ANDRADE, F. K.

BRIGIDA, A. I.

LIMA, H. S. L.

NASCIMENTO, E.

Repository Open Access to Scientific Information from Embrapa

       VII Workshop de Nanotecnologia Aplicada ao Agronegócio            Embrapa Instrumentação, São Carlos, 10 a 13 de junho de 2013 PRODUÇÃO DE CELULOSE BACTERIANA UTILIZANDO SUCO DE SISAL COMO SUBSTRATO  H. S. L. LIMA1, E. NASCIMENTO1, A. I. BRÍGIDA2, F. K. ANDRADE3, M. F. ROSA3, M. F. BORGES3  1 Universidade Federal do Ceará – eligenessampaio@hotmail.com 2 Embrapa Agroindústria de Alimentos – ana.iraidy@embrapa.br 3 Embrapa Agroindústria Tropical – fatima.borges@embrapa.br; morsyleide.rosa@embrapa.br  Projeto Componente: PC4 Plano de Ação: PA2 Resumo  No presente trabalho avaliou-se a produção de celulose bacteriana (CB) pela bactéria Gluconacetobacter hansenii CCT 1431 através de fermentação submersa estática utilizando o líquido do sisal como meio de cultivo alternativo. Efeito da concentração de substrato, pH do meio e suplementação na produção de CB foram investigados. Maior produção (3,38 g/L) foi obtida nas condições de 15 g/L de açúcar, pH 5 e 7,5g de extrato de levedo.   Palavras-chave: suco de sisal, fermentação submersa, Gluconacetobacter, celulose bacteriana   Publicações relacionadas LIMA, H. S. L.; NASCIMENTO, E.; BRÍGIDA, A. I. S.; ANDRADE, F. K.; ROSA, M. F.; BORGES, M. F. Aproveitamento do líquido do sisal como substrato para produção de celulose bacteriana. In: XIX Simpósio Nacional de Bioprocessos. 2013.  Introdução A celulose bacteriana (CB) é um polissacarídeo extracelular produzido principalmente por bactéria do gênero Gluconacetobacter. Quando obtida por processo fermentativo submerso estático, a CB se apresenta na forma de um filme com propriedades especiais que possibilitam a aplicação em diversas áreas de pesquisa (Chawla et al., 2009). Algumas pesquisas apontam para o uso de coprodutos e resíduos da agroindústria na produção de CB (Kurosumi et al.,2009). O uso de fontes de carbono alternativas em processos fermentativos são de grande interesse, uma vez que possibilitam a redução de custos do produto final e permitem o aproveitamento de resíduos ou produtos da agroindústria, diminuindo assim o impacto ambiental causado por eles.   Dentre os resíduos da agroindústria brasileira pouco explorados, tem-se o líquido de sisal ou suco de sisal. O sisal é uma planta de origem mexicana que têm o seu plantio direcionado para a produção de fibra dura. O Brasil é o principal produtor desse tipo de fibra cuja cadeia produtiva gera em torno de 80 milhões em divisas e meio milhão de empregos.  Poucos trabalhos têm sido desenvolvidos no âmbito de agregar valor a este resíduo que atualmente tem sido abandonado nos campos de produção saturando o solo com matéria orgânica (ANDRADE et al., 2013). Nesse contexto, insere-se o objetivo do presente trabalho que consiste em avaliar a produção de celulose bacteriana utilizando o líquido do sisal como fonte alternativa de carbono.   Materiais e métodos Caracterização do suco  O suco do sisal foi cedido pela Embrapa Algodão e foi armazenado á -18°C até a execução do trabalho. O mesmo foi caracterizado quanto sua 278       VII Workshop de Nanotecnologia Aplicada ao Agronegócio            Embrapa Instrumentação, São Carlos, 10 a 13 de junho de 2013 composição de açúcares por HPLC, teor de nitrogênio total pelo método de Kjeldahl, pH e sólidos solúveis totais expresso em °brix (BRASIL, 2005). Estudo da influência das condições de cultivo na produção de CB  Utilizando-se a linhagem G. Hansenii CCT 1431, avaliou-se o efeito da concentração inicial de açúcares (2,5 a 15 g/L), do pH inicial de fermentação (3 a 8) e da concentração inicial de nitrogênio no meio (0,62 a 4,07 g/L) na produção de CB (g/L) e no rendimento do processo (%). Para o estudo de nitrogênio, a influência da suplementação do meio com extrato de levedura e/ou sulfato de amônio foi avaliada através de um planejamento experimental 22 completo com ponto central e axial. A faixa estudada foi de 0 a 15 g/L de extrato de levedura e 0 a 10 g/L de sulfato de amônio, e a produção de CB (g/L) e rendimento (%) foram definidos como variáveis resposta. Inóculo e incubação  Estabeleceu-se um inóculo de 3% (v/v) preparado após ativação da cultura em caldo HS descrito em Hestrin e Schramm (2000). Após esterilização dos meios (121 °C por 15 minutos), formulados conforme cada caso, procedeu-se a inoculação e distribuição de 100 mL de meio em placa de petri de 14,5 cm de diâmetro. A fermentação submersa ocorreu sob condições estáticas à 30°C por 5 dias.  Determinações analíticas  Após a fermentação, as películas de celulose formadas foram recolhidas e, os meio fermentados, filtrados e separados para análise. As membranas foram purificadas através de tratamento alcalino. Para tal as películas foram lavadas individualmente com água e submetidas á tratamento térmico à 100°C imersas em solução de NaOH 4% (m/v) por 1 hora e posteriormente á 55°C por 1 hora em solução composta por H2O2 1% (v/v) e NaOH 4% (m/v). Depois, as películas foram lavadas em água destilada até a neutralização. A massa de celulose foi determinada através de secagem e pesagem da película a 170 ºC em balança de infra-vermelho. Determinou-se os açúcares totais pelo método de DNS descrito em Miller (1959) após hidrólise ácida das amostras.   Resultados e discussão  Através da análise de HPLC pôde-se observar que o suco de sisal possui, em média, 12,39 g/L de glicose, 1,49 de sacarose e 1,17 g/L de frutose. Uma vez que o líquido do sisal utilizado no presente estudo possui razoável teor de açúcar, sendo em maior parte constituído por glicose (82,4%), este é passível de ser um meio alternativo para processos fermentativos, em especial, para produção de CB.  A Tab. 1 apresenta os resultados para a etapa inicial do estudo onde avaliou-se o efeito da concentração de açúcares na produção de CB. Observa-se que a linhagem G. hansenii CCT 1431 mostrou capacidade de sintetizar CB no intervalo estudado com destaque para a condição de 15 g/L de açúcares onde se obteve a maior produção (2,6 g/L). E, apesar de ter-se observado um aumento gradativo na produção de celulose, na faixa estudada, o rendimento permaneceu constante. Não houve variação significativa no pH final do extrato fermentativo entre os experimentos, ficando em torno de 8,6. Tab. 1 – Efeito da concentração açúcar na produção de CB por G. hansenii, utilizando suco de sisal como fonte alternativa de carbono. Açúcares (g/L) Celulose (g/L) Rend. (%) Açúcar consumido  (%, g/g) 2,5 0,66a 29,54a 85,93a 5 0,97a 25,48a 74,75ac 7,5 1,42b 27,29a 67,42bd 10 1,99c 26,76a 59,34b 15 2,60d 25,45a 64,77bc * Letras iguais (a, b, c, d, e, f) na mesma coluna não apresentam diferenças significativas (α=0,05).   A Tab. 2 apresenta os resultados do estudo do efeito do pH na produção de CB. A maior produção foi observada nas condições de pH 5 e 6 e o melhor rendimento foi observado em pH 5. Não houve formação de CB nas condições de pH 3 e 8. Tem sido reportado que, em valores de pH muito ácidos, há inibição de crescimento e produção de CB (Chawla et al., 2009). Meios com pH mais elevados 279       VII Workshop de Nanotecnologia Aplicada ao Agronegócio            Embrapa Instrumentação, São Carlos, 10 a 13 de junho de 2013 devem induzir a outra rota metabólica já que, embora não tenha produzido CB em pH 8, a bactéria consumiu mais de 90% do açúcar presente. Tab. 2 – Efeito do pH inicial da fermentação na produção de CB por G. hansenii utilizando suco de sisal como fonte alternativa de carbono. pH inicial Celulose (g/L) Rendimento (%) 3 0,00a 0,00a 4 1,32b 10,54b 5 2,60c 23,29c 6 2,62c 19,07d 7 1,92d 17,44d 8 0,00a 0,00a * Letras iguais (a, b, c, d, e, f) na mesma coluna não apresentam diferenças significativas (α=0,05).  Os efeitos da concentração de nitrogênio, bem como da fonte de suplementação, na produção de celulose bacteriana foram avaliados através de um planejamento fatorial 22 com ponto central e axial. A análise dos dados foi feita no intervalo de confiança de 95%. Para a variável resposta celulose (g/L) foi observado efeito significativo apenas para a concentração de sulfato de amônio, sendo observado um decréscimo na produção de CB com o aumento da mesma. Contudo, no intervalor de confiança de 90%, a concentração de extrato de levedo também é significativa, observando-se uma maior produção de CB com o aumento desta. Ao nível de 95%, nenhuma variável estudada apresentou efeito significativo para a variável resposta rendimento (%). Çoban e Biyik (2011) também observaram maior produção e melhores rendimentos com o uso de extrato de levedura quando comparados com sulfato de amônio. Conclusões  Com base nos resultados obtidos, pode-se concluir que, maior produção de CB por G. Hansenii CCT 1431 utilizando sisal como fonte de carbono é obtida utilizando-se 15 g/L de açúcar total , pH 5 e 7,5 g/L de extrato de levedo. Quanto ao efeito da suplementação, este apresenta uma faixa ótima para extrato de levedo de 4 a 15 g/L, sendo observada uma redução na produção de CB em cultivos suplementados com sulfato de amônio. Agradecimentos  Os autores agradecem ao CNPq, Finep, Capes e Projeto MP1 Rede Agronano – Embrapa.   Referências ANDRADE, R.; ORNELAS, J.; BRANDÃO, W. Situação atual do sisal na Bahia e suas novas possibilidades de utilização e aproveitamento. Comunicação. Disponível em: < http://www.seagri.ba.gov.br/pdf/3_comunicacao01v9n1.pdf>. Acesso em: 28 jan, 2013. BRASIL. Ministério da Saúde. Agência Nacional de Vigilância Sanitária. Métodos Físico-Químicos para Análise de Alimentos. Edição IV. Instituto Adolfo Lutz. Brasília: Ministério da Saúde, 2005. CHAWLA P. R.; BAJAJ, I. B.; SURVASE, S. A.; SINGHAL, R. S. - Microbial Cellulose: Fermentative Production and Applications - Fermentative Production of Microbial Cellulose, Food Technol. Biotechnol. v. 47, n. 2, p. 107-124, 2009. ÇOBAN, E. P.; BIYIK, H. Effect of various carbon and nitrogen sources on cellulose synthesis by Acetobacter lovaniensis HBB5. African Journal of Biotechnol. v.1, n. 27, p. 5346-5354, 2011. KUROSUMI, A.; SASAKI, C.; YAMASHITA, Y.; NAKAMURA, Y. Utilization of various fruit juices as carbon source for production of bacterial cellulose by Acetobacter xylinum NBRC 13693. Carbohydrate Polymers. v. 76, n 2, p. 333-335, 2009. MILLER, G. L. Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugar. Analyt. Chem., v. 31, p. 426, 1959. !280

Produção de celulose bacteriana utilizando suco de sisal como substrato.

http://www.alice.cnptia.embrapa.br/alice/bitstream/doc/964689/1/2013052.pdf

Produção de celulose bacteriana utilizando suco de sisal como substrato.

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