Influência da aeração e agitação nas propriedades das gomas xantana produzidas por Xanthomonas campestris mangiferaeindicae 2103 com glicerina residual do biodiesel: otimização e cinética do bioprocesso

Abstract

Bactérias do gênero Xanthomonas, quando em condições propicias, são capazes de produzir um exopolissacarídeo denominado goma xantana, normalmente obtido por cultivo submerso em meio contendo substratos convencionais como glicose e sacarose. Este biopolímero, por apresentar excelentes propriedades reológicas e estabilidade frente a uma ampla faixa de pH e temperatura, é amplamente utilizado como aditivo em indústrias de alimentos, farmacêutica e petroquímica. O uso de substratos alternativos, em detrimento dos convencionais, pode reduzir o custo do biopolímero. No presente trabalho, foram investigados os efeitos da aeração (vvm) e agitação (rpm) na formação de biomassa, na produção e nas propriedades das gomas xantana obtidas a partir da fermentação de glicerina residual do biodiesel (GRB) por Xanthomonas campestris mangiferaeindicae 2103 . Além disso, foram avaliados os parâmetros cinéticos de produção e a influência da adição de diferentes sais na viscosidade das gomas xantana obtidas nas condições ótimas de aeração e agitação. Os níveis das variáveis aeração e agitação variaram de acordo com um delineamento composto central rotacional (DCCR) fracionada 22, com dois pontos axiais (α = ± 1,41) e triplicata no ponto central. As xantanas foram obtidas a partir de meio contendo 2,0% (v/v) de glicerina residual do biodiesel, minimamente suplementada com 0,01% (m/v) de ureia, 0,1% (m/v) de K2HPO4 e 20% de inoculo. Os cultivos foram conduzidos em biorreator de 4,5L, a 28°C, pH de inicial de 7,0 por 120 horas. As xantanas obtidas foram analisadas quanto à produção, viscosidade aparente, composição de açúcares e ácidos, massa molecular e termogravimetria. A metodologia de superfície de resposta foi utilizada para avaliar os efeitos das variáveis sobre as respostas e otimizar o processo. A produção de xantana foi influenciada, individualmente, pela aeração e agitação, sendo favorecida em baixas aerações ou baixas agitações. A otimização apontou 0,97 vvm e 498 rpm para obter 5,59 g.L-1 de xantana. A concentração de biomassa foi favorecida com baixas agitações ou aumento na taxa de aeração, sendo indicado pela otimização o emprego de 1,05 vvm e 484,75 rpm para obtenção de até 3,26 gL-1 de biomassa. A redução da velocidade de agitação acarretou no aumento da viscosidade das soluções de xantana (0,5%), sendo apontado pela otimização o emprego de 1,05 vvm e 497,60 rpm para atingir o máximo de até 255,40 mPa.s. Baixas aerações contribuíram para aumento do teor de glicose e manose na cadeia das xantanas. Além desta condição, o aumento individual na agitação vii leva ao aumento no teor de manose e diminuição no teor de glicose. O teor de acido glucurônico tende ao aumento com emprego de baixas agitações, enquanto o teor de ácido pirúvico aumenta significativamente. A massa molecular ponderada das xantanas obtidas foi influenciada pela agitação e aeração, apresentando maiores massas com baixas velocidades de agitações e altas taxas de aeração. O aumento na aeração e na velocidade de agitação induziu a produção de goma xantana com maior estabilidade térmica. Fatores de conversão velocidade instantânea e velocidade específica, estudados nas condições ótimas de produção, indicaram que a produção do polímero está parcialmente associada ao crescimento celular. A xantana obtida nas condições ótimas ao serem solubilizadas em soluções contendo sais mono (NaCl) e bivalentes (CaCl2) apresentaram redução na viscosidade aparente de até 19,65% e 12,26%, respectivamente, enquanto a adição de sal trivalente (FeCl3) conferiu aumento de até 10,76% na viscosidade aparente, indicando aumento na estabilidade do polímero em presença deste sal. Assim, a variação da aeração e velocidade de agitação na fermentação da glicerina residual do biodiesel por Xanthomonas campestris mangiferaeindicae 2103, exerce grande influência na formação de biomassa, na produção de goma xantana e propriedades como viscosidade aparente, composição química, massa molecular e estabilidade térmica.