Caracterização do exopolissacarídeo produzido por Mesorhizobium loti Semia 816 a partir de glicerol residual

Abstract

Os exopolissacarídeos (EPSs) são produzidos por uma grande variedade de micro-organismos e possuem propriedades físicas, químicas e estruturais bastante homogêneas. Os polissacarídeos de origem microbiana vêm emergindo como um importante bioproduto para diversos segmentos industriais, inclusive na indústria alimentícia, onde essas macromoléculas podem ser usadas como emulsificantes, estabilizantes, ligantes, agentes gelificantes, coagulantes, lubrificantes, formadores de filme, espessantes e agentes suspensores. Estudos recentes têm mostrado que as bactérias diazotróficas, da família Rhizobiaceae, são capazes de utilizar resíduos industriais como fonte de carbono e produzir EPSs, como o glicerol residual oriundo da produção do biodiesel. Por outro lado, a caracterização química associada ao estudo das propriedades reológicas fornecem informações sobre as possíveis aplicações desses polímeros. Este trabalho teve como objetivo caracterizar o EPS produzido pela bactéria diazotrófica Mesorhizobium loti Semia 816, a partir de glicerol residual como fonte de carbono, em termos de propriedades reológicas, perfil de textura, sinérese dos géis e capacidade emulsificante. As propriedades foram comparadas com as gomas comerciais xantana e gelana. O cultivo foi realizado em frascos agitados, conduzidos em incubadora rotatória a 30°C e 200 rpm utilizando meio de cultivo com a seguinte composição (g L-1): 12,2 glicerol residual; 0,4 KH2PO4; 0,1 K2HPO4; 0,2 MgSO4.7H2O; 0,1 NaCl; 0,4 extrato de levedura; 0,12 MnCl2.4H2O; 0,15 CaCl2.2H2O; pH ajustado em 7,0. O EPS foi recuperado por precipitação com etanol 96%, purificado parcialmente por diálise e liofilizado. A solução a 1% m/v do EPS produzido pela bactéria M. loti Semia 816, assim como as gomas comerciais xantana e gelana, apresentaram um comportamento não-newtoniano. O ajuste ao modelo de Ostwald-de-Waele, com valores de "n" menores que 1 para todas as gomas, confirmaram o comportamento pseudoplástico. As viscosidades observadas para uma taxa de cisalhamento de 38 s-1 foram de 772 mPa.s, 2895 mPa.s e 570 mPa.s, respectivamente, para xantana, gelana e EPS de M. loti Semia 816. A adição de sais aumentou a viscosidade aparente das amostras de xantana e do EPS de M. loti Semia 816, independente do sal adicionado, enquanto que para a goma gelana houve redução da viscosidade. O EPS foi capaz de formar emulsões com diferentes óleos vegetais (arroz, soja, girassol, milho e canola), com valores de índice de emulsificação em 24 h superiores a 65%, com destaque para o óleo de soja (84,1%) e girassol (79,02%). Quanto à sua composição, o EPS de M. loti Semia 816 apresentou teores de proteínas bem superiores (11,31%) aos encontrados na gelana (3,23%) e xantana (5,04%), enquanto que o teor de ácidos urônicos (3,90%) foi similar ao encontrado para xantana (3,50%). Os teores encontrados para açúcares totais foram 82,54% para o EPS de M. loti Semia 816, similar ao da xantana (87,78%), mas diferindo da gelana (91,03%). Os géis de xantana e EPS (1% m/v) demonstraram comportamentos similares quanto aos parâmetros de textura instrumental (dureza, adesividade, elasticidade, coesividade, gomosidade e mastigabilidade), entretanto os géis de gelana (1% m/v) mostraram-se de forma geral mais resistentes. A sinérese dos géis foi baixa, com valores inferiores a 3% após 7 dias de armazenamento. Desta forma, o EPS de M. loti Semia 816 mostrou propriedades similares à goma xantana, portanto com potenciais aplicações em diversas áreas, demonstrando poder constituir uma alternativa a produtos já existentes.

Exopolysaccharides (EPSs) are produced by a wide variety of microorganisms and have fairly homogeneous physical, chemical and structural properties. Microbial polysaccharides have emerged as an important bioproduct for several industrial segments, including the food industry, where these macromolecules can be used as emulsifiers, stabilizers, binders, gelling agents, coagulants, lubricants, film formers, thickeners and suspending agents. Recent studies have shown that diazotrophic bacteria from the Rhizobiaceae family are capable of using industrial wastes as a source of carbon in order to produce EPSs, such as residual glycerol from biodiesel production. On the other hand, the chemical characterization associated with the study of rheological properties provides information about the possible applications of these polymers. This work aimed to characterize the EPS produced by the diazotrophic bacteria Mesorhizobium loti Semia 816, from residual glycerol as a carbon source, in terms of rheological properties, texture profile, gel syneresis, emulsifying capacity, as well as chemical composition. The properties were compared with the commercial xanthan and gellan gums. Cultivation was performed in shaken flasks, carried out in a rotary shaker at 30°C and 200 rpm using culture medium with the following composition (g L-1): 12.2 residual glycerol; 0.4 KH2PO4; 0.1 K2HPO4; 0.2 MgSO4.7H2O; 0.1 NaCl; 0.4 yeast extract; 0.12 MnCl2.4H2O; 0.15 CaCl2.2H2O; pH adjusted to 7.0. EPS was recovered by precipitation with 96% ethanol, partially purified by dialysis and lyophilized. The 1% w/v solution of the EPS produced by M. loti Semia 816, as well as the commercial xanthan and gellan gums, presented a non-newtonian behavior. The adjustment to the Ostwald-de-Waele model, with values of "n" lower than 1 for all gums, confirmed the pseudoplastic behavior. The viscosities observed at a shear rate of 38 s-1 were 772 mPa.s, 2895 mPa.s and 570 mPa.s, respectively, for xanthan, gellan and EPS of M. loti Semia 816. The addition of salts increased the apparent viscosity of the samples of xanthan and EPS samples of M. loti Semia 816, independent of the added salt, whereas for the gellan gum there was a reduction of the viscosity. The EPS was able to form emulsions with different vegetable oils (rice, soybean, sunflower, corn and canola), with values of emulsification index in 24 h above 65%, with emphasis on soybean oil (84.1%) and sunflower oil (79.02%). In relation to its composition, the EPS of M. loti Semia 816 had higher protein content (11.31%) than those found in gellan (3.23%) and xanthan (5.04%), whereas the uronic acid content (3.90%) was similar to that found for xanthan (3.50%). The total sugars content was 82.54% for the EPS of M. loti Semia 816, similar to xanthan gum (87.78%), but different from gellan gum (91.03%). The gels of xanthan and EPS (1% w/v) showed similar behavior regarding the parameters of instrumental texture (hardness, adhesiveness, elasticity, cohesiveness, gumminess and chewing), however gellan gels (1% w/v) were generally more resistant. The syneresis of the gels was low, with values lower than 3% after 7 days of storage. In this way, the EPS of M. loti Semia 816 showed similar properties to xanthan gum, therefore with potential applications in several areas, demonstrating that it could be an alternative to commercial products.