OTIMIZAÇÃO DA PRODUÇÃO DE GOMA XANTANA À PARTIR DE SORO DE LEITE

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1 1 a 4 de setembro de 215 OTIMIZAÇÃO DA PRODUÇÃO DE GOMA XANTANA À PARTIR DE SORO DE LEITE Wisnner M. D. Conceição 1 e Enio N. Oliveira Junior 2 1 Universidade Federal de São João Del Rei, UFSJ/CAP, graduando em Engenharia de Bioprocessos. 2 Universidade Federal de São João Del Rei, Departamento de Química, Biotecnologia e Engenharia de Bioprocessos, Ouro Branco MG. para contato: eniobio@ufsj.edu.br RESUMO A goma xantana é um polissacarídeo produzido por bactérias gram-negativas do gênero Xanthomonas. Esse biopolímero tem grande importância industrial por sua ampla utilidade e por suas características reológicas, uma vez que possui a capacidade de alterar as propriedades básicas da água, além de possuir alta viscosidade em baixas concentrações, estabilidade em uma ampla faixa de temperatura, ph e concentração de sais. O trabalho teve como objetivo avaliar o rendimento da produção de goma xantana pela bactéria Xanthomonas campestris utilizando como substrato alternativo o soro de leite sob diferentes condições de concentração do soro e volume de inóculo. Os resultados foram comparados com a goma produzida a partir de meio padrão de sacarose. A média encontrada pelo experimento com a sacarose foi de,352 g.l -1 e de soro de leite foi de,424 g.l -1. Esse resultado indica que é possível produzir goma xantana a partir do meio alternativo analisado, reduzindo os custos de produção, já que o soro de leite é um subproduto proveniente da agroindústria. 1. INTRODUÇÃO A goma xantana é um biopolímero, produzido por bactérias gram-negativas do gênero Xanthomonas e possui estrutura primária formada por unidades repetidas de pentassacarídeos. Praticamente todas as bactérias desse gênero são fitopatogênicas e infectam grande variedade de plantas, dentre as quais podemos citar o algodão, a couve, o tomate, o pêssego e outras. Essa goma tem grande importância comercial, é atóxica e pode ser utilizada em alimentos. É o polímero mais utilizado em alimentos no Brasil e no mundo, com aprovação pelo FDA (Food and Drug Administration) para utilização como estabilizante, emulsificante e espessante em alimentos. É amplamente utilizada devido às suas características reológicas, como capacidade de alterar as

2 1 a 4 de setembro de 215 propriedades básicas da água, além de possuir alta viscosidade em baixas concentrações, estabilidade em uma ampla faixa de temperatura e concentração de sais (Borges e Vendruscolo, 28; Luvielmo et al., 27; Luvielmo e Scamparini, 29). O objetivo deste trabalho foi à obtenção da goma xantana utilizando um planejamento fatorial no qual variou-se a concentração de fosfato de potássio dibásico K2HPO4 (% m/v) e a concentração de soro de leite (% v/v). 2. MATERIAL E MÉTODOS 2.1. Produção de goma xantana Para a produção da goma xantana utilizou-se uma cepa da bactéria Xanthomonas campestris nº 1537 que foi inoculada em meio padrão de sacarose e meio alternativo de soro de leite em fermentador orbital. Adotou-se um planejamento estatístico DCCR fracionado 2 2 com 4 pontos axiais e triplicata no ponto central, totalizando 11 ensaios. Para o planejamento, foi proposta a variação da concentração de fosfato de potássio dibásico K 2 HPO 4 (% m/v) e do volume de soro (% v/v), conforme mostrado na Tabela 1. As faixas de concentrações de fosfato e volumes de soro adotadas no planejamento fatorial foram selecionadas baseando-se em resultados prévios realizados em nossos laboratórios. O meio alternativo foi composto somente por soro e fosfato e o meio padrão de sacarose foi composto de 2% (m/v) de sacarose,,1% (m/v) de ureia e,1% (m/v) de K 2 HPO 4. O tratamento dos dados foi realizado utilizando-se o software Statistica 7.. Tabela 1. Planejamento experimental variando porcentagem de K 2 HPO 4 (% m/v) e volume de soro (% m/v). Ensaio * 1* 11* Soro (% v/v) -1 (56) (84) -1 (56) (84) (7) (7) -1,41 (5),41 (9) (7) (7) (7) K 2 HPO 4-1 (% m/v) (,3) *Pontos centrais. -1 (,3) (1,7) (1,7) -1,41 (),41 (2) (1,) (1,) (1,) (1,) (1,) 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 3.1. Viscosidade Os resultados das viscosidades das amostras de goma xantana, obtidas a partir dos meios alternativos contendo soro de leite e fosfato são apresentados na Tabela 2.

3 1 a 4 de setembro de 215 Tabela 2. Valores das viscosidades obtidas para soluções aquosas de goma xantana na concentração de,5% (m/v). Amostras Viscosidade aparente (mpa.s) 7, 4,6 7,15 5,26 1,7 2,78 7,54 11,5 7,76 5,16 5,54 Segundo Luvielmo e Scamparini (29), sendo a solução de goma xantana um fluido nãonewtoniano que apresenta características pseudoplásticas, pode-se dizer que a viscosidade diminui com o aumento da taxa de deformação. Observando a Tabela 2, vê-se que o ensaios 8 e 5 apresentam maior viscosidade. O fato do ensaio 8 apresentar a maior viscosidade, mostra que as condições oferecidas para a bactéria foram favoráveis para a maior produção de goma com maior massa molar. Observa-se na superfície de resposta obtida na Figura 1, a partir do modelo empírico que existe uma tendência de se encontrar uma faixa ótima de viscosidade da goma xantana quando diminuise a concentração de fósforo. Desse modo, é necessário diminuir o volume de fósforo para que seja visualizado o ponto ótimo de viscosidade da goma xantana. Figura 1. Superfície de resposta com o comportamento da viscosidade aparente da goma xantana em relação à concentração de soro e fósforo. Através da superfície de resposta pode-se dizer que quanto menor a concentração de fósforo, maior será a viscosidade da goma produzida através do meio alternativo. A concentração de soro não tem muita influência na viscosidade aparente da goma. O diagrama de Pareto mostrado na Figura 2 e a Tabela 3 podem ser analisados a fim de se estudar os níveis de confiança (p <,5) das variáveis estudadas durante o processo.

4 1 a 4 de setembro de 215 Figura 2. Diagrama de Pareto com o comportamento da produção de goma xantana em relação à concentração de fósforo e a concentração de soro de leite. No diagrama de Pareto (Figura 2), pode-se observar que a concentração de fósforo foi o parâmetro com mais significância estatística nestas condições dentro dos resultados de confiança (p <,5). Na Tabela 3, podem-se observar os valores para o F calc e F tab, sendo que F cal c>f tab percebe-se que os resultados são estatisticamente preditivos e signifitavos. Tabela 3. Valores da ANOVA para a viscosidade aparente da goma xantana em relação à concentração de fósforo e concentração do volume de soro. Parâmetro GL SQ QM F calc P Fósforo (L) 1,43195, ,6774,353 Fósforo (Q) 1,53797, ,82545,17856 Concentração de soro (L) 1,6192,6192 4,34417,91564 Concentração de soro (Q) 1,794,794,5643, Fósforo x Concentração de soro 1,38416, ,73172, Resíduo 5,7315,1463 Total 1,62857 *F calc = 39,62851; *F tab(5;5;,5) = 5, Rendimento Na Tabela 4, são apresentados os valores de rendimento encontrados para o meio padrão (sacarose) e o meio alternativo (soro de leite).

5 1 a 4 de setembro de 215 Tabela 4. Valores dos rendimentos de goma xantana produzidas após a fermentação da bactéria Xanthomonas campestris utilizando o meio padrão (sacarose) e o meio alternativo (soro de leite). Substrato Soro de leite Sacarose Ensaios Rendimento (g L -1 ),233,342,498,999,167,785,273,336,297,363,374,322,382 A média da produção de goma xantana utilizando o meio alternativo foi de,424 g.l -1, enquanto que a média da produção de goma utilizando o meio padrão foi de,352 g.l -1, obtendo assim maior produção com o meio alternativo. Tabela 5. Valores da ANOVA para o rendimento da goma xantana em relação à concentração de fósforo e concentração do volume de soro. Parâmetro GL SQ QM Fcalc P Fósforo (L) 1 22, , ,179319,19996 Fósforo (Q) 1 1,251 1,251,99664, Concentração de Soro (L) 1,35689,35689,3472, Concentração de Soro (Q) 1 5, ,24734,51213,56997 Fósforo x Concentração de soro 1 1,553 1,553,15713, Resíduo 5 51,4231 1,2846 Total 1 84,137 *F calc = 3,8697; *F tab(5;5;,5) = 5,5. Na Tabela 5 pode-se ver que o Fcalc < Ftab, e desse modo o resultado encontrado na superfície de resposta não é confiável. Pode-se observar na superfície de resposta da Figura 3, que o rendimento tem um valor máximo quando as concentrações de soro e fósforo são máximas, enquanto que a viscosidade tem valor máximo em baixas concentrações de fósforo. Desse modo, é importante saber qual será a aplicação da goma, para determinar as características necessárias da mesma. Figura 3. Superfície de resposta do rendimento (A) e da viscosidade (B) da goma xantana produzida da bactéria X. campestris em relação ao volume de soro e volume de inóculo.

6 1 a 4 de setembro de 215 É importante destacar que estes resultados foram encontrados para o meio alternativo. Quando se trabalha com o meio padrão, a tendência é produzir soluções altamente viscosas em comparação ao meio alternativo. Isso pode ser explicado pelo fato de que no meio alternativo há maior presença de interferentes no meio alternativo e quando há a flotação da goma xantana após a adição do solvente para a precipitação, estes interferentes como proteínas não consumidas são carreados junto com a goma, produzindo um falso rendimento. Outra explicação é a de que devido às diferentes composições dos meios, as bactérias podem passar por diferentes processos metabólicos ocasionando em gomas de diferentes composições. O soro de leite pode então produzir maior quantidade do biopolímero, porém com menores massas molares e sem a presença de interferentes, ocasionando em viscosidades menores. Já que a massa molar da goma xantana é influenciada pelas condições de fermentação. 4. CONCLUSÃO Os resultados deste estudo mostraram que o soro de leite é uma importante opção como substrato alternativo para a produção da goma xantana, uma vez que a bactéria Xanthomonas campestris apresentou produção com rendimento médio de,424 g.l -1 utilizando o meio alternativo, enquanto que a produção utilizando sacarose obteve um rendimento médio de,352 g.l REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BORGES, C. D.; VENDRUSCOLO, C. T. Goma Xantana: características e condições operacionais de produção. Ciências Biológicas e da Saúde, Londrina, volume 29, número 2, páginas , julho/dezembro, 28. LUVIELMO, M. M.; VENDRUSCOLO, C. T.; SCAMPARINI, A. R. P. Seleção de linhagens de Xanthomonas campestris para a produção de goma xantana. Universidade Estadual de Londrina. Semina: Ciências Exatas e Tecnológicas, Londrina, v. 28, n.2, p , 27. LUVIELMO, M.M.; SCAMPARINI, A.R.P.; Goma xantana: produção, recuperação, propriedades e aplicação. Estudos tecnológicos, vol. 5, n.1, 29. BORGES, C.D.; MOREIRA, A.N.; MOREIRA, A.S.; DEL PINO, F.A.B.; VENDRUSCOLO, C.T. Caracterização de biopolímeros produzidos por Beijerinckia sp.77 em diferentes tempos de cultivo. Ciência e Tecnologia de Alimentos, volume 24, número 3, Campinas, Julho/Setembro, 24.