ÁREA
Química Ambiental
Autores
Almeida, J.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ) ; Barros, M.O. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ) ; Lima, F.L.G. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ) ; Damasceno, P.V.T. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ) ; Rosa, M.F. (EMBRAPA AGROINDÚSTRIA TROPICAL) ; Brígida, A.I.S.B. (EMBRAPA AGROINDÚSTRIA TROPICAL)
RESUMO
Os exopolissacarídeos (EPS) são um grupo de biopolímeros ramificados de alto peso molecular que são secretados pelas células para o meio extracelular. Eles podem ser extraídos de plantas e algas, mas também podem ser produzidos a partir da fermentação microbiana de bactérias e fungos. Muitas bactérias promotoras do crescimento vegetal, como as do gênero Bacilos, produzem exopolissacarídeos. Portanto, o objetivo deste trabalho será a identificação e avaliação do potencial de aplicação de EPS produzidos por Bacilos. A fermentação ocorreu em incubadora agitada, sob temperatura e agitação controlada. A quantificação do EPS produzido e a caracterização foi realizada através de açúcares redutores totais, TGA e FTIR. Os estudos mostraram que as cepas escolhidas são capazes de produzir EPS.
Palavras Chaves
Biopolímero; Fermentação; Bacilos
Introdução
Os exopolissacarídeos (EPS) são biopolímeros ramificados, de alto peso molecular, que podem ser produzidos por bactérias, algas, leveduras e fungos. A síntese dos EPS depende de enzimas próprias de determinadas espécies de micro- organismos e esses podem diferir em relação a sua composição monomérica, organização espacial e reatividade com várias proteínas (Welman & Maddox, 2003). Esses polímeros podem ser divididos em dois grupos: homopolissacarídeos, que possuem apenas o mesmo tipo de monossacarídeo na cadeia; e os heteropolissacarídeos, que possuem diferentes tipos de monossacarídeos, podendo variar também o grau de ramificação e o tamanho da cadeia (Ramawat & Mérillon, 2015). As propriedades dos polissacarídeos estão intrinsecamente ligadas à sua composição, massa molecular, conformação, tipos de ligação (SPOTTI; CAMPANELLA, 2017). Desta forma, a alteração desses fatores pode influenciar diretamente nas suas características. Esses polímeros são amplamente estudados na indústria alimentícia, química e farmacêutica devido as suas propriedades de emulsificação, estabilização, floculação, formação de filme, encapsulação e outros(Y. Wang et al., 2008). Além disso podem, também, apresentar propriedades anticancerígenas, antifúngicas, hipoglicêmicas, antimicrobianas, o que o torna um grande elemento de estudo da indútria farmacêutica (SAADAT; KHOSROUSHAHI; GARGARI, 2019). Em particular, alguns EPS microbianos podem ser aplicados no mercado, como goma xantana, goma gelana, carragenana, pululana, levana, curdlana e assim por diante. Esses EPS têm propriedades reológicas e adesivas excepcionalmente altas, e podem ser usados na indústria de alimentos (OZCAN; ONER, 2014). Nesse contexto, este trabalho buscou produzir e caracterizar EPS de duas variedades de bacilos.
Material e métodos
Os experimentos foram realizados com duas cepas de Bacilos, codificadas como CMIAT 506 e CMIAT 507. A partir do meio contendo ágar inclinado, as cepas foram assepticamente transferidas para um Erlenmeyer contendo 50mL de meio definido por Rodriguez & Callieri (1986) e a fermentação foi mantida a 30°C, 200rpm e 24h. Posteriormente, o inóculo foi inserido em outro meio de mesma composição, numa proporção de 10% de inóculo em relação ao volume de meio e mantido a 72h, 30°C e 200rpm. Após a fermentação, foi adicionado 10% (w/v), de volume de caldo, de ácido tricloroacético (TCA) em cada Erlenmeyer e a biomassa foi separada do sobrenadante através de uma centrifugação durante 15min, 3600 rpm e temperatura ambiente. Em seguida, foi adicionado etanol, numa proporção 2:1, ao sobrenadante e foi aguardado o tempo 24h para que o EPS pudesse precipitar. Posteriormente, o etanol residual foi removido através de etapas sucessivas de centrifugação e ao EPS precipitado foi adicionado 30mL de água e 60mL de etanol, sendo mais uma vez deixado para precipitar por 24h. Decorrido esse tempo, o material foi mais uma vez centrifugado e liofilizado para posterior caraterização. Os principais grupos presentes na composição dos EPS foram identificados usando Espectroscopia no Infravermelho com Transformada em Fourier (FTIR). Visando avaliar a estabilidade térmica do material, foi realizada a análise termogravimétrica (TGA) e para determinação dos açúcares totais, foi realizado o método DNS (Miller,1959) com pequenas modificações.
Resultado e discussão
A partir dos ensaios espectroscópicos na região do infravermelho, foi possível
perceber que os polissacarídeos possuem uma grande quantidade de grupos
hidroxila, os quais refletem numa ampla banda de absorção arredondada acima do
comprimento de onda de 3390 cm-1. A banda em torno de 1640 cm-1 indica a
presença de C=C na estrutura do carboidrato, indicando uma molécula de cadeia
insaturada. Deve-se ressaltar também as bandas em torno de 1700cm-1, que se
referem a grupos R-C=O, presentes em ácidos orgânicos, comumente encontrados em
EPS microbianos, como o ácido pirúvico e o ácido urônico. Além disso, nas
regiões consideradas como impressão digital da molécula, foi possível ver bandas
em torno de 900cm-1, que indicam a presença de ligações glicosídicas comumente
relatadas em algumas glucanas (Mohamed et al., 2018). Na análise de TGA é
possível verificar o comportamento térmico do EPS, mostrando, em ambos os
materiais, uma degradação em torno de 240°C, enquanto a literatura reporta EPS
bacteriano que degrada em torno de 180 a 200°C (Chowdhury et al., 2011; Rani et
al., 2017). o teor de açúcares inicial era de aproximadamente 18g.L-1, após as
análises vemos que houve uma redução para 9,7g.L-1 da CMIAT 506 e 12,3g.L-1 da
CMIAT 507. Através desses dados, observa-se que apesar de haver o consumo dos
açúcares presentes no meio, houve uma baixa produção em ambas as cepas
estudadas. Neste caso, faz-se necessário outros testes que possam variar as
condições fermentativas, visando melhoria da produção e consequentemente do
rendimento.
Conclusões
Foi possível produzir exopolissacarídeos por ambas as cepas de bacilos. Os biopolímeros produzidos pela diferentes linhagens estudadas tiveram sua metodologia de purificação definida e sua natureza química confirmada. Os EPS produzidos pelas cepas são semelhantes entre si pela similaridade dos espectros de infravermelho e estabilidade térmica próxima, em torno de 240°C, podendo ser utilizados em indústrias onde o processo não ultrapasse tais temperaturas. Apesar dos baixos valores obtidos de produção, e da limitação do método serão necessários novos estudos visando em melhores resultados.
Agradecimentos
Embrapa Agroindústria Tropical, CAPES, CNPq
Referências
Ale, E. C., Bourin, M. J. B., Peralta, G. H., Burns, P. G., Ávila, O. B., Contini, L., Reinheimer, J., & Binetti, A. G. (2019). Functional properties of exopolysaccharide (EPS) extract from Lactobacillus fermentum Lf2 and its impact when combined with Bifidobacterium animalis INL1 in yoghurt. International Dairy Journal, 96, 114–125.
Ayyash, M., Abu-Jdayil, B., Itsaranuwat, P., Galiwango, E., Tamiello-Rosa, C., Abdullah, H., Esposito, G., Hunashal, Y., Obaid, R. S., & Hamed, F. (2020). Characterization, bioactivities, and rheological properties of exopolysaccharide produced by novel probiotic Lactobacillus plantarum C70 isolated from camel milk. International Journal of Biological Macromolecules, 144, 938–946.
Chowdhury, S. R., Basak, R. K., Sen, R., & Adhikari, B. (2011). Characterization and emulsifying property of a carbohydrate polymer produced by Bacillus pumilus UW-02 isolated from waste water irrigated agricultural soil. International Journal of Biological Macromolecules, 48(4), 705–712.
Feng, X., Ullah, N., Wang, X., Sun, X., Li, C., Bai, Y., Chen, L., & Li, Z. (2015). Characterization of Bacterial Cellulose by Gluconacetobacter hansenii CGMCC 3917. Journal of Food Science, 80(10), E2217–E2227.
Kačuráková, M., & Wilson, R. H. (2001). Developments in mid-infrared FT-IR spectroscopy of selected carbohydrates. Carbohydrate Polymers, 44(4), 291–303.
Miller, G. L. (1959). Use of Dinitrosalicylic Acid Reagent for Determination of Reducing Sugar. Analytical Chemistry, 31(3), 426–428.
Mohamed, S. S., Amer, S. K., Selim, M. S., & Rifaat, H. M. (2018). Characterization and applications of exopolysaccharide produced by marine Bacillus altitudinis MSH2014 from Ras Mohamed, Sinai, Egypt . Egyptian Journal of Basic and Applied Sciences, 5(3), 204–209.
Ozcan, E., & Oner, E. T. (2018). Polysaccharides. In K. G. Ramawat & J.-M. Mérillon (Eds.), Polysaccharides. Springer International Publishing.
Rahbar Saadat, Y., Yari Khosroushahi, A., & Pourghassem Gargari, B. (2019). A comprehensive review of anticancer, immunomodulatory and health beneficial effects of the lactic acid bacteria exopolysaccharides. Carbohydrate Polymers, 217, 79–89.
Ramawat, K. G., & Mérillon, J. M. (2015). Polysaccharides: Bioactivity and biotechnology. Polysaccharides: Bioactivity and Biotechnology, June 2016, 1–2241.
Rani, R. P., Anandharaj, M., Sabhapathy, P., & Ravindran, A. D. (2017). Physiochemical and biological characterization of novel exopolysaccharide produced by Bacillus tequilensis FR9 isolated from chicken. International Journal of Biological Macromolecules, 96, 1–10.
Rodríguez, E., & Callieri, D. A. S. (1986). High yield conversion of sucrose into ethanol by a flocculent Zymomonas sp isolated from sugarcane juice. Biotechnology Letters, 8(10), 745–748.
Sousa, C., Klainer, B., Lima, K., & Pinto, G. (2014). Biomass production from Bacillus sp. RAB9 using several carbon sources. BMC Proceedings, 8(S4), 6561.
Spotti, M. J., & Campanella, O. H. (2017). ScienceDirect Functional modifications by physical treatments of dietary fibers used in food formulations. Current Opinion in Food Science, 15, 70–78.
Tang, W., Dong, M., Wang, W., Han, S., Rui, X., Chen, X., Jiang, M., Zhang, Q., Wu, J., & Li, W. (2017). Structural characterization and antioxidant property of released exopolysaccharides from Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus SRFM-1. Carbohydrate Polymers, 173, 654–664.
Vidhyalakshmi, R., Valli Nachiyar, C., Narendra Kumar, G., & Sunkar, S. (2016). Bacillus circulans exopolysaccharide: Production, characterization and bioactivities. International Journal of Biological Macromolecules, 87, 405–414.
Wang, J., Zhao, X., Yang, Y., Zhao, A., & Yang, Z. (2015). Characterization and bioactivities of an exopolysaccharide produced by Lactobacillus plantarum YW32. International Journal of Biological Macromolecules, 74, 119–126.
Wang, Y., Ahmed, Z., Feng, W., Li, C., & Song, S. (2008). Physicochemical properties of exopolysaccharide produced by Lactobacillus kefiranofaciens ZW3 isolated from Tibet kefir. International Journal of Biological Macromolecules, 43(3), 283–288.
Welman, A. D., & Maddox, I. S. (2003). Exopolysaccharides from lactic acid bacteria: perspectives and challenges. Trends in Biotechnology, 21(6), 269–274.
Zhu, Y., Wang, X., Pan, W., Shen, X., He, Y., Yin, H., Zhou, K., Zou, L., Chen, S., & Liu, S. (2019). Exopolysaccharides produced by yogurt-texture improving Lactobacillus plantarum RS20D and the immunoregulatory activity. International Journal of Biological Macromolecules, 121, 342–349.
