Modificação in situ e ex situ da celulose bacteriana: efeito da composição do meio de cultura no seu rendimento e propriedades

Abstract

A celulose é o polímero mais abundante e importante existente na Terra, que quando obtido das plantas (Celulose Vegetal – CV) contêm impurezas que precisam ser removidas através de processos dispendiosos. No entanto, este polímero também pode ser produzido por algumas bactérias (Celulose Bacteriana – CB), nomeadamente por bactérias do género Glucanocetobacter xylinus. Este biopolímero é considerado um material de excelência devido às propriedades únicas que possui nomeadamente como superfície extremamente hidrofílica, elevada cristalinidade e capacidade de retenção de água, grande resistência mecânica e elevada área superficial, que permitem a sua aplicação em diversos domínios. Além disso, modificações na estrutura da celulose podem permitir alterações nas suas propriedades, obtendo-se um material com maiores aplicabilidades. O objetivo deste trabalho foi avaliar as alterações provocadas nas membranas de CB pela adição, in situ e ex situ, de um derivado da celulose, a carboximetilcelulose (CMC). Além disso, foi produzida celulose num meio tendo como fonte de carbono glucose pura (HS) e noutro melaço. A produção foi feita por duas estirpes da bactéria G. xylinus ATCC 53582 e ATCC 700178. O melaço foi utilizado sem sofrer qualquer tipo de pré-tratamento mostrando uma produção de celulose bacteriana baixa, para as duas estirpes, quando comparada com o meio HS. No entanto, o rendimento em celulose (expresso em gCB/gsubstrato) obtido com este resíduo (superior a 200%) foi superior ao obtido para o meio HS (inferior a 50%), mostrando que, industrialmente, a sua utilização pode ser mais favorável. Foi ainda possível concluir que a estirpe ATCC 700178 cresce mais rápido que a outra estirpe em estudo. Após modificação das membranas, todas elas foram caracterizadas. Neste trabalho verificou-se que a composição do meio de cultura influência determinadas propriedades da CB: as membranas produzidas em meio de melaço mostraram maior hidrofilicidade do que as produzidas no meio HS, de acordo com os resultados dos ensaios das medições dos ângulos de contacto. Na modificação ex situ, também as membranas produzidas em meio de melaço mostraram maior adsorção de CMC. No entanto, as análises por FTIR indicam que não existe incorporação de CMC nas membranas, nos dois métodos, in situ e ex situ.

Cellulose is the most abundant and important polymer existent on Earth, but when obtained from plants (Vegetable Cellulose-CV) contains impurities that need to be removed through expensive processes. However, this polymer can also be produced by some bactéria (bacterial cellulose-CB), specially by bacteria belonging to the Glucanocetobacter xylinus genus. This biopolymer is considered a biomaterial of excellence due to the unique properties that it has, such as extremely hydrophilic surface, high crystallinity and water-retention capacity, great mechanical strength and high surface área that allow his application in various fields. Furthermore, changing the structure of cellulose may allow changes in its properties, obtaining a material with larger applications. The purpose of this study was to evaluate the changes caused in the CB membranes by the addition, in situ and ex situ, of a derivative of cellulose, carboxymethyl cellulose (CMC). In addition, cellulose was produced on a medium having pure glucose as carbon source (HS) and molasses. The production was done by two strains of the G. xylinus bacterium: ATCC 53582 and ATCC 700178. The molasses was used without suffering any kind of pre-treatment showing a low bacterial cellulose production, for both strains, when compared with the HS medium. However, the yield in cellulose (expressed in gCB/gsubstrat) obtained with this residue (more than 200%) was higher than that obtained for the HS medium (less than 50%), showing that, industrially, its use can be more favourable. It was also possible to conclude that the strain ATCC 700178 grows faster than the other strain in study. After membranes modification, all of them were characterized. In this work it has found that the composition of the culture medium influences certain properties of the CB: the membranes produced in the molasses medium showed greater hydrophilicity than those produced in HS medium, according to the results of measurements of contact angles. In ex situ modification, also the membranes produced in medium supplemented with molasses showed greater adsorption of CMC. However, the FTIR analyses indicate that there is no addition of CMC membranes, in both methods, in situ and ex situ.