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PoliPoliéésteres e polissacarsteres e polissacaríídeos : do deos : do
xampu ao plxampu ao pláástico biodegradstico biodegradáável vel
Michele Pepe Cerqueiramicpepe2@yahoo.com.br
02 de julho de 2013
Graduação em BiotecnologiaDisciplina de Biotecnologia Microbiana II
PolissacarídeosOs polissacarídeos são macromoléculas formados pela união de muitos monossacarídeos. Podem ser hidrolisados em polissacarídeos menores, assim como em dissacarídeos ou monossacarídeos mediante a ação de determinadas enzimas.
Poliésteres Categoria de polímeros que contém o grupo funcional éster em sua cadeia principal. Dos poliésteres sintéticos (plásticos) pode-se destacar o policarbonato e especialmente o politereftalato de etila (PET).
Plásticos• Produção plásticos no Brasil � 2.000.000
toneladas/ano – 2% produção mundial
54Japão
46Europa
70EUA
10Brasil
Consumo de resinas plásticas (kg/hab.ano)
País
Problemas associados aos plásticos
• Descartabilidade muito rápida
• Dificuldade de degradação no ambiente
• Relação custo x benefício da reciclagem
• Uso de recursos não renováveis como matéria prima
Problemas associados aos plásticos
IX - geradores de resíduos sólidos: pessoas físicas ou jurídicas, de direito público ou privado, que geram resíduos sólidos por meio de suas atividades, nelas incluído o consumo;
Alternativas
• Reciclagem ( aplicação, custo)• Incorporação de materiais biodegradáveis
– Amido, polietileno aditivado com amido
• Plásticos fotodegradáveis
CO2 atmosférico
Biodegradação
Plásticos biodegradáveis
Produtos agrícolas
Fotossíntese
Plásticos biodegradáveis
• Apresentam propriedade termoplásticas
• Características de desempenho semelhantes aos plásticos convencionais
• Facilmente degradado pela ação dos microrganismo no ambiente –biodegradabilidade
• Exemplos: polilactato, poliglicolato, poli-e-caprolactona (PCL), álcool polivinílico (PVOH), polihidroxialcanoatos (PHAs)
Polihidroxialcanoatos (PHAs)
• Grupo diversificado de poliésteres acumulados por inúmeras bactérias– Exemplos: poli-3-hidroxibutirado (PHB), poli-3-
hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato (P3HB-co-3HV)
• São termoplásticos biodegradáveis
• Sintetizados por fermentação submersa a partir de matérias-primas renováveis– Matérias-primas derivadas da agricultura
Polihidroxialcanoatos (PHAs)• Polímeros acumulados na forma de grânulos
intracelulares– Grânulos: reserva de carbono e energia
• Até 80% da massa seca celular
• Síntese de PHA: ocorre quando há excesso de carbono e energia e limitação de algum nutriente (N, P, Mg, Fe)
• Formados por 90 monômeros diferentes
• Bactéria deve apresentar PHA sintase• Podem ser eficientemente produzidos em OGM (ex:E.
coli)
PHAs sintetizados por bactérias
3HB, 3HPÁcido glicônicoBurkholderia sp.3HB, 3HVAmidoHaloferax mediterranei
3HB, 3HVFrutoseRhodococcus sp.
3HB, 3HVÁcido 4-pentenóicoRhodospirillum rubrum3HB, 3HHx e 4HHxÁcido 4-hidroxihexanóicoPseudomonas putida
7Me3HO, 5Me3HHxÁcido 7-metil-octanóicoPseudomonas oleovorans3HHx, 3HOOctenoPseudomonas oleovorans
3HHx, 3HHp, 3HOÁcido nonanóicoPseudomonas oleovorans3HHx, 3HO, 3HDÁcido octanóicoPseudomonas oleovorans
3HB, 3HV, 5HV5-clorovaleratoAlcaligenes eutrophus
3HB, 4HB1,4-butanodiolAlcaligenes eutrophus3HB, 3HP1,5 – pentanodiolAlcaligenes eutrophus
3HB, 3HVÁcido propiônicoAlcaligenes eutrophus3HBFrutose Alcaligenes eutrophus
MonômerosSubstratosBactérias
Microrganismos - PHAs• Alcaligenes sp.
• Bactéria gram-negativa, aeróbicas
• Pseudomonas sp.• Bactéria gram-negativa, aeróbia, baciliforme
• Rhodospirillum sp.• Bactéria gram-negativa, anaeróbia facultativa
• Rhodococcus sp.• Bactérias aeróbicas, não-esporulantes, não móveis, Gram-
positivas
• Haloferax sp.• Halófilos de ambientes extremamente salinos
• Burkholderia sp.• Bacilos retos, gram-negativos, oxidase e catalase positivos
Aplicações - PHAs• Filmes para embalagem
• Plásticos convencionais
• Fios de sutura cirúrgica
• Implantes ósseos
• Fármacos de liberação lenta
• Produtos de liberação de reguladores de crescimento de plantas
• Produtos de liberação de pesticidas
Polihidroxibutirado (PHB)
• O principal representante dos PHAs
• Possui propriedades físicas e químicas semelhantes ao polímero sintético (PP)
• Formado em monômeros de hidroxibutirato -biodegradável
• São sintetizados no interior de bactérias e armazenados no citoplasma em grânulos
PHB
• Desafios para produção � redução dos custos– Obtenção de linhagens altamente eficientes na
conversão dos substratos em produtos
– Utilização de substratos de baixo custo
– Desenvolvimento de processos que permitam explorar ao máximo o potencial da linhagem
– Desenvolvimento de processos de extração-purificação
Polissacarídeos
• Macromoléculas (carboidratos) de alta massa molar
• Ex: amido, alginatos, goma arábica, goma guar e goma algaroba
• Normalmente obtidos de produtos vegetais e de algas marinhas
• Aplicação na indústria de alimentos, farmacêutica e química
Polissacarídeos - Exemplos• Xantana• Escleroglucana• Zanflo• Gelana• Goma PS-7• Curdlana• Alginato bacteriano• Dextrana• Glucanas de leveduras de panificação
Polissacarídeos microbianos -Vantagens
• Propriedades similares aos tradicionais
• Produção independente das condições climáticas, contaminação marinha, falha nas colheitas
• Utilização matérias-primas regionais
• Menos suscetíveis a variabilidade na qualidade
Polissacarídeos microbianos
• LPS – lipopolissacarídeos � constituintes PC
• CPS – polissacarídeos capsulares �
covalentemente PCMarcadores biológicos
• EPS – exopolissacarídeos � secretado extracelular
Alimentícia, farmacêutica, petrolífera, cosmética, têxtil, tintureira
Características - EPS
• São polissacarídeos de cadeia longa
• Provenientes de bactérias, microalgas, leveduras e fungos
• Superfície celular microbiana
• Aderência em superfícies sólidas
• Formação de biofilmes
Aplicações - EPS
• Espessantes
• Estabilizantes
• Emulsificantes
• Coagulantes
• Formadores de filmes
• Gelificantes
• Agentes de suspensão
• Dispersantes
• Lubrificantes
Beneficios à saude –bactérias láticas
• Atividade imuno-estimulatória
• Atividade anti-tumoral
• Reduzir níveis de colesterol
Aplicações - EPS
5Outros
5Lubrificantes
6Colóide
7Coagulante
12Agente de retenção de água
17Agente formador de filmes
23Espessante
25Estabilizador, agente de suspensão e
dispersante
Uso (%)Função
Aplicação de goma na indústria de alimentos
Evitar mascaramento de aromas, melhorar clarificação, promover floculação
Mistura de propriedades
Suspender sólidos, melhorar textura, estabilizar espumas, evitar separação de soros
Reatividade com proteínas
Fixar aromas, encapsulaçãoFormação de filmes
Melhorar a formação de espumas, melhorar emulsões, estabilizar espumas
Tensoativo
Melhorar textura, melhor transparência, induzir maciez
Inibição de cristalização
Afetar solubilidade, facilitar a secagem, facilitar a precipitação, evitar a separação
Ligação de água
Formar géis, suspender sólidosFormação de géis
Espessante, suspender sólidos, estabilizar emulsões
Aumento de viscosidade
Função Propriedade
EPS -Microrgan
ismos
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EPS – Síntese e cultivo
• Extração, purificação – processos simples
• Produtividade elevada
• Custos de produção – dependente substratos• Glicose, sacarose � fontes C preferenciais
• Fontes alternativas: melaço, resíduo soja
• Produção em todas fases de desenvolvimento
• pH � influência na atividade de enzimas (glicosil-hidrolases)
• Temperatura ótima – 25 a 45°C
EPS - Rendimento
• Obtenção de mutantes (recombinação gênica)
• Uso de tecnologia de DNA recombinante (inserção de genes específicos)
• Desenvolvimento e seleção de meios de cultivo• Maximizar produção, minimizar custos
• Desenvolvimento de condições e sistema de cultivo mais adequadas
Goma Dextrana
• Polissacarídeo extracelular• D-glucopiranosil
• Síntese ocorre extracelularmente– Subtrato é transformado sem penetrar na célula
• Enzima dextrana-sacarase, presença de sacarose– Enzima atua no meio de cultura
• Bactéria envolvida: Leuconostoc mesenteroides
Síntese - Dextrana
Crescimento do microrganismo
Síntese e excreção de dextrana-sacarase
Síntese de dextrana pela ação da enzima
Precipitação dextrana por metanol/etanol
Aplicações - Dextrana
Estabilizantes Veterinária
Componentes de géis em colírios,
anticoagulantes
Farmacêutica
Emulsões de prata para revelaçãoFotografia
Agentes de contraste para imagiologiaBiomedicina
Estabilizante e agente de viscosidadeAlimentícia
UsoÁrea
Goma Gelana
• Polissacarídeo de cadeia linear, formado por glicose, ramnose e ácido glicurônio
• Gel termorreversível quando sofre alteração de temperatura
• Boa estabilidade – pH e calor
• Produção relacionada ao crescimento do microrganismo
• Sphingomonas paucimobilis, Pseudomonas elodea
Aplicações - Gelana
Pílulas, cápsulas e produtos de higiene
pessoal
Farmacêutica
Resistência interna do papel e melhor
impressibilidade
Papel
Substituição do ágar, maior pureza e
translucidez
Microbiologia
Retenção de umidade, estabilidade
geléias, iogurtes, produtos gelados
Alimentícia
UsoÁrea
Goma Curdlana• Goma de cadeia linear, unidade ß-D-glicose
• Características variam de acordo com grau de acetilação
• Alcaligenes faecalis, Agrobacterium radiobacter• Produz gel termorreversível quando submetidos
a calor/frio– Gel low-set (50-60°C)
– Termorreversível; similar a agar-agar e gelatina
– Gel high-set (≥80°C)• Firme, resistente, não termorreversível, estabilidade em
ampla faixa de temp. congelamento
Aplicações - Curdlana
Medicamentos contra infecções
viróticas e bacterianas, agente
anticoagulante e antitrombótico
Farmacêutica
Modificador de textura, melhorando a
retenção de água (hambúrguer –maciez
e textura; sorvete - viscosidade
Alimentícia
UsoÁrea
Goma Xantana
• Constituída por glicose, manose e ácido glicurônico
• 30% das ramificações possuem um grupo piruvato carregado
• Sua estrutura altamente ramificada e alto peso molecular � confere alta viscosidade
• Completamente atóxica, usada como aditivo de alimentos
• Boa estabilidade em ampla faixa de pH e T
• Xanthomonas sp.
Síntese - Xantana• Necessita elevada aeração e agitação
• Condições: pH neutro, temperatura 28°C
• Metabólico secundário, acumulação inicia após cessar o crescimento bacteriano
• Maior quantidade de carbono � acúmulo de produto
• Tempo de fermentação 48-96 horas
• Produção industrial: Kelco, Pfizer, Mero-Rousselot-Satia,
Aplicações - Xantana
Aumento da recuperação de petróleoPetrolífera
Suspensão de compostos químicosAgricultura
Suspensão e espessante de pasta de
dente, desodorantes em gel
Higiene
Controlar viscosidade, textura,
retenção de aromas, suspensão de
sólidos e estabilização de emulsões
Alimentícia
UsoÁrea
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