetria exploratória diferencial, e capacidades de retenção e reidratação de água para determinar suas características e propriedades. Entre os minerais, o ferro, o manganês e o zinco foram requeridos por duas linhagens (Komagataeibacter hansenii ATCC 23769 e Komagataeibacter intermedius V-05) enquanto que as vitaminas ácido pantotênico e ácido nicotínico foram as que tiveram o efeito positivo mais significativo para as duas espécies. Riboflavina e tiamina tiveram efeito negativo significativo e foram consideradas fatores de diminuição da produção de biocelulose. A produção alcançada nas condições ótimas para os fatores selecionados foi de 1,35 g L-1 pela espécie K. hansenii ATCC 23769 e 2,23 g L-1 pela espécie K. intermedius V-05. Entre os aminoácidos, ácido aspártico, fenilalanina e serina foram requeridos pela espécie K. intermedius V-05. Os aminoácidos apolares (alanina, leucina e triptofano), sulfurados (cisteína e metionina) e carregados positivamente (arginina e histidina) tiveram efeito negativo significativo e foram considerados fatores de diminuição da produção de biocelulose. A produção alcançada nas condições ótimas para os fatores selecionados foi de 3,05 g L-1. As membranas obtidas nas condições otimizadas pela espécie K. hansenii ATCC 23769 apresentaram melhora no rendimento, cristalinidade e propriedades térmicas, enquanto que as membranas produzidas pela espécie K. intermedius V-05 apresentaram melhora nas propriedades térmicas e hidrofílicas. O tempo de pré-cultivo de 56 dias antes da fermentação também impactou na produtividade pela espécie K. hansenii ATCC 23769, alcançando 1,72 g L-1 ou 187% de aumento em relação a cepa não pré-cultivada, sendo também observado uma melhora na cristalinidade e nas propriedades térmicas das amostras. Com este trabalho, alcançou-se um melhor entendimento sobre os fatores que afetam a produção de biocelulose por bactérias acéticas, os quais também impactam nas características e propriedades das membranas produzidas.
Descrição
Palavras-chave
Fermentação acética, Nutrição microbiana, Nutrientes minerais, Vitaminas, Aminoácidos, Biopolímero