Modelo de Imobilização celular para produção de ácido propiônico: Tecnologia de impressão em 3D e o papel dos exopolissacarídeos na interação célula-matriz

O ácido propiônico, um importante bloco de construção na indústria química, é utilizado na preservação de alimentos, produção de herbicidas, perfumes e na indústria farmacêutica. Apesar de atualmente ser obtido a partir do petróleo, o ácido propiônico também é produzido por bactérias do gênero Propionibacterium, que têm sido avaliadas como alternativa "verde". Porém, o alto custo do substrato e baixa produtividade dificultam sua produção comercial.

Adicionalmente, tem sido verificado por diversos autores que a técnicas de imobilização celular em matrizes orgânicas ou sintéticas mostram-se como uma potencial alternativa para promoção de aumentos expressivos no rendimento, produtividade e concentração de diversas biomoléculas produzidas por processos fermentativos. Ao mesmo tempo, temos observado um avanço constante da tecnologia de manufatura aditiva, também chamada de impressão 3D. Esta tecnologia permite a prototipagem rápida e de baixo custo, com precisão milimétrica e através do uso de diversos materiais. Neste trabalho, foi utilizada a técnica de impressão 3D no design e produção de matrizes de imobilização celular em processos fermentativos. Utilizando-se bactérias do gênero Propionibacterium como prova de conceito, foi demonstrado que este microrganismo é capaz de se aderir às beads de nylon e produzir ácido propiônico, cuja produtividade e concentração máximas foram 0,46 g/L.h e 26 g/L, respectivamente.

Outro componente que pode contribuir para a adesão celular em uma matriz são os chamados exopolissacarídeos (EPS). Poucos trabalhos na literatura caracterizaram o EPS produzido por cepas de Propionibacterium. Além disso, não foi avaliado se cepas produtoras de EPS poderiam ser imobilizadas em matriz de forma mais eficiente, além das consequências desta imobilização para a produção de ácido propiônico.

A segunda parte desta tese caracterizou de forma inédita o EPS produzido por P. freudenreichii C.I.P 59.32. A composição polimérica do EPS foi caracterizada por ensaios de hidrólise do polissacarídeo e quantificação dos monômeros por HPLC. O EPS produzido por esta cepa foi caracterizado como sendo composto por manose e glicose, na razão 5,3:1 (g/g). Para maior compreensão de como a produção de EPS afeta a interação célula-célula, esta foi visualisada pelo uso de técnicas de microscopia eletrônica de varredura e de transmissão.

Adicionalmente, as células de P. freudenreichii foram utilizadas para fermentação em biorreator. Foi comparada a produção de ácido propiônico por células livres, células imobilizadas em matriz de vidro Poraver e imobilizadas em polietilenoimino (PEI)-Poraver. A imobilização em Poraver mostrou-se superior, visto que atingiu-se valores de 0,57 g/L.h de produtividade e 0,314 g/g de rendimento na produção de ácido propiônico. A produção de EPS por células imobilizadas em Poraver foi de 618 mg/L em 48 horas de fermentação. Diferentes percepções sobre o papel do EPS na adesão celular e o consequente impacto na produtividade do processo fermentativo foram avaliados.

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