polissacarídeos microbianos

7/25/2019 Polissacarídeos microbianos

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Polissacarídeos

MicrobDepartamento Engenharia Química

Sara H. de Oliveira Maciel – [email protected]



Introdução

Polissacarídeos

Gomas

Dextrana

Gelana Xantana

Polissacarídeos especiais

Sumário



Importância do

estudo ?

→ Comercialmente fundamentais devido a capa

alterar as propriedades reológicas da água;

→ têm como principal função servirem como aditmelhoramento e controle de certas propriediversos produtos;

→ são empregados como espessantes, emuestabilizantes, gelificantes, agentes de coagulantes, lubrificantes e outros, nas maiindústrias.



O

que

são

polissacarídeos?

são moléculas de elevado peso molecular, c

fundamental são os monossacarídeos, princglicose.

Figura 1 – Tipos de polissacarídeos



Monossacarídeos

Formados por açucares simples. Cada molécula possui carbono.

Ex: Glicose, frutose.

Dissacarídeos

Formados por união de dois monossacarídeos.

Ex: Sacarose, lactose.

Polissacarídeos

Formados pela união de mais de oito monossacarídeos.

Ex: Amido.



As moléculas de polissacarídeos são polímeros, omoléculas que os constituem são idênticas ou semchamadas de monômeros.

Figura 2 - Molécula de celulose



Classificação dos polissacarídeos

Quanto ao resíduo de açúcar :

homopolissacarídeo – composto por um único resíduo de aç

heteropolissacarídeo – compostos por dois ou mais resíduos

Quanto a carga iônica:

aniônicos, neutros e catiônicos.

Quanto a origem:

vegetal e algas marinhas – amido, alginatos, goma arábigoma de algaroba.

microbianos – Gelana, xantana.



Gomas

São hidrocolóides naturais que podem ser classificadas comaniônicos, não iônicos ou como sais de polissacarídeos;

são substancias amorfas e translúcidas frequentemente produzsuperiores como proteção depois de uma agressão.

Figura 3 - Seivas exsudadas de espécies da planta do gênero Acácia.



Classificação das gomas

→ Naturais;

→ semi sintéticas;

→ sintéticas.

Figura 4 – Goma natural (a) industriais xantana (b)Xantana e LBG (c,d)

a b c d

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Tabela 1 – Classificação das gomas industriais em função da origem

TIPO ORIGEM GOMAS

Naturais

Exsudatos de plantas terrestres

Extratos de plantas terrestresSementes Algas marinhas Amido de tubérculosGomas microbianas ouBiossintéticas.

Arábica, alcatira, caraia, etc.

PectinaGuar, alfarroba, tamarindo Agar, alginatos, carragenanaTapiocaDextrana, xantana, gelana,pululana, dentre outras.

Modificadas ou

Semi-sintéticas

Celulose

Amido

Extrato de origem animal

Carboximetlcelulose,metilcelulose, hidroxietilcelulose

Dextrina, xantato de amilose,

HidroxietilamidoDerivados hidrossolúveis da quitina

Sintéticas Derivadas da petroquímica Álcool polivinílico,sais do ácido poliacrílicopolivinilpirrolidona, policarboxivpolímeros deóxido de etileno.



Gomas microbianas Produzidos extracelularmente por micro-organismos;

propriedades similares aos tradicionais;

não dependem de condições climáticas, contaminação marincolheitas, que prejudicam a oferta das gomas tradicionais;

são menos sujeitas à variabilidade em sua qualidade;

existem técnicas genéticas que permitirão obter polispropriedades “sob encomenda”.

introdução lenta no mercado de polímeros devido aos altos cu

recuperação do produto.



Produção de gomas microbianas

Figura 5 – Esquema de uma produção de gomas microbianas



Gomas comercializados em larga escala

Dextrana, xantana, gelana.

Dextrana

São polímeros de glicose contendo grandes quantidades dglucopiranosil;

síntese ocorre extracelularmente, sendo o substrato trapolissacarídeo sem penetrar no interior da célula.



Dextrana→ pode ser produzida por uma serie de micro-organismos. A

das moléculas diferem entre si dependendo do micrprodutor;

→ a produção industrial é feita a partir da linhagem

me s e n te r o i d e s NRRL B-512 (F);

→ seu peso molecular pode atingir vários milhões de daltons, do processo de produção;

→ as soluções contendo dextrana apresentam comportamennão-newtoniano, do tipo pseudoplástico;

→ enzima: dextrana-sacarase.



Dextrana-sacarase

a enzima é excretada pelo micro-organismo no meio de cultu

de sacarose;

atua na molécula de sacarose, liberando a frutose e transferide glicose a uma molécula receptora, moléculas de dextrana em

Reação catalisada pela enzima:

(1,6-α-D-glucopiranosil)n + sacarose d e x tr a n a - s a c a r a s e

(1,6-α-D-glucopiranosil)n+1 + frutose.



Produção de Dextrana

Processo convencional

→ Compreende 3 etapas simultâneas: crescimento do microrganiexcreção da enzima dextrana-sacarase e síntese da dextranaenzima;

→ a sacarose é fonte de carbono e energia para o micro-organissubstrato da enzima;

→ o rendimento da dextrana é baixo, em torno de 25%;→ após fermentação a dextrana é precipitada com metanol o

eliminação prévia das células. A dextrana obtida é de alto peso m

→ Para preparo de dextrana clínica, a dextrana é hidrolisada com(pH=1), com tempo e temperatura controlados.



→ fracionamento com etanol ou metanol, para separar o produ

peso molecular apropriado;

→ o produto é dissolvido novamente e secado em atomizador;

→ o rendimento é de 38 a 40% da dextrana nativa.




Novos processos

→ Monsan e Lopes-Munguia desenvolveram um sistema de fer

batelada alimentada, que permitiu o aumento de 7 a 8 vezeda enzima;

→ Queiroz e Maugeri-Filho estudaram a produção de dextrtendo melaço como fonte de carbono.

→ Tsuchiya et al. propuseram um sistema em duas etapas:

→

na primeira a produção da enzima é favorecida e minimizadada dextrana;

→ na segunda etapa, a enzima bruta ou parcialmente purificadpara obtenção da dextrana.



→ Indústria farmacêutica: expansor volumétrico do plasma sanguferro utilizada no tratamento de anemia;

→ indústria de petróleo: compor a lama de perfuração e tambémsecundária de petróleo;

Aplicações da Dextrana

→ indústria de alimentos: como espessante, geleificant

cristalização;

→ indústria química: géis de filtração em cromatografia;

→ indústria fotográfica: incorporando-as em emulsões e reduzind

prata.




Figura 6 - Fluxograma do método tradicional de Dextrana clínica.



Gelana→ É um polissacarídeo extracelular produzido por S p h i n g o m o n a

(anteriormente referida P s eu d o m o n a s e l o d e a ) em meio contend

→ a goma tem estrutura linear contendo 4 unidades de sacarácido glucurônico e ramnose;

→ a goma produz um gel termorreversível quando aquecido e res

→ solúvel em água fria, requer cátions de magnésio para gelificaconcentração para formação de gel, geleifica rapidamente, toxidade para micro-organismos, melhora o crescimenorganismos termófilos;

→ possibilidade de formação de géis a frio.



Aplicações da gelana

→ Indústria de alimentos: agente espessante, emulsificante e

agente geleificante (promove textura e encorpamento em difecomo enlatados, molhos, laticínios, doces e confeitos);

→ indústria farmacêutica: agente geleificante;

→ indústria de cosméticos: agente geleificante.



Xantana

→ Heteropolissacarídeo polianiônico, de elevado peso molecular;

→ constituída por uma unidade pentassacarídica composta por ge acido glucurônico na proporção 2:2:1, além dos grupamentoacetila e piruvato;

→ seu peso molecular varia de 2 a 12 x 106g, dependendo daamostra e do método utilizado;

→ sua estrutura primária não é constante, mas a fórmula [C35H49Oé aceita;

→ sua estrutura ramificada e seu alto peso molecular conferemalta viscosidade, mesmo em baixas concentrações.



→ a viscosidade das soluções praticamente não se altera com a

entre 4 e 93ºC, com o pH entre 1 e 13 e com forças iônicas econcentrações de cloreto de sódio entre 0,05 e 1%;

→ compatibilidade com uma grande variedade de insumoindustrialmente, como metais, ácidos, sais agentes redutexturizantes, solventes, enzimas, sufactantes e conservantes;

→ uma propriedade importante da goma xantana é que em cgalactomananas (goma guar e goma de algaroba) apresentasinérgico de viscosidade (a viscosidade final é maior que viscosidades individuais).

Xantana



Xantana

Figura 7- Estrutura da xantana



→ Xan th o mo n as c am p es tr is pv. c am pes tr is

são micro-organismos fitopatógenos.

Figura 8 – Micrografia daX a n t h o m o n a s c a m p e s t r i s .

Figura 9 – Cultura de X a n t h o m o n a s

c a m p e s t r i s em placa.

Micro-organismo produtor da Xantana



Produção de Xantana

→ A produção de xantana e o crescimento dos micro-organismos

por fatores como o tipo de biorreator usado, o modo de operacontínuo), a composição média e as condições de cultura concentração de oxigênio dissolvido);

→ Condições da fermentação: aeróbias com temperaturas dprodução em torno de 30ºC;

→ meio de cultura consiste: fonte de carbono, nitrogênio, fósminerais.




pH: 6,5 à 7,5;

sintetizada principalmente ao cessar crescimento microbiano;

concentração final: 10 a 30g/L;

rendimento: 50 a 90%;

tempo de fermentação: 48 a 240h.




Figura 10 – Fluxograma de um processo típico de produção de xantana




Figura 12 – Reator Biostat B para fermentação

Condiçõoperacio

• Temp

• velocrpm;

• pH: 6,

• aeraç



Recuperação da goma

• Precip

• lavage

• secage

• moage

•

empac

Figura 13 – Aspecto da goma xantana após o processo derecuperação e purificação.



Aplicações da Xantana

→ Indústria de alimentos;

→ indústria cosmético-farmacêutica;

→ indústria têxtil;

→ indústria de cerâmica;

→ indústria agrícola;

→ indústria do Petróleo.



Polissacarídeos Especiais

Pululana

α-glucana, produzida por A u r eo b a s i d i u m p u l l u l a n s ;

peso molecular na ordem de 104 a 106 daltonsdependendo das linhagens produtoras e variações nade cultura;

o polímero pode ser comprimido e moldado sem plastificantes, dando origem a filmes trbiodegradáveis com uma alta permeabilidade ao oxigêcomparado com filmes plásticos usados em embalage



Pululana

Aplicações da Pululana:

pode ser usada como adesivo, ligante, eestabilizante, filmes de revestimento e embaalimentos;

pode também ser usada na obtenção de materibiodegradável, não poluente e comestível.



Celulose Bacteriana

A celulose, polímero insolúvel em água formada por ligaçõglucosídicas, é sintetizada não só por plantas mas tambéorganismos;

poucas bactérias tais como o A c e t o b ac t er x y l in u m , têm a cproduzir celulose;

A produção se dá na forma de uma película extracelular, que ragrega em microfibrilas celulósicas;

a celulose bacteriana é muito similar a celulose de madeira, desfibra de aproximadamente 0,1mm, resultando numa áraproximadamente 300 vezes maior que a encontrada em celulose

Polissacarídeos Especiais



Celulose Bacteriana

Aplicações:

aplicadores tópicos estéreis, pele artificial e adietéticos;

produtos que precisem de poder espessante aconcentrações; interagindo sinergicamente com de viscosidade tais como a xantana e carboximetilc



Tabela 2 – Gomas e suasaplicações industriais

Tabela 3 – Algumas funções e aplicações das gomas em alimentos



Tabela 4 – Principais fatores na seleção de gomas



Polissacarídeos MicrobDepartamento Engenharia Química

Sara H. de Oliveira Maciel – [email protected]

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