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Poliésteres e polissacarídeos : do xampu ao plástico biodegradável

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Apresentação em tema: "Poliésteres e polissacarídeos : do xampu ao plástico biodegradável"— Transcrição da apresentação:

1 Poliésteres e polissacarídeos : do xampu ao plástico biodegradável
3/25/2017 Graduação em Biotecnologia Disciplina de Biotecnologia Microbiana II Poliésteres e polissacarídeos : do xampu ao plástico biodegradável Michele Pepe Cerqueira 08 de maio de 2012 1

2 Poliésteres Polissacarídeos
Categoria de polímeros que contém o grupo funcional éster em sua cadeia principal. Dos poliésteres sintéticos (plásticos) pode-se destacar o policarbonato e especialmente o politereftalato de etila (PET). Polissacarídeos Os polissacarídeos são macromoléculas formados pela união de muitos monossacarídeos. Podem ser hidrolisados em polissacarídeos menores, assim como em dissacarídeos ou monossacarídeos mediante a ação de determinadas enzimas.

3 POLIÉSTERES BACTERIANOS

4 Consumo de resinas plásticas (kg/hab.ano)
Plásticos Produção plásticos no Brasil  toneladas/ano – 2% produção mundial País Consumo de resinas plásticas (kg/hab.ano) Brasil 10 EUA 70 Europa 46 Japão 54

5 Problemas associados aos plásticos
Descartabilidade muito rápida Dificuldade de degradação no ambiente Relação custo x benefício da reciclagem Uso de recursos não renováveis como matéria prima

6 Problemas associados aos plásticos

7 Problemas associados aos plásticos
IX - geradores de resíduos sólidos: pessoas físicas ou jurídicas, de direito público ou privado, que geram resíduos sólidos por meio de suas atividades, nelas incluído o consumo;

8 Plásticos biodegradáveis
Alternativas Reciclagem ( aplicação, custo) Incorporação de materiais biodegradáveis Amido, polietileno aditivado com amido Plásticos fotodegradáveis CO2 atmosférico Biodegradação Plásticos biodegradáveis Produtos agrícolas Fotossíntese

9 Plásticos biodegradáveis
Apresentam propriedade termoplásticas Características de desempenho semelhantes aos plásticos convencionais Facilmente degradado pela ação dos microrganismo no ambiente – biodegradabilidade Exemplos: polilactato, poliglicolato, poli-e-caprolactona (PCL), álcool polivinílico (PVOH), polihidroxialcanoatos (PHAs)

10 Polihidroxialcanoatos (PHAs)
Grupo diversificado de poliésteres acumulados por inúmeras bactérias Exemplos: poli-3-hidroxibutirado (PHB), poli-3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato (P3HB-co-3HV) São termoplásticos biodegradáveis Sintetizados por fermentação submersa a partir de matérias-primas renováveis Matérias-primas derivadas da agricultura

11 Polihidroxialcanoatos (PHAs)
Polímeros acumulados na forma de grânulos intracelulares Grânulos: reserva de carbono e energia Até 80% da massa seca celular Síntese de PHA: ocorre quando há excesso de carbono e energia e limitação de algum nutriente (N, P, Mg, Fe) Formados por 90 monômeros diferentes Bactéria deve apresentar PHA sintase Podem ser eficientemente produzidos em OGM (ex:E. coli)

12 PHAs sintetizados por bactérias
Substratos Monômeros Alcaligenes eutrophus Frutose 3HB Ácido propiônico 3HB, 3HV 1,5 – pentanodiol 3HB, 3HP 1,4-butanodiol 3HB, 4HB 5-clorovalerato 3HB, 3HV, 5HV Pseudomonas oleovorans Ácido octanóico 3HHx, 3HO, 3HD Ácido nonanóico 3HHx, 3HHp, 3HO Octeno 3HHx, 3HO Ácido 7-metil-octanóico 7Me3HO, 5Me3HHx Pseudomonas putida Ácido 4-hidroxihexanóico 3HB, 3HHx e 4HHx Rhodospirillum rubrum Ácido 4-pentenóico Rhodococcus sp. Haloferax mediterranei Amido Burkholderia sp. Ácido glicônico

13 Microrganismos - PHAs Alcaligenes sp. Pseudomonas sp.
Bactéria gram-negativa, aeróbicas Pseudomonas sp. Bactéria gram-negativa, aeróbia, baciliforme Rhodospirillum sp. Bactéria gram-negativa, anaeróbia facultativa Rhodococcus sp. Bactérias aeróbicas, não-esporulantes, não móveis, Gram-positivas Haloferax sp. Halófilos de ambientes extremamente salinos Burkholderia sp. Bacilos retos, gram-negativos, oxidase e catalase positivos

14 Aplicações - PHAs Filmes para embalagem Plásticos convencionais
Fios de sutura cirúrgica Implantes ósseos Fármacos de liberação lenta Produtos de liberação de reguladores de crescimento de plantas Produtos de liberação de pesticidas

15 Polihidroxibutirado (PHB)
O principal representante dos PHAs Possui propriedades físicas e químicas semelhantes ao polímero sintético (PP) Formado em monômeros de hidroxibutirato - biodegradável São sintetizados no interior de bactérias e armazenados no citoplasma em grânulos

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19 PHB Desafios para produção  redução dos custos
Obtenção de linhagens altamente eficientes na conversão dos substratos em produtos Utilização de substratos de baixo custo Desenvolvimento de processos que permitam explorar ao máximo o potencial da linhagem Desenvolvimento de processos de extração-purificação

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21 Biodegradação - PHAs

22 Polissacarídeos

23 Polissacarídeos Macromoléculas (carboidratos) de alta massa molar
Ex: amido, alginatos, goma arábica, goma guar e goma algaroba Normalmente obtidos de produtos vegetais e de algas marinhas Aplicação na indústria de alimentos, farmacêutica e química

24 Polissacarídeos - Exemplos
Xantana Escleroglucana Zanflo Gelana Goma PS-7 Curdlana Alginato bacteriano Dextrana Glucanas de leveduras de panificação

25 Polissacarídeos microbianos - Vantagens
Propriedades similares aos tradicionais Produção independente das condições climáticas, contaminação marinha, falha nas colheitas Utilização matérias-primas regionais Menos suscetíveis a variabilidade na qualidade

26 Polissacarídeos microbianos
LPS – lipopolissacarídeos  constituintes PC CPS – polissacarídeos capsulares  covalentemente PC Marcadores biológicos EPS – exopolissacarídeos  secretado extracelular Alimentícia, farmacêutica, petrolífera, cosmética, têxtil, tintureira

27 Características - EPS São polissacarídeos de cadeia longa
Provenientes de bactérias, microalgas, leveduras e fungos Superfície celular microbiana Aderência em superfícies sólidas Formação de biofilmes

28 Aplicações - EPS Beneficios à saude – bactérias láticas
Espessantes Estabilizantes Emulsificantes Coagulantes Formadores de filmes Gelificantes Agentes de suspensão Dispersantes Lubrificantes Beneficios à saude – bactérias láticas Atividade imuno-estimulatória Atividade anti-tumoral Reduzir níveis de colesterol

29 Aplicações - EPS Função Uso (%)
Estabilizador, agente de suspensão e dispersante 25 Espessante 23 Agente formador de filmes 17 Agente de retenção de água 12 Coagulante 7 Colóide 6 Lubrificantes 5 Outros

30 Aplicação de goma na indústria de alimentos
Propriedade Função Aumento de viscosidade Espessante, suspender sólidos, estabilizar emulsões Formação de géis Formar géis, suspender sólidos Ligação de água Afetar solubilidade, facilitar a secagem, facilitar a precipitação, evitar a separação Inibição de cristalização Melhorar textura, melhor transparência, induzir maciez Tensoativo Melhorar a formação de espumas, melhorar emulsões, estabilizar espumas Formação de filmes Fixar aromas, encapsulação Reatividade com proteínas Suspender sólidos, melhorar textura, estabilizar espumas, evitar separação de soros Mistura de propriedades Evitar mascaramento de aromas, melhorar clarificação, promover floculação

31 EPS - Microrganismos Xantana – Xanthomonas campestris
Dextrana – Leuconostoc mesenteroides Curdlana – Alcaligenes faecalis Gelana – Sphingomonas paucimobilis

32 EPS – Síntese e cultivo Extração, purificação – processos simples
Produtividade elevada Custos de produção – dependente substratos Glicose, sacarose  fontes C preferenciais Fontes alternativas: melaço, resíduo soja Produção em todas fases de desenvolvimento pH  influência na atividade de enzimas (glicosil-hidrolases) Temperatura ótima – 25 a 45°C

33 EPS - Rendimento Obtenção de mutantes (recombinação gênica)
Uso de tecnologia de DNA recombinante (inserção de genes específicos) Desenvolvimento e seleção de meios de cultivo Maximizar produção, minimizar custos Desenvolvimento de condições e sistema de cultivo mais adequadas

34 Goma Dextrana Polissacarídeo extracelular
D-glucopiranosil Síntese ocorre extracelularmente Subtrato é transformado sem penetrar na célula Enzima dextrana-sacarase, presença de sacarose Enzima atua no meio de cultura Bactéria envolvida: Leuconostoc mesenteroides

35 Síntese - Dextrana Crescimento do microrganismo
Síntese e excreção de dextrana-sacarase Síntese de dextrana pela ação da enzima Precipitação dextrana por metanol/etanol

36 Aplicações - Dextrana Área Uso Alimentícia
Estabilizante e agente de viscosidade Biomedicina Agentes de contraste para imagiologia Fotografia Emulsões de prata para revelação Farmacêutica Componentes de géis em colírios, anticoagulantes Veterinária Estabilizantes

37 Goma Gelana Polissacarídeo de cadeia linear, formado por glicose, ramnose e ácido glicurônio Gel termorreversível quando sofre alteração de temperatura Boa estabilidade – pH e calor Produção relacionada ao crescimento do microrganismo Sphingomonas paucimobilis, Pseudomonas elodea

38 Aplicações - Gelana Área Uso Alimentícia
Retenção de umidade, estabilidade geléias, iogurtes, produtos gelados Microbiologia Substituição do ágar, maior pureza e translucidez Papel Resistência interna do papel e melhor impressibilidade Farmacêutica Pílulas, cápsulas e produtos de higiene pessoal

39 Goma Curdlana Goma de cadeia linear, unidade ß-D-glicose
Características variam de acordo com grau de acetilação Alcaligenes faecalis, Agrobacterium radiobacter Produz gel termorreversível quando submetidos a calor/frio Gel low-set (50-60°C) Termorreversível; similar a agar-agar e gelatina Gel high-set (≥80°C) Firme, resistente, não termorreversível, estabilidade em ampla faixa de temp. congelamento

40 Aplicações - Curdlana Área Uso Alimentícia
Modificador de textura, melhorando a retenção de água (hambúrguer –maciez e textura; sorvete - viscosidade Farmacêutica Medicamentos contra infecções viróticas e bacterianas, agente anticoagulante e antitrombótico

41 Goma Xantana Constituída por glicose, manose e ácido glicurônico
30% das ramificações possuem um grupo piruvato carregado Sua estrutura altamente ramificada e alto peso molecular  confere alta viscosidade Completamente atóxica, usada como aditivo de alimentos Boa estabilidade em ampla faixa de pH e T Xanthomonas sp.

42 Síntese - Xantana Necessita elevada aeração e agitação
Condições: pH neutro, temperatura 28°C Metabólico secundário, acumulação inicia após cessar o crescimento bacteriano Maior quantidade de carbono  acúmulo de produto Tempo de fermentação horas Produção industrial: Kelco, Pfizer, Mero-Rousselot-Satia,

43 Aplicações - Xantana Área Uso Alimentícia
Controlar viscosidade, textura, retenção de aromas, suspensão de sólidos e estabilização de emulsões Higiene Suspensão e espessante de pasta de dente, desodorantes em gel Agricultura Suspensão de compostos químicos Petrolífera Aumento da recuperação de petróleo

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46 Polissacarídeos microbianos
Possuem uma grande e crescente importância no mercado Larga aplicabilidade na industria de alimentos, industria petrolífera, farmacêutica, têxtil, tintas Importância da pesquisa: descoberta de novos biopolímeros e otimização de processos de produção


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