Produção do bioaroma acetoína a partir de macaxeira avariada por meio de bactérias do gênero Bacillus.

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Produtos Naturais

Autores

Silva, I.J.S. (UFPE) ; Correia, J.L.A. (UFPE) ; Oliveira, D.N.A. (UFPE) ; Marques, O.M. (UFPE) ; Lima, V.F. (UFPE) ; Schuler, A.R.P. (UFPE)

Resumo

Os aromas estão entre os mais valiosos constituintes de alimentos, bebidas, fármacos e cosméticos. As bactérias do gênero Bacillus têm-se mostrado boas produtoras do bioaroma acetoína. A macaxeira representa uma boa matéria-prima para o processo, pois possui amido que pode ser convertido à glicose, e esta por sua vez em acetoína. Em face disso, o presente trabalho teve como objetivo o estudo da produção deste bioaroma pelas bactérias B.licheniformis, B.alvei e B.polymyxa em sistema de batelada, variando as condições operacionais concentração de macaxeira, agitação e pH. A maior formação de acetoína foi obtida na concentração de macaxeira 160 g/L, agitação 200 rpm e pH 7. Entre os micro-organismos estudados, o que apresentou um sutil destaque na produção do bioaroma foi o Bacillus alvei.

Palavras chaves

Acetoína; Macaxeira avariada; Bacillus

Introdução

A aplicação de aromas alimentares produzidos por processos biotecnológicos tem apresentado um crescimento muito elevado tendo em vista a sua classificação como produto “natural”. A acetoína e o diacetil são os responsáveis por parte do aroma da manteiga, queijos e outros derivados do leite, bem como são responsáveis pelo flavor de bebidas alcoólicas. A acetoína, por exemplo, é importante por causa de seu envolvimento com o buquê do vinho (COSTELLI, 2005). Os micro-organismos mais citados na literatura como produtores de acetoína são as bactérias do gênero Bacillus, em especial o Bacillus polymyxa, caracterizado por produzir 2,3-butanodiol e acetoína a partir da glicose, gerando também acetato de etila, etanol, diacetil, ácido láctico, ácido acético, acetona e ácido fórmico (MARIOTTO, 2007; ANDRADE, 2013). Por outro lado, há, na atualmente, grande preocupação com o desenvolvimento de alternativas sustentáveis na destinação final de resíduos agroindustriais. Um resíduo com produção significativa é a macaxeira avariada (a produção total de macaxeira em 2013 foi de 21,2 milhões de toneladas), oriunda de várias etapas da cadeia produtiva deste alimento, entre elas o transporte e o armazenamento em centrais de abastecimento (CAMPANI, 2003; IBGE, 2014). Como este resíduo é rico em amido hidrolisável à glicose, infere-se que ele é um bom substrato para o processo de biossíntese da acetoína, pois além da geração do bioaroma, ocorre a destinação adequada da macaxeira imprópria para o consumo humano. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo apreciar o processo de produção de acetoína a partir de macaxeira avariada por meio de micro-organismos do gênero Bacillus.

Material e métodos

No experimento foram avaliados os seguintes parâmetros: concentração de macaxeira avariada (100, 130 e 160 g/L), agitação dos sistemas durante a incubação (0, 100 e 200 rpm) e pH (4; 5,5 e 7). Além disso, foram testadas três bactérias: Bacillus polymyxa, Bacillus alvei e Bacillus licheniformis. O preparo dos meios foi feito usando macaxeira avariada coletada no Centro de Abastecimento e Logística de Pernambuco – CEASA/PE, localizado no bairro do Curado, cidade do Recife – PE. A macaxeira foi descascada e triturada em liquidificador antes do uso. Após o preparo dos meios, foi realizada a hidrólise ácida do amido usando HCl p. a. em banho-maria a 100°C por 1 hora, na proporção de 8,3 mL de ácido para cada 50 mL de meio. Foi realizada a neutralização usando NaOH 12 M e foram adicionados os nutrientes nas seguintes concentrações: extrato de levedura (13,1 g/L), K2HPO4 (9,16 g/L), (NH4)2HPO4 (2,9 g/L) e (NH4)2SO4 (5,8 g/L). Em cada reator (Erlenmeyer de 125 mL) foi colocado o volume de 50 mL de meio. Realizou-se o ajuste para o pH adequado do teste usando NaOH 12 M ou HCl 1:1 e esterilizou-se em autoclave a 121°C por 15 min. Foi feita a inoculação usando-se 2,5 mL de uma suspensão bacteriana do micro-organismo correspondente na concentração 0,3 da escala de McFarland para cada 50 mL de meio. Incubou-se por 4 dias a 35°C. As amostras foram centrifugadas a 5000 rpm por 10 min e a parte líquida foi filtrada em microfiltro de fibra de vidro. Foi feita a determinação da acetoína formada por meio de um cromatógrafo CG Master, com coluna capilar carbowax, com 30 m, usando hidrogênio como fase móvel e detector de ionização de chama. A determinação da concentração inicial de glicose nos meios após a hidrólise foi feita usando o método de Miller (1959).

Resultado e discussão

Na Figura 1 são exibidas as condições utilizadas em cada ensaio e a concentração de acetoína obtida. Os pontos centrais de concentração de macaxeira, agitação e pH (130 g/L, 100 rpm e 5,5; respectivamente) foram realizados em triplicata. Pode-se averiguar, pela Figura 1, que o pH 4 é totalmente impróprio para produção de acetoína, o que é corroborado por Costelli (2005), que realizou estudo idêntico com o B. polymyxa avaliando os pHs 4,5; 5,0 e 5,5 e obteve maior concentração de acetoína em pH 5,5. Um fator que mostrou-se importante foi a agitação associada a um pH adequado. Em todos os ensaios realizados com agitação em pH maior que 4 houve formação de acetoína. Isso se deve, provavelmente, a maior dissolução de oxigênio no meio promovida pela agitação, o que favorece a formação do produto; este fato também foi observado por Mariotto (2007) em seu trabalho. No tocante a influência da concentração inicial de substrato (glicose), aparentemente este parâmetro não mostrou significância para geração da acetoína, o que é discordante do que foi constatado por Luerce (2002), que realizou ensaios com o B. polymyxa, usando glicose a 30, 40 e 50 g/L, e a produção de acetoína atingiu maiores valores na maior concentração inicial de glicose (50 g/L). Esta ausência de tendência pode ser devida a influência dos outros fatores (pH e agitação) nos ensaios. Levando-se em conta os 3 micro- organismos, percebeu-se que as condições do ensaio 8 (concentração de macaxeira 160 g/L, agitação 200 rpm e pH 7) foram as que proporcionaram maior produção de acetoína, sendo as melhores para este fim entre todas as avaliadas. Além disso, as 3 bactérias estudadas apresentaram desempenho equivalente na síntese do bioaroma, com um sutil destaque do B. alvei no ensaio 8 (19,19 g/L de acetoína).

Conclusões

Considerando as condições operacionais utilizadas nos ensaios, constatou-se que as que apresentaram maior produção de acetoína foram as seguintes: concentração de macaxeira 160 g/L, agitação 200 rpm e pH 7. A maior concentração de macaxeira propicia uma maior oferta de substrato conversível a produto; uma agitação elevada aumenta a solubilidade do oxigênio, o que favorece a geração do bioaroma; o pH próximo à neutralidade é o mais adequado para o metabolismo da maioria das bactérias. O B. alvei apresentou desempenho na produção de acetoína um pouco superior às outras espécies estudadas.

Agradecimentos

À UFPE e em especial ao Departamento de Engenharia Química que forneceu os meios materiais para o desenvolvimento deste trabalho.

Referências

ANDRADE, C. J. Bioprodução de biossurfactantes, enzimas e aromas, associada à utilização de resíduos agroindustriais. Revista Ciência, Tecnologia, Inovação e Oportunidade - CITINO, v. 3, n. 1, p.16 – 37, 2013.

CAMPANI, D. B. Estudo da viabilidade de tratamento por fermentação láctica de resíduos folhosos da CEASA-RS de Porto Alegre. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL, 22º, 2003, Joinvile. Rio de Janeiro: ABES, 2003.

COSTELLI, M. C. 91f. 2005. Cultivo de Bacillus polymyxa para a Produção de Acetoína: Influência do pH e do Tempo de Cultivo do Inóculo. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química). Florianópolis, SC: UFSC, 2005.

INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA - IBGE. Indicadores IBGE: Estatística da Produção Agrícola. Brasília, 2014. Disponível em: < ftp://ftp.ibge.gov.br/Producao_Agricola/Fasciculo_Indicadores_IBGE/estProdAgr_201403.pdf>. Acesso em: 23 julho 2014.

LUERCE, R. F. 83f. 2002. Produção de acetoína por Bacillus polymyxa. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química). Florianópolis, SC: UFSC, 2002.

MARIOTTO, J. R. 92f. 2007. Produção de acetoína e 2,3-butanodiol por Bacillus polymyxa. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química). Florianópolis, SC: UFSC, 2007.

MILLER, G. L. Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugar. Analytical Chemistry, Washington, US, v. 31, n. 3, p. 426- 428, Mar. 1959.