Kombucha: Síntese e caracterização de celulose bacteriana

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Materiais

Autores

Pessoa Júnior, W.A.G. (IFAM CMDI) ; Takeno, M.L. (IFAM CMDI) ; Manzato, L. (IFAM CMDI)

Resumo

A celulose bacteriana (CB) tem provado ser um biomaterial notavelmente versátil já que pode ser usado em diversas aplicações, tais como produtos de papel, eletrônica e acústica. Destaca-se ainda o seu uso em dispositivos biomédicos devido às suas propriedades correlatas e a sua nanoestrutura única. Atualmente a CB encontra obstáculos para aplicação comercial visto o alto custo agregado para sua produção. Neste contexto, o presente trabalho tem por objetivo a síntese e caracterização de CB, de baixo custo, utilizando como precursor a kombucha. A celulose obtida foi caracterizada por meio da técnica de Difração de Raio X e o método de Rietveld. Os resultados adquiridos confirmaram a obtenção da CB pelo cultivo da kombucha através de um processo simples e viável economicamente.

Palavras chaves

Celulose bacteriana; Kombucha; Acetobacter xylinum

Introdução

A celulose (C₆H₁₀O₅) é o polímero mais abundante no mundo, de baixo custo e facilmente encontrada em plantas e/ou seus resíduos, fungos, protozoários e procariontes. Este polímero é o principal componente da parede celular de plantas contendo lignina, pectina e hemicelulose e para se obtê-lo puro há a necessidade de um processo químico (SUN et al, 2008). Embora a parede celular de plantas seja o maior contribuinte de celulose, vários tipos de bactérias são capazes de produzir celulose como fonte alternativa. A CB exibe inúmeras propriedades, devido a sua estrutura que consiste apenas no monômero β-1→4 glucose, tais como: nanoestrutura única (CHEN et al, 2010), alta capacidade de retenção de água (SAIBUATONG et al, 2010), alto grau de polimerização (SANI et al, 2010), elevada resistência mecânica (CASTRO et al, 2011) e elevada cristalinidade (KESHK, 2014). Nos últimos 20 anos há um crescimento exponencial da comunidade científica em estudos correlatos a CB e seus derivados, pois há um futuro promissor para diversas aplicações, dentre elas destacamos a biomédica, eletrônica e industrial de alimentos (SHAH et al, 2013; ZHU et al, 2010). Atualmente a CB encontra obstáculos para aplicação comercial visto o preço alto agregado para sua produção. Alto custo e baixo rendimento têm limitado a produção industrial da CB e sua aplicação comercial (ESA et al., 2014). Mediante o exposto, este trabalho tem por objetivo obter CB utilizando como precursor a kombucha, que representa uma relação entre bactérias, dentre elas temos a Gluconacetobacter xylinus (Gx), e leveduras (REISS et al., 1994). Ressalta-se que a kombucha é de baixo custo tanto na sua aquisição como fermentação, assim sendo, é possível viabilizar o uso da CB em escala industrial.

Material e métodos

Obtenção da Celulose Bacteriana O processo da obtenção da celulose bacteriana (CBK) se dá da seguinte forma: Quatro sachês de chá preto (6,4 g) foram adicionados em água destilada em ebulição durante 5 minutos. Logo após, o líquido obtido na etapa anterior foi filtrado e transferido para um recipiente de vidro. Adicionou-se então 100 g de açúcar e 100 ml de vinagre de maçã e mexeu-se por 5 minutos. Depois a kombucha foi colocada no centro do recipiente, tampou-se com um pano de algodão e deixou-se fermentar. O tempo de fermentação foi de 14 dias. Após esse período, uma película foi retirada, lavada e seca a 45°C em estufa de circulação de ar. Branqueamento da CBK Após a secagem da CBK, foi adicionado 400 ml de hipoclorito de sódio (NaClO) e deixado em repouso por 24 h. Caracterização da CBK Para a caracterização da CBK utilizou-se a técnica de difração de raios X (DRX, BRUKER D2 Phaser, fenda de 0,6 mm, radiação de Cu Kα, 30 kV, 10 mA, faixa de varredura 10 a 70°). Para análise pelo método de Rietveld foi utilizado o software TOPAS cuja função de background foi a de Chebyshev e a função de perfil Pseudo-Voigt do qual foi possível obter os parâmetros de rede, o tamanho de cristalito e a cristalinidade da celulose bacteriana antes e depois de branqueada.

Resultado e discussão

Na Figura 1a temos o difratograma da CBK antes e após o processo de branqueamento. Comparando os picos característicos obtidos da CBK podemos denominá-la como celulose tipo Iα (FRENCH, 2014). É possível observar que há uma maior definição dos picos na CBK branqueada, pois o branqueamento foi eficaz na retirada de materiais amorfos indicando uma maior cristalinidade e consequentemente maior teor de celulose (CARMONA et al, 2011). Os gráficos exibidos nas Figuras 1b e 1c correspondem ao refinamento pelo método de Rietveld da CBK antes e após o processo de branqueamento, respectivamente. É possível observar um bom ajuste quando comparada a diferença (linha azul) entre os difratogramas observado (linha preta) e calculado (linha vermelha) pelo software TOPAS. Os Parâmetros estatísticos R_wp R_p e R_exp também indicam que um bom ajuste foi alcançado (HILL e FLACK, 1987). A CBK apresentou estrutura semicristalina onde as regiões cristalinas são agrupadas em núcleos chamados cristalitos. Estes cristalitos, por sua vez, estão rodeados por regiões amorfas (EK et al, 1994). Os tamanhos de cristalito encontrados para a CBK antes e após o processo de branqueamento foram de 151 nm e 129 nm, respectivamente, obtidos no TOPAS através do método de SCHERRER (CULLITY, 1957). Na Tabela 1 temos o percentual de cristalinidade obtido pelo método single line fitting implementado no programa TOPAS e os parâmetros de rede da estrutura antes e após o branqueamento.

Fig 1a) DRX da KBC antes e após o branqueamento; Método de Rietveld da KBC antes (1b) e depois (1c) do branqueamento.


Grau de cristalinidade e parâmetros estruturais da CBK antes e após o processo de branqueamento.

Conclusões

Foi observado através dos difratogramas que é possível obter celulose bacteriana pelo cultivo da kombucha por meio de um processo simples e de baixo custo. Também se observou que o processo de branqueamento influencia no aumento do grau de cristalinidade da CBK. Estes resultados indicam uma potencial utilização da CBK em estudos para obtenção de nanocelulose e nanocompósitos e aplicação em dispositivos biomédicos.

Agradecimentos

Os autores agradecem o suporte financeiro das agências Brasileiras CNPq, CAPES e FAPEAM e ao Laboratório de Síntese e Caracterização de Nanomateriais - IFAM CMDI.

Referências

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