Produção de exopolissacarídeos bacterianos a partir de glicerol residual gerado na síntese de biodiesel

Abstract

A busca por combustíveis alternativos, tais como os biocombustíveis, torna-se necessária devido à crescente demanda por combustíveis em todos os setores da atividade humana, sendo que quase toda energia consumida no mundo provém do petróleo, uma fonte limitada, que emite grande quantidade de gases poluentes. Devido à grande diversidade de culturas oleoginosas no país, o Brasil demonstra potencial para substituição do diesel pelo biodiesel. No processo de obtenção deste, o óleo vegetal sofre uma transesterificação, sob a ação de um catalisador básico e na presença de um álcool, formando três moléculas de ésteres metílicos ou etílicos de ácidos graxos, que constituem o biodiesel em sua essência, liberando uma molécula de glicerol, que é o coproduto mais abundante desta reação. Sendo assim, a utilização do glicerol residual é uma ótima alternativa para agregar valor à cadeia produtiva do biodiesel, minimizar os danos de um possível descarte inadequado, além de diminuir os custos do processo. Com este intuito, este trabalho propõe o uso do glicerol residual como fonte de carbono para produção de exopolissacarídeos (EPSs). Para tal, foram utilizadas linhagens de bactérias mencionadas na literatura como produtoras de EPSs de importância comercial, sendo elas: Xanthomonas campestris pv. mangiferaeindicae IBSBF 1230, Pseudomonas oleovarans NRRL B-14683, Sphingomonas capsulata NRRL B-4261 e Zymomonas mobilis NRRL B-4286. Os cultivos foram realizados em meio apropriado para cada micro-organismo, e como fontes de carbono foram testadas a sacarose, o glicerol residual e uma mistura de ambos na proporção de 1:1 m/m. Os meios foram inoculados com suspensão da bactéria em estudo, sendo avaliados parâmetros relativos ao crescimento celular e à produção de EPSs. Para X. campestris pv. mangiferaeindicae, foram determinadas algumas propriedades reológicas e térmicas dos EPSs produzidos com as diferentes fontes de carbono, bem como o índice de emulsificação com diferentes óleos vegetais. X. campestris apresentou uma concentração de EPSs em torno de 4 g.L-1 em todos os meios estudados, comportamento similar ao da bactéria P. oleovorans, diferindo apenas no meio contendo sacarose (0,8 g.L-1 ). S. capsulata apresentou uma maior concentração de EPSs em meios contendo sacarose e a mistura de sacarose com glicerol residual, em torno de 3,4 g.L-1 , e em meio contendo glicerol residual este valor caiu para 1,7 g.L-1 . Já Z. mobilis apresentou um melhor resultado em meio contendo sacarose e glicerol residual, atingindo 1,3 g.L-1 , sendo que em meio contendo somente sacarose e glicerol residual estes valores foram inferiores alcançando 0,2 e 0,7 g.L-1 , respectivamente. Quase todas as bactérias atingiram a fase estacionária em 24 h de cultivo e o pH permaneceu praticamente constante, sendo verificada uma queda mais acentuada somente para Z. mobilis. O comportamento reológico foi similar para as xantanas produzidas nos diferentes meios, entretanto a viscosidade inicial foi maior com o meio a sacarose (637 cP), seguido da mistura de sacarose com glicerol residual (279 cP) e glicerol residual (60 cP). O IE24 foi superior quando utilizado o óleo de milho, atingindo valores de 97, 72 e 64 % em sacarose, mistura de sacarose com glicerol e glicerol residual, respectivamente. Desta forma, pode-se afirmar que a mudança na fonte de carbono afeta estas propriedades.

The search for alternative fuels, such as biofuels, becomes necessary due to increased demand for fuel in all sectors of human activity, and almost all energy consumed in the world comes from petroleum, a limited supply, which emit large quantities of greenhouse gases. Due to the great diversity of oilseeds crops, Brazil has demonstrated potential for substitution of diesel by biodiesel. The oil is submitted to a transesterification reaction with the action of an alkaline catalyst and in the presence of an alcohol, forming three molecules of methyl or ethyl esters of fatty acids, which constitute the biodiesel, generating a molecule of glycerol, which is the most abundant byproduct of this reaction. Thus, the use of raw glycerol is a great alternative to add value to the biodiesel production chain, minimizing the damage of a possible improper disposal, and reducing process costs. For this purpose, this work proposes the use of raw glycerol as a carbon source for the production of exopolysaccharides (EPSs). Bacterial strains used were mentioned in the literature as producers of EPSs with commercial importance: Xanthomonas campestris pv mangiferaeindicae IBSBF 1230, Pseudomonas oleovarans NRRL B-14683, Sphingomonas capsulata NRRL B-4261 and Zymomonas mobilis NRRL B- 4286. The cultivation was carried out for each micro-organism using an appropriated medium and, as carbon sources, sucrose, raw glycerol and a mixture of sucrose with raw glycerol (1:1 w/w) were tested. Some parameters related to cellular growth and EPSs production were evaluated. For X. campestris, some thermal and rheological properties as well as the emulsification index, were determined. X. campestris showed a concentration of EPSs around 4 g.L-1 in all studied media, similar to P. oleovorans behavior, differing only in medium composed of sucrose (0.8 g.L-1 ). S. capsulata showed a higher concentration of EPSs in the media composed by sucrose only and a mixture of both components, reaching around 3.4 g.L -1 , and with raw glycerol this value changed to 1.7 g.L-1 . Z. mobilis showed better results with a mixture of sucrose with raw glycerol, reaching 1.3 g.L-1 , and with the use of raw glycerol and sucrose only, these values dropped to 0.2 and 0.7 g L-1 , respectively. Almost all bacteria reached the stationary phase at 24 h of cultivation and pH remained almost constant, being checked a sharper decline only Z. mobilis. The rheological behavior was similar to xanthan produced in different ways, however, the initial viscosity was higher with sucrose medium (637 cP), followed by a mixture of sucrose with raw glycerol (279 cP) and raw glycerol (60 cP). The IE24 was superior when used corn oil, reaching values of 97, 72 and 64% in sucrose, a mixture of sucrose with raw glycerol and raw glycerol, respectively. Thus, it can be stated that the change in carbon source affects these properties.