Aproveitamento de soro de queijo para produçÃo de goma xantana



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APROVEITAMENTO DE SORO DE LEITE PARA PRODUÇÃO DE POLISSACARÍDEOS

Marceli Fernandes Silva1;

Helen Treichel2

RESUMO
Goma xantana é um polissacarídeo extracelular sintetizado por bactérias do gênero Xanthomonas e de extrema importância no aspecto comercial como polissacarídeo microbiano. O soro de leite possui proteínas de alto valor biológico e, na maioria das indústrias de processamento de leite, é tratado como resíduo e descartado inadequadamente. O objetivo deste trabalho foi produzir goma xantana utilizando soro de leite como substrato, sendo que foram testados soros de queijo tipo prato e mussarela. Utilizou-se no estudo as linhagens de Xanthomonas campestris pv mangiferaeindicae 1230 e Xanthomonas campestris pv. Manihotis 1182. O meio otimizado para produção foi soro de leite, adicionado de sais como MgSO4.7H2O e K2HPO4. A produtividade máxima obtida, após a realização de planejamentos experimentais seqüenciais, foi de 26,35 g.L-1, em soro de leite mussarela na linhagem 1182. Os ensaios foram realizados em triplicata e os resultados foram avaliados estatisticamente através de teste de Tukey. Análises de viscosidade aparente foram feitas em soluções aquosas e salinas de goma a 3% a 25ºC com taxa de cisalhamento de 13,2s-1..A composição de monossacarídeos foi estudada através de HPLC onde foram encontradas glicose e manose em todas as gomas sintetizadas, nas com X. campestris pv mangiferaeindicae foi observada ainda a presença de ramnose.


Palavras-chave: goma xantana, soro de leite, Xanthomonas campestris
ABSTRACT
Xanthan gum is an extracellular polysaccharide synthesized by Xanthomonas bacteria and of extreme commercial importance as a microbial polysaccharide. Cheese whey has proteins of high biological value and, in most of dairy industries, it is treated as residue and inadequately discarded. Besides damaging the environment, its disposal is an unacceptable wastefulness due to its nutritionals characteristics. The aim of this work was to produce xanthan gum using cheese whey as substrate, testing “prato” and mussarela cheese whey. Xanthomonas campestris pv mangiferaeindicae 1230 and Xanthomonas campestris pv manihotis 1182 strains were used and were supplied by the Biological Institute - Campinas, SP. The optimized medium for production was cheese whey, MgSO4.7H2O 0.1% and K2HPO4 2%. The maximum productivity was 26.35 g.L-1, The results found in this work were superior of those found in literature when using cheese whey for production of xanthan gum. Analysis of apparent viscosity was made in aqueous and saline solutions of gum at 3%, 25ºC with shear rate of 13,2s-1 , where the maximum viscosity found was of 61,35 m.Pa.s.The addition of different types of salt increased apparent viscosity. Significant differences in productivity and apparent viscosity have not occurred between media with mussarela or “prato” whey as well as between the two Xanthomonas strains studied. The composition of monossaccharide was studied through HPLC. Glucose and mannose were found in all synthesized gums. In gums synthesized by X. campestris pv mangiferaeindicae 1230 the presence of rhamnose was still observed.
Palavras-chave: xanthan gum, cheese whey, Xanthomonas campestris


  1. INTRODUÇÃO

Biopolímeros microbianos são macromoléculas formadas por monossacarídeos e derivados ácidos, podendo ser sintetizados por bactérias, fungos e leveduras. Os biopolímeros encontram vasto campo de aplicação nos mais variados ramos industriais, sendo que suas características reológicas são dependentes da composição química (SUTHERLAND, 1982).

A goma xantana é um biopolímero produzido por bactérias gram-negativas do gênero Xanthomonas (PAPAGIANNI et al., 2001). Possuem estrutura primária formada por unidades repetidas de pentassacarídeos formados por duas unidades de glicose, duas unidades de manose e uma unidade de ácido glucurônico (GARCÍA-OCHOA et al., 2000).

A goma xantana deve provavelmente continuar sendo o polímero mais utilizado nos próximos anos, devido às suas características reológicas singulares, pois possuem capacidade de alterar as propriedades básicas da água com capacidade de espessamento, estabilização, emulsificação, suspensão e geleificação. Soluções de xantana possuem alta viscosidade em baixas concentrações, estabilidade em uma ampla faixa de temperatura, pH e concentração de sais. Por estas razões a goma xantana tem



sido bastante empregada na indústria alimentícia e petrolífera (moraine & rogovin, 1973; MAUGERI, 2001).

Devido ao mercado crescente de polissacarídeos de alto valor agregado, estudos estão sendo feitos objetivando o aproveitamento de rejeitos industriais na bioprodução de goma xantana. A utilização de substratos alternativos, como soro de leite, poderá auxiliar a produção de goma xantana no país, ajudando a eliminar os problemas ambientais como descarte de efluentes, além do que o Brasil poderia suprir sua própria demanda de goma xantana com maior competitividade no preço final.

O soro do queijo é um líquido obtido da coagulação do leite na elaboração dos queijos, logo após a separação da coalhada (caseína) e da gordura. No leite, o soro representa de 80% a 90% do volume total que entra no processo industrial e contém em torno de 6% a 6,4% de extrato seco. Cerca de 55% dos nutrientes do leite original permanecem no soro, sendo proteínas solúveis, lactose, vitaminas e sais minerais. Apesar do grande valor nutritivo, o soro foi considerado durante muito tempo um subproduto sem utilidade (ALMEIDA et al., 2001). Na atualidade, o soro é utilizado em algumas indústrias na fabricação de bebidas lácteas, ricotas, achocolatados, porém em pequena escala.

O descarte do soro, além de trazer danos à natureza, corresponde também a um desperdício inaceitável devido a apreciável quantidade de proteínas, lactose, e demais compostos, tornando-se assim muito atrativo além de economicamente viável para processos fermentativos, onde poderá ser utilizado principalmente como fonte de carbono de baixo custo.

Considerando o exposto, este trabalho teve como objetivo estudar a produção de goma xantana utilizando as linhagens X. campestris pv mangiferaeindicae 1230 e X. campestris pv manihotis 1182 e como substratos soro de leite Prato e Mussarela. Para isso otimizou-se as condições de produção de goma xantana em meio de soro e após analisou-se as propriedades reológicas de viscosidade aparente das soluções aquosas a 3% e das soluções salinas do biopolímero a 3% com soluções de NaCl 0,1%; CaCl2 0,1% e KCl 0,1%, e a composição química da goma produzida através de cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE).
2. REVISÃO DA LITERATURA

2.1 PRODUÇÃO DE GOMA XANTANA

Goma xantana é um heteropolissacarídeo produzido por cultivo aeróbio, a 28ºC aproximadamente, de culturas de Xanthomonas campestris, normalmente pelo patovar campestris (GARCÍA-OCHOA et al., 2000; MAUGERI, 2001).

A produção de biopolímero depende da composição do meio, da linhagem e das condições de fermentação utilizadas, tais como: temperatura, velocidade de agitação, concentração inicial de nitrogênio, obtendo-se deste modo uma variação nos rendimentos e na qualidade do polímero, pois influenciam na estrutura molecular e nas propriedades da goma xantana produzida (CASAS et al., 2000; GARCIA-OCHOA et al., 2000).

O meio de cultura consiste geralmente em glicose ou sacarose como fonte de carbono, e extrato de levedura, peptona, nitrato de amônio como fonte de nitrogênio, e ainda fósforo e traços de outros minerais. O pH deve ser mantido próximo ao da neutralidade (MAUGERI, 2001).

Meios contendo elevado teor de fonte de carbono e baixo teor de nitrogênio favorece o acúmulo de polímero. A goma xantana é produzida como metabólito secundário em processo com duas fases distintas: a fase de crescimento, onde maior concentração de nitrogênio é requerida para o crescimento celular e a fase de produção, onde maior concentração de carbono é necessária, visando o acúmulo de produto (NITSCHKE et al., 2001).
2.2 SORO DE LEITE
O soro de leite é um líquido opaco, amarelo-esverdeado, resultante da precipitação de gorduras e caseína do leite durante a fabricação de queijos. Contém cerca de 55% dos sólidos existentes no leite integral original e representa cerca de 80% a 90% do volume de leite utilizado na fabricação de queijo.

As aplicações do soro são inúmeras, englobando as indústrias de lácteos, carnes, misturas secas (para condimentar), panificação, chocolate, aperitivos e bebidas, entre outras.

O Brasil é o sexto maior produtor mundial de leite bovino, com uma taxa anual de aumento da produção na faixa de 4%. Cerca de 35% da produção é destinada à fabricação de queijos, onde as maiores produções são de queijo mussarela, prato e minas frescal (FARRO & VIOTTO, 2003).

A tabela 1 apresenta a composição centesimal média do soro de leite.

Tabela 1: Composição centesimal média do soro de leite.


Componentes

Quantidade

Água

93,39  0,44 %

Extrato Seco Total (EST)

Gordura


6,61  0,44 %

0,43  0,19 %



Extrato Seco Desengordurado (ESD)




Proteína

0,78  0,25 %

Lactose

4,90  0,11 %

Minerais

1,59  0,02 %

Sódio

0,13%

Potássio

0,14%

Cálcio

0,12%

Fósforo

0,10%

Nitrato

45ppm

Ferro

1ppm

FONTE: FRANCO (1982); FARRO & VIOTTO (2003).
O principal problema encontrado na produção de goma xantana a partir de soro de leite é a baixa capacidade de utilização da lactose pela X. campestris, fato esse que se deve a pouca expressão da enzima β-galactosidase da bactéria (NITSCHKE et al., 2001).

As β-galactosidases, popularmente conhecidas como lactases e classificadas como hidrolases, são responsáveis por catalisar o resíduo terminal β-galactopiranosil da lactose para formar glicose e galactose, obtendo assim, alimentos com baixos teores de lactose.


2.3 RECUPERAÇÃO DO BIOPOLÍMERO

As etapas de recuperação da goma xantana envolvem remoção de células microbianas, precipitação do biopolímero, secagem e moagem. O método específico de purificação a ser utilizado é determinado pelo uso final do polissacarídeo (Galindo, 1994).

As células podem ser eliminadas fisicamente através de centrifugação. Os polímeros são recuperados por centrifugação e precipitados preferencialmente com solventes orgânicos solúveis em água como álcool ou acetona (MOREIRA et al., 2003).

Posteriormente os polímeros são purificados e secos em estufa, a baixas temperaturas (MOREIRA et al., 2003) ou liofilizados e, então, preparados para as análises subseqüentes de determinação da estrutura e reologia.

O polímero depois de seco pode ser moído, algumas gomas comerciais são diferenciadas por tamanho de partículas. Deve-se ter em conta que na moagem o calor gasto não degrade ou descolore o produto. O empacotamento usado deve ser impermeável porque a goma xantana é higroscópica e sujeita a degradação hidrolítica (GARCÍA-OCHOA, et al,. 2000).
2.4 REOLOGIA
A reologia é o estudo da deformação e do escoamento da matéria; sendo que a deformação aplica-se no caso da matéria sólida e o escoamento quando a matéria é líquida. No caso mais simples, a propriedade reológica de interesse no caso de sólidos é a sua elasticidade, e nos líquidos é a viscosidade, que pode ser interpretada como a resistência que um fluído oferece para escoar ou também como a medida da fricção interna de um fluído (PASQUEL, 1999).

A goma xantana é extremamente pseudoplástica (a viscosidade diminui com o aumento da taxa de cisalhamento) e esta é uma característica muito desejada em diversas situações (XUEWU et al., 1996). Em algumas formulações de goma xantana comercial são adicionados sais, tais como sais de potássio, sais de cálcio e sódio na forma de cloretos, para facilitar a solubilização, aumentar a viscosidade e manter a estabilidade (Morris, 1996). Ocorrem diminuições da viscosidade com o aumento da temperatura, mas goma xantana adicionada de sais pode manter sua estrutura ordenada e sua viscosidade até cerca de 100ºC (PINTO, 2005).

A viscosidade aumenta em altas concentrações de xantana ou quando uma grande quantidade de sais é adicionada. Isto se deve provavelmente ao aumento da interação entre as moléculas do biopolímero (Smith; & Pace, 1982; XUEWU et al., 1996).
2.5 CROMATOGRAFIA LÍQUIDA DE ALTA EFICIÊNCIA
A cromatografia é uma técnica que está sendo usada à cerca de 95 anos, e tem se mostrado importante para a análise de materiais com as mais variadas estruturas e propriedades físicas. A análise de biopolímeros envolve basicamente a análise de monossacarídeos, determinação da seqüência destes monossacarídeos, determinação da posição das ligações interglicosídicas, que em adição incluem análises de outros grupos funcionais, com reações de derivação, e conseqüente caracterização, identificação e quantificação. A presença de ramnose na composição da goma xantana é uma característica desejável, já que nas gomas xantana das quais faz parte possuem capacidade de formar géis verdadeiros. A goma xantana comercial não apresenta ramnose na sua composição (CASAS et al., 2000).


  1. MATERIAL E MÉTODOS

3.1 MICRORGANISMOS


Foram utilizadas as linhagens Xanthomonas campestris pv mangiferaeindicae IBSBF 1230 e Xanthomonas campestris pv manihotis IBSBF 1182, obtidas a partir da Coleção de Culturas de Fitobactérias do Instituto Biológico – Campinas – SP.
3.2 SORO DE LEITE
O soro de leite utilizado como fonte de carbono e nitrogênio foi cedido pelo laticínio da COCEL (Cooperativa Central do Alto Uruguai) em Erechim – RS.
3.3 pH
Determinado utilizando-se um potenciômetro digital GEHAKA modelo PG 2000, realizando-se leituras diretamente na amostra (IAL, 1985).





3.4 ACIDEZ DORNIC

Realizada através de titulometria de neutralização, utilizando-se solução padrão de NaOH 0,11N e indicador fenolftaleína, segundo a metodologia de TRONCO (1997).


3.5 GORDURA
Esta análise foi efetuada no local de coleta do soro por método instrumental denominado Milko-Tester (turbidimetria) (TRONCO, 1997).


3.6 PROTEÍNA

Foi utilizado método de Kjeldahl, que consiste na destruição da matéria orgânica pela sua digestão com ácido sulfúrico, passando o nitrogênio presente para a forma de sulfato de amônio, conhecido também por método NKT (Nitrogênio Kjeldahl Total) (TRONCO, 1997).


3.7 LACTOSE

O método de Munson-Walker foi utilizado para a determinação do teor de lactose das amostras. Também conhecido como método de redução (Licor de Fehling), esse método baseia-se na redução de íons cúpricos (solução de sulfato de cobre) a íons cuprosos pela lactose (açúcar redutor) em meio alcalino aquecido (TRONCO, 1997).



3.8 MINERAIS – (CINZAS)

O método fundamenta-se na perda de peso que ocorre quando o produto é incubado a 500-550ºC, com a destruição da matéria orgânica, sem decomposição dos constituintes do resíduo mineral ou perda por volatilização (LANARA, 1981).



3.9 NITRATO

Realizada através da redução de nitratos a nitritos pela ação do cádmio. A determinação de nitritos é feita pela reação de Griess-Ilosvay. Em amostras com alto teor de proteínas deve ser feita uma desproteinização (IAL, 1985).



3.10 PRODUÇÃO DE CÉLULAS

O inóculo foi preparado retirando-se assepticamente uma alçada de cultura crescida em meio YM e adicionando-se em erlenmeyers de 250ml contendo 20ml de meio YM líquido com pH ajustado para 7,2. Os frascos foram incubados em agitador orbital, com agitação de 120 rpm a temperatura de 28ºC  2ºC por 24 horas.





3.11 PRODUÇÃO DE GOMA XANTANA

Para os ensaios de produção de goma xantana foi utilizado soro de leite obtido a partir de queijo prato e de queijo mussarela. O soro utilizado era proveniente dos queijos elaborados no dia.

Foi utilizado erlenmeyers de 250ml contendo 80ml de meio de fermentação contendo: soro de leite, sulfato de magnésio, fosfato de potássio em concentrações determinadas pelos planejamentos de experimentos realizados O pH do meio foi ajustado para 7,2. O meio foi autoclavado a 121ºC/15 min, sendo que após a autoclavagem apresentou aspecto turvo com coloração mais escura. Ao meio de fermentação foi adicionado 20ml de inoculo, o volume final utilizado no experimento foi de 100ml.

Os erlenmeyers foram incubados em agitador orbital com agitação de 180rpm a 28ºC  2ºC por 72 horas.

Após realização dos testes iniciais, foram efetuados quatro planejamentos variando a linhagem da bactéria e o tipo de soro. Nos planejamentos 1 e 3 foi utilizada X.campestris pv mangiferaeindicae sendo que no 1 utilizou-se soro de leite mussarela e no 3 soro de leite prato. Nos planejamentos 2 e 4 foi utilizada X. campestris pv manihotis, sendo que no 2 utilizou-se soro de leite mussarela e no 4 soro de leite prato.

Foram realizados quatro planejamentos fatoriais completos 23, com triplicata no ponto central, totalizando 11 experimentos por planejamento. A Tabela 2 apresenta as variáveis e níveis estudados.


Tabela 2 - Variáveis e níveis estudados nos planejamentos experimentais 23

Variáveis independentes/Níveis




-1

+1

0*

Concentração soro/sacarose




40:40

80:0

60:20

MgSO4.7H2O




0,01%

0,1%

0,055%

K2HPO4




0,2%

1,0%

0,6%

* Ponto central
De acordo com os resultados destes primeiros planejamentos, foram realizados novos planejamentos variando-se a linhagem da bactéria e o tipo de soro de leite, deslocando-se os níveis estudados de acordo com a análise dos efeitos das variáveis independentes sobre a resposta produtividade avaliada.

Foi realizado então um planejamento fatorial 22, com triplicata do ponto central, totalizando sete ensaios. Nestes experimentos foram fixadas as quantidades de soro de leite em 80 mL. As variáveis e os níveis estudados estão apresentados na Tabela 3.


Tabela 3- Variáveis e níveis estudados nos planejamentos experimentais 22 com meio de soro de leite.

Variáveis independentes/Níveis

-1

+1

0*

MgSO4.7H2O

0,05%

0,15%

0,1%

K2HPO4

0,5%

1,5%

1,0%

*Ponto central
Baseando-se nos planejamentos anteriores otimizou-se o meio para produção de goma xantana da seguinte forma: 80ml Soro de leite; 0,1% de MgSO4.7H2O; 2% de K2HPO4. pH ajustado para 7,2 0,2; temperatura de 28ºC  2ºC; tempo de fermentação de 72h; agitação 180rpm.
3.12 RECUPERAÇÃO DA GOMA XANTANA

O caldo de fermentação foi centrifugado em uma velocidade de 7000rpm por 30 minutos a temperatura  4ºC para remoção das células. Após a retirada das células ao sobrenadante foi adicionado etanol 92,8ºGL (1:3 v/v) para precipitação da goma, esta solução foi armazenada sob refrigeração  4ºC durante 24 horas. Transcorrido o tempo de refrigeração as amostras foram centrifugadas a 7000rpm, durante 30 minutos, a temperatura de  4ºC, para recuperação do biopolímero precipitado que foi seco em estufa (50ºC/24 horas), ressuspenso em água milli-q e liofilizados.

Para a realização das análises físico-químicas (viscosidade aparente, cromatografia) o polissacarídeo foi dialisado por 48horas contra água Milli-Q estéril, sendo novamente liofilizado e armazenado em frascos vedados (PACE, 1991; FIALHO, et al., 1999).
3.13 ANÁLISE DE VISCOSIDADE APARENTE
Foi realizada análise de viscosidade aparente de soluções aquosas e salinas das gomas sintetizadas pelas duas linhagens e pelos dois tipos de soro estudados, na concentração de 3%, para análise a 25ºC.

Para as análises de viscosidade aparente das soluções salinas de gomas a 3% foram utilizados os seguintes sais: cloreto de cálcio, cloreto de potássio e cloreto de sódio. Foi efetuada análise de cada goma produzida em solução aquosa 3% adicionado de 0,1% dos sais citados separadamente.

As unidades de medida utilizadas foram: centipoise (cP) = m.Pa.s, para viscosidade aparente, 1/segundo (s-1) para taxa de cisalhamento e dyna/centímetro quadrado (D/cm2) para tensão de cisalhamento.

Todas as análises de viscosidade aparente foram realizadas em triplicata.



3.14.CROMATOGRAFIA LÍQUIDA DE ALTA EFICIÊNCIA



Foram pesadas 0,01g de amostra das gomas produzidas e dialisadas em tubos de ensaio, previamente testados, para não ocorrer evaporação, após foram hidrolisadas com ácido trifluoracético (TFA) (0,5 mL; TFA 1M; 100ºC por 16horas). As soluções contendo o hidrolisado foram evaporadas com N2 para retirada do TFA.

Foi utilizado cromatógrafo líquido modelo agilent technologies -1100 series, para determinação dos monossacarídeos.

As amostras hidrolisadas e evaporadas foram dissolvidas em 1ml de acetonitrila:água (75:25), filtradas em filtro de membrana com 0,22μm, e colocadas em vials para posterior análises de monossacarídeos. Para determinação de açúcares foi utilizado coluna Zorbax NH2, 4,6mm ID x 250mm, detector UV 254nm, fase móvel acetonitrila:água (75:25), fluxo de 0,5 mL/min.

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO


A caracterização do soro foi efetuada para verificar possíveis diferenças entre os dois tipos de soros estudados que poderiam acarretar alterações na produção e qualidade da goma xantana produzida.

Na Tabela 4 podemos verificar a caracterização dos dois tipos de soros utilizados neste estudo.


Tabela 4 – Caracterização do soro de leite mussarela e do soro de leite prato.

Análise

Mussarela*

Prato*

pH

6,25

6,44

Acidez

20ºD

15ºD

Proteína

0,833%a

0,863%a

Gordura

0,743%b

0,766%b

Lactose

4,270%c

3,670%c

Cálcio

36,56 mg/100gd

45,40mg/100gd

Ferro

0,072mg/100g e

0,074mg/100ge

Potássio

64,18mg/100gf

69,99mg/100gf

Magnésio

6,05mg/100gg

6,33mg/100gg

Nitrato

19,18g.L-1 h

19,05g.L-1 h

*média das caracterizações realizadas. Letras minúsculas iguais não diferem entre si pelo teste de Tukey (p<0,05)
Através da caracterização do soro pode-se verificar que não ocorreram diferenças significativas (p<0,05) entre o soro de leite prato e o soro de leite mussarela, em relação à proteína, gordura, lactose e minerais. O soro de mussarela apresentou acidez mais elevada decorrente do processo de fabricação pelo uso de fermentos lácteos mais acidificantes.

Com a escolha da condição maximizada foram realizadas doze produções para cada linhagem e para cada tipo de soro de leite, com o objetivo de obter-se quantidade de goma para análises posteriores. A média dos resultados são mostrados na Tabela 5.


Tabela 5 – Resultado de produtividade e produção média dos ensaios realizados com 80ml de soro de leite; 2% de fosfato de potássio e 0,1% de sulfato de magnésio.

Ensaios

Produtividade (g.L-1.h-1)

Produção (g.L-1)

Desvio padrão

Soro de Prato 1230

0,338a

24,34b

0,070

Soro de Prato 1182

0,338 a

24,34 b

0,018

Soro de Mussarela 1230

0,353 a

25,42 b

0,045

Soro de Mussarela 1182

0,366 a

26,35 b

0,065

* Letras minúsculas iguais não diferem entre si pelo teste de Tukey (p<0,05)
Foi aplicado Teste de Tukey para verificar diferenças significativas entre os dois tipos de soro de leite e as duas linhagens estudadas. Os resultados não apresentaram diferenças estatisticamente significativas entre si (p<0,05), indicando que os dois soros de queijo e as duas linhagens estudadas produzem goma xantana em quantidade semelhante.

O tempo de fermentação, neste estudo foi fixado em 72 horas, e agitação em 180rpm sendo que a produção de goma xantana caracterizou-se por ser superior a encontrada por outros pesquisadores, Indicando que poderia aumentar ainda mais a produção se fossem avaliados os aumentos na velocidade de agitação e no tempo de incubação.

Valores de pH ótimo para síntese de polissacarídeos bacterianos situam-se entre pH 6,0 e 7,5. Durante a produção de goma xantana o pH decresce para valores próximos de pH 5,0; por causa dos grupamentos ácidos presentes na xantana.

A adição de K2HPO4 no meio de fermentação influencia nos valores de pH, reduzindo as flutuações do pH da cultura. Isto ocorreu nos quatro experimentos realizados, onde se pode observar que os valores de pH permaneceram próximos ao neutro (Tabela 6).


Tabela 6 – Valores de pH obtidos no meio de fermentação para os dois tipos de soro de leite e as duas linhagens estudadas, medidas a cada 12 horas, num total de 96 horas.

Tempo de fermentação

Mussarela

1182

Mussarela

1230

Prato

1230

Prato

1182

0

7,16

7,19

7,20

7,17

12

6,90

6,86

7,13

7,10

24

6,78

6,76

6,99

6,89

36

6,99

6,70

6,92

6,92

48

7,01

6,65

7,13

7,23

60

7,07

6,66

7,03

6,75

72

6,79

6,66

6,88

6,83

84

7,00

6,73

7,15

7,17

96

6,99

6,70

7,21

7,32

As propriedades reológicas foram avaliadas através da análise de viscosidade aparente, para verificar a qualidade das gomas produzidas, demonstrando o comportamento das soluções aquosas e salinas 3% do polímero na temperatura de 25ºC. Na Tabela 7 são mostrados os resultados das médias da viscosidade aparente das soluções aquosas de gomas produzidas com os dois tipos de soro de leite e as duas linhagens de X.campestris estudadas e desvios padrões para estas leituras.


Tabela 7 – Viscosidade aparente a 25ºC, 13,2s-1, para soluções aquosas a 3% de gomas sintetizadas com duas linhagens de Xanthomonas campestris e dois tipos de soro de leite, com 72h de fermentação.

Planejamento

Viscosidade aparente média (m.Pa.s ou cP)

Desvio padrão

Soro de mussarela 1182

57,3878a

7,962

Soro de prato 1182

55,2882 a

11,63

Soro de mussarela 1230

61,3536 a

10,79

Soro de prato 1230

55,0882 a

12,03

* Letras minúsculas iguais não diferem entre si pelo teste de Tukey (p<0,5)
Os resultados encontrados neste trabalho nas condições de 3% de goma; 10rpm a 25ºC, ficaram abaixo dos encontrados por ANTUNES et al., (2000) quando trabalharam com meio de soro de leite com soluções aquosas de goma 3%; 12rpm a 25ºC, obtendo uma viscosidade entre 10.000 e 15.000cP.

A viscosidade aparente das gomas produzidas foi tratada estatisticamente através do teste de Tukey, onde se comparou a leitura a 25ºC, taxa de cisalhamento de 13,2s-1, para gomas sintetizadas com soro de leite prato, soro de leite mussarela, linhagem 1230 e linhagem 1182, verificando que não ocorreram diferenças significativas entre si pelo teste de Tukey com 95% de confiança.

O comportamento pseudoplástico (a viscosidade diminui conforme aumenta a taxa de cisalhamento) foi verificado em todas as amostras como se pode verificar nas figuras 1 e 2. Sendo que este é esperado em soluções poliméricas de polissacarídeos microbianos.Foram avaliadas as viscosidades aparentes das soluções aquosas de goma a 3% sintetizadas pelas linhagens e pelos soros de queijo estudados, com adição de sais a 0,1% como cloreto de sódio; cloreto de cálcio e cloreto de potássio.

As medidas de viscosidade foram às mesmas utilizadas para soluções aquosas de goma a 3%, ou seja, spindle 18 a 25ºC com taxa de cisalhamento de 13,2s-1.

Verifica-se que os valores de viscosidade aparente em soluções salinas 0,1% aumentaram em relação à viscosidade aparente de soluções aquosas 3% de goma.

A composição química da goma xantana é fundamental para sua funcionalidade e aplicação. As gomas de interesse comercial devem ser capazes de formar estruturas secundárias, terciárias e, ás vezes, quaternárias em meio aquoso. Por esse motivo à estrutura primária (ou química) não pode constituir-se num impedimento espacial.

O cromatograma da goma comercial é mostrado na Figura 3. Verifica-se que a goma comercial apresenta em sua constituição apenas manose e glicose.

Nas gomas sintetizadas por X. campestris pv mangiferaeindicae 1230 foram detectados sinais que foram identificados como sendo ramnose, utilizando um padrão externo (Figura 4), o qual não foi detectado nas amostras de gomas sintetizadas por X. campestris pv manihotis 1182 (Figura 5).



Figura 1- Viscosidade aparente experimental e calculada das soluções aquosas a 3% de goma sintetizada a partir de soro de leite Mussarela e Xanthomonas campestris pv. manihotis, 72h de fermentação, leituras a 25ºC, ida (a) e volta(b). Ida (R2 = 0,9992, K = 1,926, n = 0,475) e volta (R2 = 0,9988, K = 1,126, n = 0,572).




F
igura 2 - Viscosidade aparente experimental e calculada das soluções aquosas a 3% de goma sintetizada a partir de soro de leite Prato e Xanthomonas campestris pv. manihotis, 72h de fermentação, leituras a 25ºC, ida (a) e volta(b). Ida (R2 = 0,9970, K = 2,149, n = 0,467) e volta (R2 = 0,9994, K = 1,218, n = 0,571).

Figura 3 Cromatograma obtido por CLAE usando coluna NH2, para separação de açúcares da goma comercial, com fase móvel de acetonitrila:água (75:25), 0,5ml/min a 25ºC. (a) solvente; (b) manose; (c) glicose. Amostra foi hidrolisada com TFA 0,1M/ 100ºC/ 16 horas.


F


1

igura 4- Cromatograma obtido por CLAE usando coluna NH2, para separação de açúcares da goma sintetizada com X. campestris pv manihotis 1182 em soro de leite mussarela (2) e X. campestris pv manihotis 1182 em soro de leite prato (1), com fase móvel de acetonitrila:água (75:25), 0,5ml/min a 25ºC. (a) solvente; (b) ? (c) manose; (d) glicose. Amostra foi hidrolisada com TFA 0,1M/ 100ºC/ 16 horas.
F
igura 5- Cromatograma obtido por CLAE usando coluna NH2, para separação de açúcares da goma sintetizada com X. campestris pv mangiferaeindicae 1230 em soro de leite mussarela (2) e X. campestris pv mangiferaeindicae 1230 em soro de leite prato (1), com fase móvel de acetonitrila:água (75:25), 0,5ml/min a 25ºC. (a) solvente; (b) ? (c) ramnose (d) manose; (e) glicose. Amostra foi hidrolisada com TFA 0,1M/ 100ºC/ 16 horas.
Verifica-se os tempos de retenção (Tr) e a concentração dos açúcares obtidos através de CLAE para a goma comercial e para as amostras de goma xantana sintetizados a partir das duas linhagens estudadas e dos dois tipos de soro empregados como meio de fermentação (Tabela 7).

Observou-se a diferença de composição entre as gomas sintetizadas pelas duas linhagens, através da presença de ramnose na linhagem 1230, em concentração maior que a glicose e a manose.



Fatores genéticos do microrganismo utilizado são as causas das mudanças qualitativas observadas nas gomas, porém outros fatores como condições nutricionais e operacionais (concentração do inóculo, meio, aeração),(agitação, temperatura, pH e tempo de cultivo) são as causas das mudanças quantitativas que podem ocorrem nas gomas sintetizadas.
Tabela 7 - Tempo de retenção (Tr) em minutos e concentração dos açúcares (g/ml) da goma comercial e das gomas sintetizadas com X. campestris pv mangiferaeindicae 1230 e pv manihotis 1182 com soro de leite prato e mussarela.

Amostras/açúcares

?

Glicose

Manose

Ramnose




Tr

Tr

Concen.

Tr

Concen.

Tr

Concen.

Goma comercial

-

18,205

0,00275

17,479

0,00363

-

-

1230; soro de leite prato

11,245

18,262

0,00063

17,655

0,00085

12,291

0,00105

1230; soro de leite mussarela

11,251

18,293

0,00080

17,733

0,00156

12,298

0,00110

1182; soro de leite prato

11,220

18,233

0,00065

17,768

0,00086

-

-

1182; soro de leite mussarela

11,230

18,263

0,00052

17,554

0,00071

-

-




  1. CONCLUSÕES




  • É possível produzir goma xantana com Xanthomonas campestris pv mangiferaeindicae e Xanthomonas campestris pv manihotis em meio de soro de leite prato e mussarela, sendo a condição maximizada 28ºC, 180rpm, 72h de fermentação em meio contendo soro de leite; 0,1% de MgSO4.7H2O e 2% de K2HPO4.

  • Não ocorreram diferenças significativas pelo teste de Tukey (p<0,5), quanto à produtividade de goma xantana nas duas linhagens estudadas e nem nos dois tipos de soro de leite.

  • Não ocorreram diferenças na caracterização dos dois tipos de soro de leite utilizados (prato e mussarela), sendo, portanto possível à utilização dos dois tipos de soro para a produção de goma xantana com as linhagens 1230 e 1182.

  • A goma xantana produzida apresentou comportamento reológico pseudoplástico característico de soluções poliméricas de polissacarídeos microbianos.

  • Não ocorreram diferenças significativas pelo teste de Tukey (p<0,5) nos valores de viscosidade aparente das soluções de goma 3% produzidas tanto com a linhagem 1230 como com a 1182, assim como com os dois tipos de soro estudados.

  • A viscosidade aparente foi medida em spindle 18, com temperatura de 25ºC com taxa de cisalhamento 13,2s-1 em soluções de goma 3%, obtendo-se valores variando de 55 a 61 m.Pa.s.

  • Ocorreram aumentos nos valores de viscosidade aparente quando 0,1% de sais foi adicionado às soluções de goma 3%. Em média um aumento de 200% foi observado quando se adicionou 0,1% de NaCl ou CaCl2, e 467% quando se adicionou 0,1% de KCl.

  • Na caracterização de monossacarídeos, através de CLAE, das gomas sintetizadas foram encontradas glicose e manose em todas as amostras. Ramnose foi encontrada nas gomas sintetizadas por X. campestris pv mangiferaeindicae 1230 nos dois tipos de soro.




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AGRADECIMENTOS
Programa PIIC – URI, Capes e Programa de Estágios Voluntários do Curso de Engenharia de Alimentos
À URI – Campus de Erechim, a minha orientadora Profa. Helen Treichel, aos professores Francine Padilha e Marco Di Luccio e a minha amiga Rejane Carla Gollo Fornari

1Aluna do Curso de Engenharia de Alimentos – URI – Campus de Erechim eu_mar_fernandes@yahoo.com.br

2Orientadora – Doutora e Professora do Departamento de Ciências Agrárias – URI – Campus de Erechim helen@uricer.edu.br


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