Maximização dos parâmetros operacionais e comparação de meio para melhoria da produção e acúmulo de P(3HB) por bactérias nativas
Resumo
A crescente preocupação com o impacto ambiental que os descartes de forma errônea dos plásticos de origem petroquímica causam, tem levado a uma busca de matérias-primas que possam substituí-los. Biopolímeros microbianos são polímeros biodegradáveis produzidos em processos fermentativos por microrganismos a partir de matérias-primas renováveis; alguns tem sido estudados e utilizados como substituintes dos plásticos de origem pretroquímica. O poli(3hidroxibutirato) [P(3HB)] é um bioplástico lipofílico da família dos polihidroxialcanoatos com propriedades térmicas e mecânicas semelhantes ao polipropileno. Um dos entraves à sua ampla utilização comercial é normalmente a baixa produção, que eleva seu custo. O rendimento do produto e a produtividade de muitos processos biológicos podem ser substancialmente melhorados, através da composição dos meios de cultivo e dos parâmetros operacionais nos processos fermentativos, como aeração, agitação, temperatura, pH, entre outros. O Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR) é uma ferramenta que começou a ser utilizada há alguns anos, em bioprocessos, mas que ainda não é utilizada rotineiramente. Quando bem conduzido permite ampliar o volume de dados/respostas obtidos em menor tempo, com economia de material. Assim, fez-se, inicialmente, uma ampla revisão bibliográfica sobre a produção de P(3HB), enfatizando as fontes de carbono e nitrogênio utilizados no meio de cultivo e os principais parâmetros operacionais do processo - aeração, agitação, pH, temperatura e tempo. Após, em biorreator de bancada, os parâmetros aeração e agitação na fase de multiplicação celular foram estudados para Ralstonia solanacearum RS. O processo foi realizado utilizando um Delineamento Composto Central Rotacional 22 (DCCR 22). Utilizou-se meio YM modificado e 32 ºC; as variáveis independentes foram agitação (150 a 250 rpm) e aeração (0,3 a 1 vvm), e as dependentes foram densidade óptica (DO600nm), massa celular seca (MCS) e rendimento de P(3HB). Obteve-se os melhores resultados de crescimento celular (DO600nm 18,04 abs e MCS 4,82 g L-1) com a combinação de 1 vvm com 250 rpm. O maior rendimento polimérico foi 45,06 %, com aeração de 1,05 vvm e agitação de 200 rpm. Os modelos matemáticos gerados não foram preditivos e significativos para as variáveis dependentes DO600nm e MCS, somente para o rendimento do P(3HB). A combinação 1 vvm e 250 rpm foi selecionada como padrão na fase de multiplicação celular em biorreator. Obtiveram-se polímeros com polidispersão entre 2,07- 6 e uma massa molar (Da) de 8,7 × 104-1,1 × 105, o que os torna adequados a aplicações nobres e diferenciadasnas áreas médica e farmacêutica, como na fabricação de fios de sutura, enxerto ósseo e liberação controlada de fármacos, as quais requerem polímero de baixa massa molar e a alta polidispersividade é benéfica. Já com Bacillus megaterium CN3 em agitador incubador orbital, realizou-se um estudo referente ao pH inicial do meio YM modificado e à fonte de carbono e na fase de crescimento celular, utilizou-se dois DCCR 22, sendo um para cada açúcar. A temperatura utilizada foi 36 ºC; as variáveis independentes foram sacarose (15 a 45 g L-1) e pH inicial (5,8 a 7,2), e
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glicose (10 a 50 g L-1) e pH inicial (5,5 a 9,5); as dependentes foram pH final, DO600nm, MCS, consumo de açúcar e nitrogênio. Com a combinação selecionada - sacarose 47,1 g L-1 e pH inicial 7,2 – produziu-se inóculo para utilização na fase de produção de polímero, na qual comparou-se os meios quimicamente definidos F4 (fonte de N ureia) e MM (fonte de N sulfato de amônio) e diferentes tempos. O maior acúmulo - 45,1 % de P(3HB) - ocorreu com o meio MM em 24 h. Para ambas bactérias conseguiu-se, mediante o uso do DCCR 22, elevar a produção e rendimento em relação aos resultados anteriores, confirmando a importância dessa ferramenta, tanto para estudo de parâmetros operacionais como para composição de meio. As quantidades produzidas foram satisfatórias para bactérias nativas.