Produção e avaliação de celulose bacteriana em meios de cultura de baixo custo para aplicação em embalagens sustentáveis

Abstract

A celulose, representada pela fórmula (C6H10O5)n, é um polissacarídeo que pode ter origem vegetal e microbiana. Sua produção por via bacteriana, pelo seu alto grau de pureza e propriedades, tem potencial para aplicações pelas indústrias médica, de produtos farmacêuticos, cosméticos, alimentos, embalagens, compósitos, entre outros. A produção de nanofibrilas de celulose pura pelas bactérias do gênero Komagataeibacter ocorre a partir do consumo de glicose no meio, metabolizada em celulose pelos microrganismos. Neste estudo, os ensaios foram divididos em três etapas. A primeira foi realizada utilizando o amido, presente nos grãos de arroz e milho, como fonte de carbono para produção de celulose bacteriana (CB). Para isso, o amido foi hidrolisado por fungos (Aspergillus oryzae) para a obtenção de glicose, utilizada na produção de CB. Os resultados mostraram um rendimento máximo de 2,80 ± 0,43 g / L de CB obtida com o meio de arroz hidrolisado. Na segunda etapa dos experimentos, a produção de CB foi realizada utilizando uma solução salina, de composição própria, com adição de carboidratos e/ou proteínas (Glicose, Glicerol, Sacarose, Frutose, Peptona, Extrato de Levedura ou Manitol) como fontes de carbono. O rendimento máximo de 5,72 ± 0,01 g / L de CB foi obtido com o meio contendo Sacarose. Na terceira etapa, foi desenvolvido o protótipo de uma embalagem sustentável com característica de uma embalagem de papel. Todos os materiais produzidos foram caracterizados quanto à morfologia (Microscopia Eletrônica de Varredura- MEV), cristalinidade (Difratometria de raios X- DRX), estabilidade térmica (Análise Termogravimétrica-TGA) e análise dos grupos funcionais (Infravermelho com Transformada de Fourier- FTIR). Na primeira etapa das caracterizações, o FTIR confirmou os grupos funcionais presentes na CB, bem como a ausência de contaminantes do processo de produção. A avaliação de DRX mostrou uma cristalinidade em torno de 55%. A análise de TGA revelou que os polímeros formados a partir dos meios alternativos (Arroz ou Milho) obtiveram maior estabilidade térmica. O MEV mostrou uma estrutura não uniforme com o arranjo aleatório de nanofibrilas. Já na segunda etapa de caracterização, os difratogramas revelaram uma cristalinidade que variaram de 31% (CB-Extrato Levedura) a 66% (CB-Frutose) e a análise de FTIR confirmou os grupos funcionais existentes na celulose bacteriana, sem possíveis contaminantes. O TGA dos biopolímeros CB- Extrato de levedura e CB-Manitol revelaram temperaturas máximas de degradação (Tmáx.) de 350,7 ° C e 322,0 ° C, respectivamente. A partir das micrografias, as CB- Glicose e CB-Sacarose possuíram áreas de estruturas fibrilares mais dispersas e visíveis em comparação às demais. Por fim, as caracterizações do CB-Papel utilizado no desenvolvimento do protótipo de uma embalagem apresentaram Tmáx. de 311,8 ° C e cristalinidade 86,42% com picos característicos da celulose e do carbonato de cálcio presentes em papéis. Na investigação por MEV, a morfologia fibrosa e de caráter nanométrico foi observada juntamente com enchimentos de calcita. Portanto, estudos como este apresentam novos meios de cultura para produção de CB, bem como uma importante aplicação para esses biopolímeros, a fim de criar alternativas à celulose vegetal, utilizada por exemplo, na indústria de embalagens alimentícias.