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IX Congresso Brasileiro de Análise Térmica e Calorimetria 09 a 12 de novembro de 2014 Serra Negra SP - Brasil

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IX Congresso Brasileiro de Análise Térmica e Calorimetria

09 a 12 de novembro de 2014 – Serra Negra – SP - Brasil

Preparação e caracterização térmica de membranas de biocelulose obtidas pela

biossíntese da bactéria Komagataeibacter rhaeticus

Rachel Temperani A. Machado

1

, Hernane S. Barud

1

, Eliane Trovatti

1

, Andresa A. Berreta

2

, Sidney J. L. Ribeiro

1

.

1-Instituto de Química de Araraquara/UNESP, Araraquara-sp

2- Apis Flora LTDA, Ribeirão Preto-sp

hernane.barud@gmail.com

Resumo

Este trabalho apresenta a produção e caracterização de membranas de celulose bacteriana (CB) produzidas em meios de cultura estática usando meio HS (Hestrin e Schramm) como fonte de carbono e nitrogênio. Foram isoladas cepas do Kombucha sp, e como comparativo utilizou-se uma cepa do banco ATCC (Gluconacetobacter hansenii ATCC 23769). A cepa isolada do Kombucha SP com maior produtividade foi identificada por ensaios de biologia molecular, sendo identificada como Komagataeibacter haeticus. Em seguida as membranas de CB foram caracterizadas por diferentes ensaios físico-químicos, a saber, Espectroscopia Vibracional na Região do Infra-Vermelho (FT-IR), Difratometria de Raios-X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Análise Termogravimetria (TG) Análise Dinâmico-Mecânica (DMA). Os resultados obtidos confirmam a obtenção de membranas de CB por meio da biossintese de Gluconacetobacter haeticus, as quais apresentam propriedades físico-químicas similares as membranas produzidas do banco ATCC, Gluconacetobacter hansenii ATCC 23769

Introdução

A celulose é a macromolécula orgânica mais abundante na natureza e está entre os principais componentes da parede celular das plantas. Além das plantas, algumas bactérias também podem sintetizar celulose, a qual é conhecida como celulose bacteriana (CB) ou nanocelulose e é produzida por bactérias pertencentes dos gêneros Gluconacetobacter, Rhizobium, Agrobacterium, Aerobacter, Achromobacter, Azotobacter, Sarcina e Salmonella (Shoda e Sugano, 2005). Dentre as bactérias produtoras de celulose, as do gênero Gluconacetobacter são as que mais vêm chamando a atenção dos pesquisadores, pois elas são as únicas capazes de sintetizar celulose em quantidades comerciais. Este gênero é composto de bactérias gram negativas aeróbias estritas. A produção de celulose pela Gluconacetobacter xylinus (Acetobacter xylinum) foi descoberta em 1886 por A. J. Brown, o qual observou que o microrganismo produzia celulose na presença de glicose e oxigênio (Brown, 1886).

A fibra de celulose típica é formada de cadeias poliméricas longas compostas de D-glicose, sendo que os monômeros de açúcar de cada cadeia são unidos por ligações β-1,4 glicosídicas. As ligações inter e intra-cadeias são feitas por cadeias adjacentes de β-1,4-glucano (Ross, Mayer e Benziman, 1991).

Devido às propriedades peculiares da CB, como estrutura 3-D de nanofios, elevada área superficial e excelente propriedade mecânica, membranas de CB tem sido utilizada nas indústrias alimentícia (fibras dietéticas, “Nata de Coco”) e têxtil; na produção de dispositivos opto-eletrônicos; na Medicina (tubos para cirurgia, substitutos temporários da pele, lentes de contato), entre outros (Barud, 2006; Legnani et al., 2008).

Nos últimos anos vêm se aumentando a busca por bactérias super produtoras de biocelulose, e para tal, torna-se necessário o isolamento de novas cepas.

Este trabalho apresenta a produção e caracterização de membranas de celulose bacteriana (CB) utilizando-se bactérias Komagataeibacter haeticus que foram produzidas em meios de cultura estática. Em As membranas de CB foram

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09 a 12 de novembro de 2014 – Serra Negra – SP - Brasil

caracterizadas por diferentes ensaios físico-químicos, a saber, Espectroscopia Vibracional na Região do Infra-Vermelho (FT-IR), Difratometria de Raios-X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Análise Termogravimetria (TG) Análise Dinâmico-Mecânica (DMA).

Materiais e método

A produção das membranas foi feita pelo cultivo das cepas Komagataeibacter (AF-1) e ATCC em meio de cultura Hestrin e Schramm (HS) liquido (50 g/L de glicose, 4 g/L de extrato de levedura, 0,73 g/L de MgSO4.7H2O, 2 g/L KH2PO4,

20 g/L de etanol, água qsp), estático, em bandejas de 30x50cm, figura 1, com tempo de cultivo variando entre 48, 72, 96 e 120 horas a 28ºC.

As membranas de CB ATCC e AF-1 foram submetidas a um tratamento com solução de NaOH 0,1% a 70ºC por 15 minutos, e posteriormente foram exaustivamente lavadas em água destilada até que o pH retornasse a neutralidade.

Em seguida as membranas de CB foram recortadas com tesoura em pedaços de aproximadamente 10x10cm, foram feitas pesagens e medidas de espessura. Posteriormente foram secos em estufa a 37ºC durante 12 horas. Para os ensaios físico-químicos foram selecionadas amostras de membranas de CB secas com 72 horas (3 dias) de cultivo.

Resultados e Discussão

Caracterização morfológica

As figuras 01 e 02 trazem imagens de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) para as membranas produzidas por Gluconacetobacter Rhaeticus. e Gluconacetobacter hansenii (ATCC 23769), respectivamente.

Em ambas as imagens, observa-se claramente uma estrutura compacta formada por fibras longas de centenas de mícrons com espessura nanométrica, as quais tem sido nomeados como “nanoceluloses” (Czaja et al, 2006). As imagens ainda permitem sugerir que não há diferenças significativas nos arranjos das fibras produzidas pelas diferentes bactérias.

Figura 01- MEV de membrana de CB cepa ATCC Figura 02- Membrana de membrana de CB seca da cepa AF-1

Ao final processo produtivo de CB, torna-se necessário a purificação das membranas para remoção de sais e bactérias, que possam estar presas nas fibras de celulose. O procedimento mais utilizado inclui a purificação com meio alcalino, geralmente em solução diluída de hidróxido de sódio.

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Resultados obtidos por Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS), figuras 03 e 04, sugerem fortemente que a o processo de purificação das membranas foi eficaz. Conforme os dados de EDS observa-se apenas a presença de constituintes orgânicos em ambas as amostras. A presença de carbono e oxigênio é decorrente da estrutura química de biocelulose.

Figura 03 – Espectroscopia de Energia Dispersiva Figura 04– Espectroscopia de Energia Dispersiva de de membrana produzida por (ATCC 23769). membrana produzida por Gluconacetobacter Rhaeticus

Caracterização Estrutural

A figura 05 apresenta resultados de espectroscopia vibracional na região do infravermelho para as membranas de CB Gluconacetobacter Rhaeticus. e Gluconacetobacter hansenii (ATCC 23769), respectivamente.

As principais atribuições de caracterizam CB, que são: 3500 cm-1: estiramento OH; 2900 cm-1: estiramento CH de alcanos e estiramento assimétrico CH2; 2700 cm

-1 : estiramento simétrico CH2; 1640 cm -1 : deformação OH; 1400 cm-1: deformação CH2; 1370 cm -1 : deformação CH3; 1340 cm -1 : deformação OH e 1320-1030 cm-1: deformação CO (KAKURÁKOVÁ et al, 2002; HABANKOV, 1966).

Os espectros para a Gluconacetobacter Rhaeticus. e Gluconacetobacter hansenii (ATCC 23769) confirmam perfil espectral característico da celulose, e também sugerem que na há formação de subprodutos ou contaminantes, confirmando a eficiência do processo de purificação.

A figura 06 apresenta resultados de Difratometria de raios-X para as membranas de CB para Gluconacetobacter Rhaeticus. e Gluconacetobacter hansenii (ATCC 23769), respectivamente.

Para a CB observa-se à difração em apenas dois ângulos, em 15 e 22,5graus. Cada pico difratado apresenta uma contribuição das difrações correspondentes as fases Iα e Iβ, devido à sobreposições das reflexões dos planos 100Iα, 110Iβ e

010Iα em 15o e dos planos 110 Iα e 200 Iβ em 22,5 o

(sobreposição) (Antoinnete, 1997).

Os difratogramas das membranas de Gluconacetobacter Rhaeticus e Gluconacetobacter hansenii (ATCC 23769) são característicos de celulose, com arranjo cristalino de celulose tipo I, celulose nativa.

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Figura 05- Espectroscopia vibracional na região Figura 06 – Difratograma de Raios-X de CB: do Infravermelho de CB: a) ATCC, b)AF-1

a) Gluconacetobacter hansenii (ATCC 23769) e b) Gluconacetobacter Rhaeticus.

Caracterização Térmica

As figuras 07 e 08 apresentam as curvas termogravimétricas (TG/DTG) das membranas de CB produzidas por Gluconacetobacter Rhaeticus. e Gluconacetobacter hansenii (ATCC 23769), respectivamente.

Na duas curvas TG/DTG observa-se perda de massa de aproximadamente 5% na faixa de temperatura entre 45-150ºC. Essa perda de massa pode ser atribuída a desidratação da biocelulose, como, por exemplo, evaporação de água adsorvida. Um evento bem acentuado com grande perda de massa (aproximadamente 60%) é observado na faixa de temperatura que compreende o intervalo de 250ºC a 400ºC e com máximo que se aproxima de 360°C como assinalado nas duas curvas DTG (BARUD et al, 2007; BARUD et al, 2008).

Pode-se inferir que não diferença na estabilidade térmica das membranas produzidas pelas bactérias Gluconacetobacter Rhaeticus. e Gluconacetobacter hansenii (ATCC 23769). Conforme revela a Temperatura onset (Tonset) indicada na curva DTG, linha pontilhada, a decomposição ocorre em temperaturas praticamente iguais.

Observando-se o resíduo nas curvas TG, também pode-se sugerir que não há a presença de sais ou outros contaminantes, apenas a formação de resíduos carbonáceos.

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Figura 07- Curva TG (__) e DTG (---) de CB da Figura 08- Curva TG (__) e DTG (---) de CB cepa Gluconacetobacter hansenii (ATCC 23769) da cepa Gluconacetobacter Rhaeticus

Conclusão

Membranas de CB provenientes da cepa Komagataeibacter Rhaeticus, isolada do Kombucha e das bactérias Gluconacetobacter hansenii (ATCC 23769) foram preparadas em meio de cultura estático e caracterizadas por diversas técnicas físico-químicas. Os ensaios revelam que as membranas de biocelulose obtidas pelo cultivo das bactérias Komagataeibacter Rhaeticus apresentam propriedades físico-químicas similares as membranas produzidas pela cepa padrão, Gluconacetobacter hansenii (ATCC 23769). Resultados de TG/DTG revelaram um perfil térmico similar as bactérias Komagataeibacter Rhaeticus e Gluconacetobacter hansenii (ATCC 23769).

Referências

Barud HS. Novos materiais multifuncionais baseados em celulose bacteriana. Tese (Doutorado em Química) – Programa de Pós-Graduação em Química – UNESP-Araraquara- SP, 2010.

Barud HS. Preparo e caracterização de novos compósitos de celulose bacteriana. Dissertação de Mestrado (Mestrado em Química) – Instituto de Química – UNESP-Araraquara- SP, 2006.

Bodin A, Bäckdahl H, Fink H, Gustafsson L, Risberg B, Gatenholm P. Influence of cultivation conditions on mechanical and morphological properties of bacterial cellulose tubes. Biotechnol Bioeng, 97(2):425-434, 2007.

Brown AJ. On an acetic ferment which forms cellulose. J Chem Soc Trans, 49:432-439, 1886.

Hestrin S, Schramm M. Synthesis of cellulose by Acetobacter xylinum. II. Preparation of freeze-dried cells capable of polymerizing glucose to cellulose. Biochem J, 58(2):345-352, 1954.

Czaja W, Krystynowicz A, Bielecki S, Brown Júnior RM. Microbial cellulose – the natural power to heal wounds. Biomaterials, 27:145-151, 2006.

Czaja W, Romanovicz D, Brown Jr RM. Structural investigations of microbial cellulose produced in stationary and agitated culture. Cellulose, 11:403-411, 2004.

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Legnani C, Vilani C, Calil V, Barud HS, Quirino W, Achete C, Ribeiro SJL, Cremona M. Bacterial cellulose membrane as flexible substrate for organic light emitting devices. Thin Solid Films, doi:10.1016/j.tsf.2008.06.011, 2008.

Farah LFX. Process for the preparation of cellulose film, cellulose film produced thereby, artificial skin graft and its use. WO 86/02095. 1986 April 10.

Farah LFX, Podlech PAS, Archanjo CR, Coral LA. Processo contínuo de fermentação para a produção de manta celulósica bacteriana. PI 0405990-5 A. 2006 setembro 5.

Shoda M, Sugano Y. Recent advances in bacterial cellulose production. Biotechnol Bioprocess Eng, 10:1-8, 2005. Sievers M, Swings J. Family II. Acetobacteraceae. In: Brenner DJ, Krieg NR, Staley JT, Garrity GM, editors. Bergey's Manual of Systematic Bacteriology, 2nd edition, The Proteobacteria, Springer, New York, p. 73, 2005.

Souza SJ. Composição tópica de biocelulose em forma de gel, spray-aerosol, creme e ou suspensão aquosa para tratamento de lesões epiteliais. PI 0601330-9 A. 2007 dezembro 04.

Teoh AL, Heard G, Cox J. Yeast ecology of Kombucha fermentation. Int J Food Microbiol, 95(2):119-126, 2004. Trovatti E, Serafim LS, Freire CSR, Silvestre AJD, Pascoal Neto C. Gluconacetobacter sacchari: an efficient bacterial cellulose cell-factory. Carbohydrate Polymers, 2011. doi:10.1016/j.carbpol.2011.06.046

Wouk AFPF, Diniz JM, Círio SM, Santos H, Baltazar EL, Acco A. Membrana biológica Biofill – estudo comparativo com outros agentes promotores da cicatrização da pele em suínos: aspectos clínicos, histopatológicos e morfométricos. Arch Vet Scienc, 3(1):31-37, 1998.

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