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Biopolímeros: São materiais fabricados a partir de Fontes Renováveis (soja, milho, cana-de-açúcar , celulose, quitina, quitosana, soro de leite, etc.) que têm importância estratégica para o futuro, principalmente quando utilizam “energia renovável em todo seu ciclo de vida”,podem ser biodegradáveis e biocompatíveis, o que lhes conferem vasta gama de aplicações.
Surgiram da necessidade de substituir o petróleo na produção dos mais diversos produtos:
Por serem Biodegradáveis, são bem vistos pelos ambientalistas.
PLA (Polilactatos) Polilactatos (Figura 3) são poliésteres alifáticos obtidos por polimerização do ácido lático que pode ser encontrado na forma de dois isômeros ópticos: o L- e D ácido lático.
PA – polímeros de amido. • Polissacarídeos , modificados quimicamente ou não, produzidos a partir de amido extraído de milho, batata, trigo ou mandioca. • É utilizado como embalagem plástica degradável ou comestível.
Desvantagem • O filme de amido perde umidade muito facilmente para o ambiente, o que o torna quebradiço quando exposto a ambientes secos. • Como alternativa, surgiram os compósitos termoplásticos de amido.
Compósitos de amido Matérias-primas principais: • Amido; • Plastificante ( glicerol , sacarose); • Fibras vegetais (bananeira, coco, bambu e cana-de-açúcar).
Classificação • Amido desestruturado ou gelatinizado. • Amido complexado. • Amido modificado .
PHA – polihidroxialcanoato. • Poliéster completamente biodegradável; • Sintetizado por plantas modificadas ou por bactérias; • Atualmente vem sendo obtido a partir de bactérias e alguns vegetais geneticamente modificados.
Prós e contras • A favor: - biodegradabilidade; - redução do impacto ambiental; - substituição a plásticos convencionais e uso na medicina. • Contra: - Alto custo de produção.
Os PHAs são produzidos por bactérias, acumulados como material de reserva energética na forma de grânulos intracelulares, que atingem até 80 % em peso da biomassa bacteriana. • Fonte de carbono: cana de açúcar, material amiláceo, óleos vegetais e efluentes de indústrias de alimentos • Diversos microrganismos Gram-positivos e Gram negativos capazes de acumular PHAs, são encontrados no solo, no mar e em efluentes.
Bactérias com um bom rendimento: • Ralstonia eutropha e Ralstonia eutropha recombinante • Escherichia coli recombinante • Burkholderia sacchari, Burkholderia cepacia • Azotobacter vinelanddi • Pseudomonas olevorans • Methylobacterium organophilum • Bacillus cereus.
Etapas para obtenção de PHAs - Esterilização do Biorreator e Acessórios; - Crescimento e adaptação em pequeno biorreator (fase lag); - Introdução domicroorganismo; - Processo de crescimento de biomassa aeróbico sem limitação de nutrientes e fontes de carbono. - Processo de Produção de Biopolimero ( PHA ) anaeróbico ou aeróbico com limitação de oxigênio ( baixo KLa ). - Limita-se nutrientes essenciais ( um ou vários, como Mg, N, P, S, outros ) e garante umexcesso de fontes de carbono ( carboidratos e ácidos carboxílicos ) ; - Rompimento celular ( Solventes, HLMB, Hidrociclone, moinho de bolas, etc); - Separação, purificação, concentração e secagem do biopolímero.
Crescimento de biomassa - Nesta etapa não há escassez de nutrientes e temos oxigênio dissolvido em concentração ideal para o metabolismo e reprodução celular, o microrganismo não necessita acumular biopolímero como material de reserva, tratando-se de uma etapa prévia para crescimento de biomassa. - A bactéria Ralstonia eutropha catabolisa carboidratos pela via Entner-Doudoroff até piruvato, que pode então ser convertido através de descarboxilação em acetil–CoA que entra no ciclo dos ácidos tricarboxílicos.
Via Entner- Doudoroff • A partir de cada molécula de glicose está via produz duas moléculas de NADPH e uma molécula de ATP para utilizar nas reações biossintéticas celulares. • As bactérias que possuem as enzimas para esta via podem metabolizar a Glicose sem a Glicólise. • Esta via é encontrada em diversas bactérias incluindo: Ralstonia, Rhizobium, Pseudomonas e Agrobacterium.
O processo é dependente da disponibilidade de fontes de Nitrogênio, fósforo e outros nutrientes, além de concentração de oxigênio dissolvido, caso a célula esteja num ambiente limitado em nutrientes essenciais ao seu metabolismo, inicia a produção de reserva energética e de carbono e para o processo reprodutivo, quando então tem inicio a fase de produção de polímero através da via de síntese de PHA , que nos interessa.
Extração do polímero = rompimento celular • Os métodos físicos e mecânicos em geral são mais indicados porque apresentam menores custos e não afetam a integridade química do biopolímero intracelular. • Os métodos físicos podem ser ultra-som, hidrociclone, moinho de bolas prensa de Hughes ou pressão osmótica.
Degradação imprevisível A adição de nanopartículas de argila ao plástico garantem uma resistência extra e taxas de biodegradabilidade maiores.
Xantana • Pode ser obtido de diversas espécies de Xantomonas sendo a fermentação do Xanthomonas campestris a mais utilizada comercialmente. • Cultivo aeróbico de Xanthomonas campestris em um meio que contenha carboidratos e outros nutrientes. • A goma é precipitada com isopropanol, dessecada e logo moida.
Estabilidade A cadeia lateral protege a ligação glicosídica do esqueleto. Grande estabilidade quanto a hidrólise química ou enzimática. Estável frente a diferentes condições: - temperatura: estável frente a uma grande faixa de temperatura 0 a 100 °C (inclusive a microondas); - pH: estável em ampla faixa de pH; - gelo-degelo: estável em ciclos de gelo e degelo; - sinerése.
Solubilidade Facilmente solúvel em água quente ou fria, produzindo alta viscosidade.
Usos • Molhos para saladas • Bebidas • Geléias • Produtos cárneos • Enlatados, • Confeitos • Sopas • Produtos lácteos • Outros
