Efeitos das condições de processo na produção de exopolissacarídeos por Mesorhizobium sp. a partir de permeado de soro de queijo

Autor: Sherlen Karine da Cruz

Os exopolissacarídeos (EPS) são polissacarídeos extracelulares produzidos por micro-organismos em resposta a condições ambientais extremas ou a um estresse durante o crescimento microbiano, possuindo diferentes propriedades físico-químicas e estruturais interessantes ao setor industrial. Bactérias diazotróficas vêm sendo estudadas por produzirem quantidades expressivas de EPS, sendo que a maioria dos processos utilizam substratos de custo elevado como manitol, glicose e sacarose. Assim, o emprego de subprodutos ou resíduos agroindustriais tem sido investigado como alternativa. O rendimento e as características dos EPS variam com as condições de cultivo, incluindo a composição do meio, temperatura, pH, agitação e aeração. Dessa forma, o presente estudo buscou otimizar a produção de EPS avaliando como as condições de cultivo da bactéria Mesorhizobium sp. SEMIA 816 afetam o processo, utilizando permeado de soro de queijo (PS) como fonte de carbono. Um planejamento experimental Plackett-Burman (PB) de 20 ensaios, com 4 pontos centrais, foi realizado para avaliar a influência de 12 variáveis na concentração de EPS e biomassa máxima: K2HPO4, KH2PO4, MgSO4.7H2O, NaCl, extrato de levedura (EL), MnCl2.4H2O, CaCl2.2H2O, PS, pH inicial do meio de produção, relação volume inicial de meio:volume de reator (Vi:VR), agitação e temperatura. Analisando os resultados do planejamento experimental, observou-se que a produção de EPS variou de 0 até 9,28 g L-1 e que 10 das 12 variáveis estudadas demonstraram efeitos significativos na resposta, sendo a concentração de PS a mais influente. O aumento das concentrações do K2HPO4, MgSO4.7H2O, CaCl2.2H2O e PS foi positivo. Efeitos contrários foram observados para KH2PO4, EL, CaCl2.2H2O, pH inicial do meio de produção, relação Vi:VR, agitação e temperatura, enquanto as variáveis NaCl e MnCl2.4H2O não influenciaram. Para a concentração de biomassa, que variou de 0,6 a 7,15 g L-1, o incremento nas variáveis MgSO4.7H2O, PS e EL foram significativos e positivos, sendo este último o de maior influência e oposto ao encontrado para a concentração de EPS. O aumento da relação Vi:VR e temperatura influenciaram negativamente a produção de biomassa, e as demais variáveis independentes não influenciaram significativamente nesta resposta. Cultivos subsequentes foram realizados variando a concentração de EL (0,4, 2,2 e 4,0 g L-1) e utilizando as demais variáveis nas melhores condições indicadas no planejamento experimental para aumentar a concentração de EPS. As condições testadas comprovaram os resultados encontrados no planejamento PB, sendo que o aumento da concentração de EL levou a um maior crescimento microbiano (1,25, 2,43 e 3,14 g L-1, respectivamente) e menor produção de EPS (6,92, 3,15 e 0,75 g L-1, respectivamente), sendo essa produção de EPS 19,6% inferior ao alcançado no PB. Dessa forma, as condições de cultivo impactam diretamente a produção de EPS, sendo as concentrações de carboidratos e fonte de nitrogênio de grande influência no processo. Dentre todas condições avaliadas no presente estudo a mais eficaz foi aquela correspondente aos pontos centrais do planejamento PB, com o meio composto por 0,1 g L-1 de K2HPO4, 0,4 g L-1 de KH2PO4, 0,2 g L-1 de MgSO4.7H2O, 0,1 g L-1 de NaCl, 2,2 g L-1 de EL, 0,12 g L-1 de MnCl2.4H2O, 0,15 g L-1 de CaCl2.2H2O e 25 g L-1 de PS, utilizando-se pH inicial 7,0, agitação de 150 rpm, relação Vi:VR 0,2:1 e temperatura de 30 °C, alcançando em média 8,61 g L-1 de EPS em 96 h e 3,04 g L-1 de biomassa máxima em 72 h.

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