maria do carmo silva barreto inovaÇÃo tecnolÓgica baseada
TRANSCRIPT
UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE CIEcircNCIAS BIOLOacuteGICAS
PROGRAMA DE POacuteS-GRADUACcedilAtildeO EM CIEcircNCIAS BIOLOacuteGICAS
Maria do Carmo Silva Barreto
INOVACcedilAtildeO TECNOLOacuteGICA BASEADA NA PRODUCcedilAtildeO
DE BIOPOLIacuteMERO COM VIABILIDADE PARA INOCULANTE RIZOBIANO
Recife Abril2008
Maria do Carmo Silva Barreto
INOVACcedilAtildeO TECNOLOacuteGICA BASEADA NA PRODUCcedilAtildeO DE BIOPOLIacuteMERO COM VIABILIDADE PARA
INOCULANTE RIZOBIANO
Orientador Prof Dr Joseacute Luiz de Lima Filho
Co- Orientadores Profordf Drordf Maacutercia do Vale Barreto Figueiredo
Prof Dr Heacutelio Almeida Burity
Recife Abril2008
Dissertaccedilatildeo apresentada ao Programa de Poacutes-
Graduaccedilatildeo em Ciecircncias Bioloacutegicas da
Universidade Federal de Pernambuco - UFPE
como requisito parcial para obtenccedilatildeo do Tiacutetulo
de Mestre em Ciecircncias Bioloacutegicas
Aacuterea de Concentraccedilatildeo Biotecnologia
Barreto Maria do Carmo Silva Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemero com viabilidade para inoculante rizobiano Maria do Carmo Silva Barreto ndash Recife O Autor 2008
92 folhas il fig tab
Dissertaccedilatildeo (mestrado) ndash Universidade Federal de Pernambuco CCB Ciecircncias Bioloacutegicas 2008
Inclui bibliografia
1 Bioquiacutemica 2 Leguminosas 3 Biopoliacutemeros 4 Rhizobia I Tiacutetulo 5771 CDU (2ed) UFPE
572 CDD (22 ed) CCB ndash 2008-085
Dedico esta dissertaccedilatildeo aos meus pais pelo apoio ao longo de todos os caminhos que passei com amor
Agradecimentos
A Deus por ter me dado perseveranccedila paciecircncia paz de espiacuterito para transpor mais esta etapa na minha vida profissional e pessoal
Aos meus Pais Joseacute Ribeiro Barreto e Maria Almerinda Barreto pela
minha vida educaccedilatildeo apoio carinho e incentivo e a minha irmatilde Glauciene Barreto e cunhado Joatildeo Rodrigues pelas palavras de apoio e incentivo dado0
Ao Dr Joseacute Luiz de Lima Filho por ter acreditado em mim por todo o seu
apoio e confianccedila depositada durante o Mestrado
A Dra Maacutercia do Vale Barreto Figueiredo pelos ensinamentos conselho amor e confianccedila refletidos em trabalhos Por sempre nos demonstrar com exemplos que qualquer objetivo pode ser alcanccedilado com responsabilidade trabalho seacuterio e organizaccedilatildeo Meus mais sinceros agradecimentos
Ao Dr Helio Almeida Burity pela acolhida no Laboratoacuterio Biologia do Solo
ndash IPA agradeccedilo pelo conviacutevio amizade ensinamentos por facilitar a conclusatildeo dos trabalhos desenvolvidos no laboratoacuterio sempre tendo uma palavra que nos reconforta e ajuda A Dra Francisca Pessoa Franccedila pela ajuda esclarecimentos e apoio despendidos
Ao Dr Joseacute de Paula Oliveira pela amizade ajuda atenccedilatildeo e contribuiccedilatildeo despendida durante todo o trabalho
A Dra Maria Luiza Bastos pela amizade apoio incentivo e carinho
Aos Doutores Adaacutelia Cavalcanti Eidy Simotildees Maria do Carmo
Catanho Socircnia Formiga da Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria ndash IPA pela convivecircncia troca de conhecimentos e amizade
Aos meus Amigos do Laboratoacuterio Marcela Vila Nova Emmanuella Vila
Nova Elisacircngela Cabral Rafael Barboza Sue Ellen Aniacutebia Vicente Helane Costa Tathiana Alves Andreacute Sueldo por todos os memoraacuteveis momentos compartilhados tanto no laboratoacuterio como fora dele muito obrigado agrave todos
Agrave Profordf e Dra Carolina Etienne pela amizade e ajuda na revisatildeo deste trabalho uma pessoa querida que estaacute sempre pronta para ajudar meu muito obrigada
Ao Prof e Dr Cosme Rafael pela ajuda aconselhamento e correccedilotildees que foram indispensaacuteveis para o ecircxito deste trabalho muito obrigada
Ao Dr Odemar Reis ndash Estatiacutestico do IPA pela ajuda despendida durante
os trabalhos pelas palavras de confianccedila e ensinamentos
Aos funcionaacuterios do IPA Almira pela ajuda na aquisiccedilatildeo de material bibliograacutefico Rosa Morais pela ajuda e amizade Waldemar Arauacutejo pela amizade palavras de confianccedila e forccedila Luacutecia Maacuterio e Rita pelo conviacutevio no dia a dia pela ajuda carinho e amizade
As Profa Dra Gliacutecia Calazans e Profa Dra Janete Magali pela ajuda e
obtenccedilatildeo do equipamento uacuteteis para a conclusatildeo dos trabalhos muito obrigada
A Coordenadora do Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Ciecircncias Bioloacutegicas CCBUFPE Profa Dra Suely Lins Galdino pelo apoio e informaccedilotildees indispensaacuteveis para o funcionamento do mestrado
A Secretaacuteria da Poacutes-graduaccedilatildeo Adenilda Eugecircnia pela ajuda e amizade despendida ao longo do curso
Agrave CAPESFACEPE pelo apoio financeiro no fomento da bolsa de mestrado
A todos aqueles que mesmo natildeo mencionados estiveram ao meu lado
contribuindo para a minha formaccedilatildeo e para a realizaccedilatildeo deste estudo o meu mais sincero agradecimento
LISTA DE FIGURAS Fig 1
Classificaccedilatildeo dos Fluidos segundo seu comportamento reoloacutegico 16
Fig 2 Curvas de escoamento de fluidos newtoniano e natildeo newtonianos de propriedades independentes do tempo de cisalhamento 16
Fig 3 Aspecto do EPS precipitado sintetizado a partir do ISOL 14 (a) e do CIAT 899(b) com 168 horas de cultivo 47
Fig 4
Variaccedilatildeo da viscosidade aparente em funccedilatildeo da taxa de cisalhamento de soluccedilotildees aquosas de EPS 25 (vv) de 8 isolados de Rhizobium e uma estirpe padratildeo CIAT 899 a 20 degC com tempo de fermentaccedilatildeo de 96 h determinada com viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT) 48
Fig 5
Variaccedilatildeo da viscosidade aparente em funccedilatildeo da taxa de cisalhamento de soluccedilotildees aquosas de EPS 25 (vv) de 8 isolados de Rhizobium e uma estirpe padratildeo CIAT 899 a 20 degC com tempo de fermentaccedilatildeo de 168 h determinada com viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT)
49
Fig 6 Procedimento para contagem de ceacutelulas viaacuteveis (UFC) e totais (Densidade oacutetica) 63
Fig 7 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 1 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 68
Fig 8 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 2 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 69
Fig 9 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoculo do Isolado 3 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 70
Fig 10 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoculo do Isolado 4 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 71
Fig 11 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoculo do Isolado 6 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 72
Fig 12 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 11 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 73
Fig 13 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 14 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 74
Fig 14 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 16 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 75
Fig 15 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do CIAT 899 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 76
Fig 16 Concentraccedilatildeo de glicose durante a produccedilatildeo de EPS por Rhizobium sp (ISOL 14) 77
Fig 17 Concentraccedilatildeo de glicose durante a produccedilatildeo de EPS por Rhizobium sp (CIAT 899) 78
Paacuteginas
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 Caracteriacutesticas morfofisioloacutegicas dos Isolados de rizoacutebios e estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici
40
Tabela 2 Valores das constantes kat e kγ (Mitshka 1982) 42
Tabela 3 Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para experimentos em 96 e 168 horas 43
Tabela 4 Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para grupo de experimentos 44
Tabela 5 Resultados da anaacutelise de variacircncia da produccedilatildeo de biopoliacutemero sintetizados por Rhizobium cultivados em 96 e 168 horas de cultivo 45
Tabela 6 Dados meacutedios das anaacutelises individuais e do grupo de experimento 45
Tabela 7 Isolados de rizoacutebios e estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici 62
Tabela 8 Constituintes quiacutemicos da goma produzida pela estirpe de Rhizobium sp (ISOL 14) 78
SUMAacuteRIO AGRADECIMENTOS LISTA DE FIGURAS LISTA DE TABELAS SUMAacuteRIO 1 Introduccedilatildeo 1
11 Feijoeiro (Phaseolus vulgaris L) 1
12 Rhizobium sp 3
13 Simbiose rizoacutebio-leguminosa 5
14 Polissacariacutedeos de rizoacutebio 8
15 Reologia 13
2 Justificativa 19 3 Objetivos 20
31Geral 20
32 Especiacuteficos 20
4 Referecircncias 21 5 Capiacutetulo 1 34
Resumo 35
Abstract 36
51 Introduccedilatildeo 37
52 Material e Meacutetodos 39
53 Resultados e Discussatildeo 44
54 Conclusotildees 51
55 Referecircncias 52
6 Capiacutetulo 2 57 Resumo 58
61 Introduccedilatildeo 59
62 Material e Meacutetodos 61
63 Resultados e Discussatildeo 66
64 Conclusotildees 81
65 Referecircncias 82
7 Anexos 87
Normas da Revista World Journal of Microbiology and Biotechnology
Submissatildeo do Artigo
Normas da Revista Scientia Agraacuteria
Trabalhos apresentados no 24ordm Congresso Brasileiro de Microbiologia - 3 a 6 de Outubro de 2007 em Brasiacutelia - Centro de Convenccedilotildees Ulysses Guimaratildees ndash Brasiacutelia DF
1 INTRODUCcedilAtildeO
11 Feijoeiro (Phaseolus vulgaris L)
O feijoeiro eacute cultivado em cerca de 100 paiacuteses em todo o mundo envolvendo
grande nuacutemero de gecircneros e espeacutecies dificultando uma anaacutelise comparativa dos
iacutendices de produtividade por espeacutecie Considerando somente o Phaseolus vulgaris L o
Brasil eacute o maior produtor seguido do Meacutexico Entretanto a produccedilatildeo brasileira de feijatildeo
tem sido insuficiente para abastecer o mercado interno devido agrave reduccedilatildeo na aacuterea
plantada da ordem de 35 nos uacuteltimos 17 anos (Yokoyama amp Stone 2000) A falta de
tecnologia e o cultivo em solos marginais devido ao baixo retorno econocircmico da
cultura contribuem decisivamente para a baixa produtividade do feijoeiro e nesse
quadro o fornecimento adequado de nutrientes particularmente o nitrogecircnio (N) e o
foacutesforo (P) representam um dos fatores limitantes agrave obtenccedilatildeo de maiores rendimentos
no Brasil (Arauacutejo 1994)
No Brasil o feijoeiro eacute cultivado nos mais variados tipos de solos e clima sendo
plantado preferencialmente como cultura de subsistecircncia em pequenas propriedades
O feijatildeo eacute importante fonte de nutrientes (proteiacutenas minerais vitaminas) e calorias na
dieta brasileira (Hungria et al 2000) Aleacutem de apresentar alto conteuacutedo de carboidratos
componentes de fibra (celulose hemicelulose e lignina) e digeriacuteveis (amido e sacarose)
encontram-se no feijatildeo alguns oligossacariacutedeos (rafinose estaquiose verbascose) O
feijatildeo tambeacutem eacute uma fonte importante de vitaminas hidrossoluacuteveis como a tiamina a
riboflavina a niacina e a folacina que satildeo vitaminas do complexo B envolvidas na
prevenccedilatildeo de certos defeitos fetais cardiovasculares e certos tipos de cacircncer (Costa amp
Vieira 2000)
O feijoeiro eacute originaacuterio das Ameacutericas com centros de origens e domesticaccedilatildeo na
Meso Ameacuterica (Meacutexico-Guatemala) e na Zona Leste dos Andes Seu cultivo foi
delineado haacute mais de 7000 anos entre os nativos do Peru sugerindo seleccedilatildeo da
espeacutecie para a agricultura (Gepts 1990) As aacutereas de diferenciaccedilatildeo e domesticaccedilatildeo do
feijoeiro ocorrem em altitudes entre 500 e 1800 m na Ameacuterica Central e norte da
Ameacuterica do Sul Diversos tipos selvagens satildeo registrados em altitudes proacuteximas a
1200m (Miranda 1974) Os feijoeiros provenientes desses materiais mostram grande
amplitude de caracteriacutesticas morfoloacutegicas e fisioloacutegicas O gecircnero Phaseolus conteacutem
mais de uma centena de espeacutecies mas apenas P vulgaris L P coccineus L P
acutifolius Gray var Latifolius Freeman e P lunatus var lunatous satildeo cultivadas
comercialmente (Zimmermann amp Teixeira 1988) Dessas o feijoeiro comum P vulgaris
L eacute a espeacutecie de maior importacircncia econocircmica contribuindo com cerca de 95 da
produccedilatildeo mundial de Phaseolus No Brasil em uma rota inversa agrave do traacutefico de
escravos P vulgaris chegou agrave Aacutefrica e provavelmente em tempos anteriores agrave Aacutesia
via Filipinas No seacuteculo XVI foi introduzido na Europa e na Califoacuternia levado por
intermeacutedio dos espanhoacuteis trazido da Ameacuterica Central (Mariot 1989)
Os teores de N nos solos do Brasil satildeo baixos de um modo geral situando-se na
faixa de 005 a 03 Com a intensificaccedilatildeo da agricultura as exigecircncias de adiccedilatildeo
de N bem como a sua remoccedilatildeo satildeo ampliadas e consequentemente se o N retirado
do solo pelas plantas natildeo for reposto o teor desse nutriente decresceraacute rapidamente
Quanto aos fertilizantes nitrogenados existe um custo elevado para a siacutentese dos
mesmos de cerca de seis barris de petroacuteleo para cada tonelada de amocircnio produzido
bem como gastos com o transporte e distribuiccedilatildeo do fertilizante aleacutem de outros
(Hungria et al1997) Considerando que o feijoeiro eacute cultivado principalmente por
pequenos agricultores em solos muitas vezes deficientes em N mineral esforccedilos para
a melhoria do processo de simbiose da cultura com rizoacutebios inoculados nas sementes
podem corresponder a aumentos significativos no rendimento de gratildeos Essa via
bioloacutegica se torna ainda mais importante quando se leva em consideraccedilatildeo os custos
elevados do N mineral limitando a sua utilizaccedilatildeo principalmente pelos pequenos
agricultores Praacuteticas alternativas para diminuir esses custos precisam ser procuradas
principalmente no Brasil que importa fertilizante nitrogenado para satisfazer agrave demanda
interna (Hungria et al 2001) Um outro agravante na utilizaccedilatildeo de fertilizantes
nitrogenados reside na baixa eficiecircncia de sua utilizaccedilatildeo pelas plantas raramente
ultrapassando 50 Deve-se considerar ainda que o uso indiscriminado de fertilizantes
nitrogenados resulta em poluiccedilatildeo ambiental pois a lixiviaccedilatildeo do N ocorre contaminaccedilatildeo
no lenccedilol freaacutetico que resultam em acuacutemulo de formas nitrogenadas podendo atingir
niacuteveis toacutexicos a peixes e ao homem (Hungria et al 2001)
Dentro deste contexto destaca-se a necessidade do desenvolvimento de
tecnologias de baixo custo capazes de melhorar os niacuteveis de produtividade dos
pequenos agricultores responsaacuteveis pela quase totalidade da produccedilatildeo mundial desta
leguminosa essencial na dieta de grande parte da populaccedilatildeo brasileira (Dakora 2003)
12 Rhizobium sp
Este gecircnero foi classificado em 1932 por Fred et al e apresenta como
caracteriacutestica ceacutelulas em forma de bastonete curto Gram-negativas com dimensotildees
que variam entre 05 e 09 microm por 12 a 30 microm ocorrendo isolados ou aos pares
moacuteveis por flagelos polares subpolares ou peritriquiais natildeo formam esporos e em
culturas envelhecidas apresentam granulaccedilotildees de poli-β-hidroxibutirato (Urenha et al
1994) Apresentam bom crescimento em meio com manitol sacarose e levedura
podendo em meios gelificados desenvolver colocircnias planas convexas ou umbilicadas
apresentam normalmente coloraccedilatildeo branca e opaca por vezes transluacutecidas
apresentando frequentemente produccedilatildeo de goma de natureza polissacariacutedica A
inclusatildeo de Vermelho do Congo no meio de cultura natildeo conduz a uma forte absorccedilatildeo
deste corante pelas colocircnias podendo certas estirpes apresentar ligeira absorccedilatildeo As
estirpes de crescimento raacutepido produzem colocircnias de 4 a 6 mm de diacircmetro em 5 dias
de incubaccedilatildeo a 26-30 degC provocando acidificaccedilatildeo do meio de cultura As estirpes de
crescimento lento produzem colocircnias com 1 mm de diacircmetro em 10 dias de incubaccedilatildeo
a 28-30 degC provocando a alcalinizaccedilatildeo do meio de cultura Induzem a formaccedilatildeo de
noacutedulos na raiz de leguminosas compatiacuteveis colonizando-os e podendo aiacute desenvolver
atividade diazotroacutefica em simbiose utilizam oxigecircnio como receptor final de eleacutetrons na
cadeia respiratoacuteria satildeo microrganismos aeroacutebios estrito e a faixa de pH oacutetimo para seu
desenvolvimento estaacute entre 6 e 7 (Hungria amp Arauacutejo1994)
A literatura relata a presenccedila de reaccedilatildeo aacutecida durante o cultivo promovendo
queda do pH do meio de cultura (Jordan 1984) No entanto dados experimentais de
cultivo desta bacteacuteria em fermentador na presenccedila de sacarose glutamato
monossoacutedico e extrato de levedura mostram comportamento oposto As velocidades
especiacuteficas maacuteximas de crescimento desta bacteacuteria oscilam em torno de 020h o que
resulta num tempo de geraccedilatildeo de aproximadamente 35 h
Entre as bacteacuterias fixadoras de nitrogecircnio presentes no solo cujas populaccedilotildees
satildeo altamente influenciadas pela rizosfera das plantas o rizoacutebio eacute considerado o grupo
mais importante na agricultura tropical pela sua associaccedilatildeo com as leguminosas Esta
simbiose eacute responsaacutevel por uma substancial parte talvez a maior do fluxo global de
nitrogecircnio atmosfeacuterico fixado nas formas de amocircnia nitrato e compostos orgacircnicos
(Kahindi et al 1997) Certamente esta associaccedilatildeo eacute a mais estudada mas simbioses
envolvendo actinomicetos do gecircnero Frankia cianobacteacuterias especialmente a
associaccedilatildeo Azolla-Anabaena e organismos heterotoacuteficos fixadores de nitrogecircnio de vida
livre e associativos podem tambeacutem fixar quantidades significativas de nitrogecircnio sob
condiccedilotildees especiacuteficas (Straliotto amp Rumjanek1999)
Atualmente os rizoacutebios estatildeo classificados como pertencentes agrave domiacutenio
Bacteria Filo Proteobacteria Classe Alfaproteobacteria Ordem Rhiobiales e
distribuiacutedos nas Famiacutelias Rhizobiaceae Phyllobacteriaceae Bradyrhizobiaceae e
Hiphomicrobiaceae (Garrity amp Holt 2001) Aleacutem disso algumas bacteacuterias capazes de
nodular e fixar N2 em simbiose com leguminosas foram recentemente identificadas
como pertencentes agrave Classe das Betaproteobacteria Ordem Burkholderiales Famiacutelia
Burkholderiaceae Gecircnero Burkholderia (Moulin et al 2001) e tambeacutem pertencentes agrave
Classe das Alfaproteobacterias Ordem Rhizobiales Famiacutelia Methylobacteriaceae
Gecircnero Methylobacterium (Sy et al 2001)
As bacteacuterias que nodulam o feijoeiro foram classificadas inicialmente como
Rhizobium phaseoli poreacutem com uma melhor caracterizaccedilatildeo fisioloacutegica bioquiacutemica e
geneacutetica essas bacteacuterias foram reclassificadas apoacutes 50 anos na espeacutecie Rhizobium
leguminosarum bv phaseoli (Jordan 1984) Com o estudo de outros isolados e o
avanccedilo nas teacutecnicas de biologia molecular em um curto periacuteodo de tempo foi
constatado que as bacteacuterias que nodulavam o feijoeiro apresentavam claramente
caracteriacutesticas fisioloacutegicas e geneacuteticas distintas permitindo a sua separaccedilatildeo em dois
grupos denominadas Tipo I e Tipo II (Martiacutenez et al 1985 Quinto et al 1985 Brom et
al 1988) Essas e outras diferenccedilas levaram em 1991 agrave definiccedilatildeo de uma nova
espeacutecie R tropici (trorsquo pi ci Gr n tropikos troacutepicos) que incluiria as estirpes do Tipo
II que foi subdividido em IIA e IIB (Martinez-Romero et al 1991) As bacteacuterias dessa
nova espeacutecie foram descritas como aeroacutebias Gram-negativas com pH oacutetimo para
crescimento variando entre 5 e 7 crescendo em temperatura de ateacute 40 degC As estirpes
estudadas foram isoladas de regiotildees tropicais nodulam e fixam N2 com P vulgaris L
Leucaena esculenta e L leucocephala
A estirpe IIB CIAT 899 (= ATCC 49672 = UMR 1899 = SEMIA 4077) foi
designada como estirpe padratildeo (ldquotype strainrdquo) e a estirpe representativa do grupo IIA eacute
a CFN 299 A estirpe CIAT 899 assim como as outras do Tipo IIB tambeacutem eacute resistente
a metais pesados e aos antibioacuteticos clorofenicol espectinomicina carbenicilina e
estreptomicina (Martiacutenez-Romero et al 1991) e apresenta maior toleracircncia agrave acidez
(Graham et al 1994) e a temperaturas elevadas (Hungria et al 1993 Mercante et al
2002) Somente as estirpes do Tipo IIB crescem em meio Luria-Bertani (LB) (Martiacutenez-
Romero et al 1991) Alguns estudos tecircm descrito diferenccedilas entre os Tipos IIA e IIB
incluindo anaacutelise de PCR com sequumlecircncias repetitivas como REP ERIC BOX (van
Berkum et al 1996) e a presenccedila de megaplasmiacutedeos (Geniaux et al 1995)
13 Simbiose rizoacutebio- leguminosa
Haacute uma grande diversidade de bacteacuterias capazes de formar simbioses com as
diferentes leguminosas sendo que ateacute o momento encontram-se distribuiacutedas dentro de
trecircs ramos filogeneacuteticos principais que satildeo os gecircneros Bradyrhizobium Azorhizobium e
os chamados rizoacutebios de crescimento raacutepido Estes atualmente encontram-se divididos
em trecircs gecircneros Rhizobium Mesorhizobium e Sinorhizobium sendo que R galegae
deve ser brevemente renomeado como um novo gecircnero (Young amp Haukka 1996
Lindstroumlm et al 1998) O rizoacutebio induz em suas hospedeiras a formaccedilatildeo de estruturas
especializadas chamadas noacutedulos onde o nitrogecircnio molecular eacute reduzido a amocircnia
Os estudos tecircm demonstrado o alto grau de especializaccedilatildeo desenvolvido durante o
processo evolutivo desta simbiose havendo importantes relaccedilotildees de especificidade e
grandes possibilidades de manipulaccedilatildeo deste conhecimento visando melhorar a
eficiecircncia simbioacutetica Devido agrave sua importacircncia econocircmica os estudos da interaccedilatildeo
rizoacutebio-leguminosas tem tido um bom suporte econocircmico quando comparado agraves demais
aacutereas de pesquisa agronocircmica em diversas partes do mundo sendo que atualmente eacute
a interaccedilatildeo planta-microrganismo mais bem estudada (Straliotto amp Rumjanek1999)
Sob condiccedilatildeo de limitaccedilatildeo de nitrogecircnio mineral as bacteacuterias do gecircnero
Rhizobium Bradyrhizobium Mesorhizobium Sinorhizobium Allorhizobium
coletivamente chamadas de riacutezoacutebio formam noacutedulos simbioacuteticos nas raiacutezes de
leguminosas Nos anos recentes outras α-proteobacterias tem sido apresentadas como
produtoras de noacutedulos em leguminosas (Moullin et al 2002) Methylobacterium (Sy et
al 2001) Blastobacter (Van Berkun e Eardly 2002) e Devosia (Rivas et al 2002)
Nestes noacutedulos simbioacuteticos a bacteacuteria na forma de bacteroacuteides convertem o N
atmosfeacuterico em amocircnia que eacute incorporada em diversas formas de N orgacircnico para a
utilizaccedilatildeo por plantas da famiacutelia das leguminosas
O nitrogecircnio eacute o elemento mais abundante na atmosfera terrestre (em torno de
79 ) estando presente principalmente na forma diatocircmica (N2) e eacute um dos principais
macronutrientes dos vegetais Algumas bacteacuterias que coexistem em simbiose ou natildeo
nas raiacutezes de plantas possuem enzimas com a capacidade de reduccedilatildeo do nitrogecircnio
atmosfeacuterico transformando-o em amocircnia e posteriormente em elementos essenciais
(Lodeiro et al 2000)
As leguminosas tecircm ao seu dispor duas fontes de nitrogecircnio o mineral
proveniente do solo eou fertilizante e o nitrogecircnio fixado biologicamente atraveacutes da
simbiose com os rizoacutebios Entretanto a subida vertiginosa dos preccedilos dos adubos
nitrogenados devido ao consumo de energia foacutessil em sua fabricaccedilatildeo aliada aos graves
problemas de poluiccedilatildeo causados pelo uso intensivo desses adubos tem deixado agrave
agricultura dos paiacuteses em desenvolvimento e dos desenvolvidos apenas as alternativas
de maximizar a fixaccedilatildeo bioloacutegica de nitrogecircnio otimizar a distribuiccedilatildeo e emprego dos
compostos nitrogenados dentro das plantas e tornar mais eficiente a utilizaccedilatildeo de
carboidratos pelos noacutedulos (Neves 1992)
O crescimento e a produccedilatildeo das leguminosas satildeo pelo menos em parte o
resultados da interaccedilatildeo entre as cultivares das plantas as estirpes de Rhizobium e as
condiccedilotildees ambientais em que o sistema simbioacutetico se desenvolve e que afetam a
assimilaccedilatildeo distribuiccedilatildeo e utilizaccedilatildeo do carbono e nitrogecircnio pelas plantas A
disponibilidade de nitrogecircnio para as sementes em desenvolvimento determina a
produccedilatildeo e depende de uma fixaccedilatildeo de nitrogecircnio que se prolongue ateacute o periacuteodo de
enchimento dos gratildeos (Neves amp Rumjanek 1995 Rumjanek et al 2002)
As plantas dependentes da fixaccedilatildeo bioloacutegica do N requerem mais fosfato (P) que
as plantas que usam exclusivamente N mineral Os niacuteveis baixos de P podem afetar a
simbiose ao diminuir o suplemento de fotossintato ao noacutedulo reduzir a taxa de
crescimento bacteriano e a populaccedilatildeo total de Rhizobium e Bradyrhizobium (Keyser amp
Munns 1979)
A fixaccedilatildeo bioloacutegica do nitrogecircnio dar-se-aacute mediante a presenccedila de noacutedulos nas
raiacutezes induzidos pela infecccedilatildeo das raiacutezes pelas bacteacuterias (Uribe 1994) O
desenvolvimento dos noacutedulos seratildeo iniciados pela troca de sinais quiacutemicos moleculares
entre a planta e o simbionte (Singleton et al 1992 Hungria et al 2000)
Os noacutedulos e a planta hospedeira satildeo perfeitamente interligados por meio de
vasos xilemaacuteticos e floemaacuteticos e portanto totalmente integrados em termos hormonais
e nutricionais O processo de fixaccedilatildeo do nitrogecircnio tambeacutem requer um suprimento
contiacutenuo de carboidratos que fornecem tanto a energia para a reduccedilatildeo do nitrogecircnio
quantos os esqueletos de carbono necessaacuterios agrave assimilaccedilatildeo da amocircnia produzida
Durante os processos de infecccedilatildeo e desenvolvimento dos noacutedulos energia eacute
necessaacuteria agraves divisotildees celulares e eacute obtida da oxidaccedilatildeo dos carboidratos produzidos
na parte aeacuterea da planta hospedeira (Neves 1992 Silveira et al 2001 Moreira amp
Siqueira 2006)
Devido agrave existecircncia de uma grande diversidade de espeacutecies nativas de bacteacuterias
fixadoras de nitrogecircnio eacute necessaacuteria a obtenccedilatildeo de estirpes de Rhizobium de alta
qualidade capazes de sobreviver e competir pela fixaccedilatildeo eficiente do nitrogecircnio
atmosfeacuterico na leguminosa alvo (Moawad et al 1998 Silveira et al 2001 Figueiredo et
al 2001 2002)
A nodulaccedilatildeo eacute um processo de multi-passos que envolvem plantas especiacuteficas e
expressatildeo geneacutetica bacteriana compatiacutevel Os resultados de vaacuterias trabalhos tecircm
indicado a participaccedilatildeo de mediadores quiacutemicos no periacuteodo inicial do processo de
infecccedilatildeo das raiacutezes das leguminosas Flavonoides especiacuteficos satildeo reconhecidos pelo
rizoacutebio e em alguns casos este eacute um importante aspecto de reconhecimento do
hospedeiro Se o flavonoide for reconhecido ocorreraacute a siacutentese de sacariacutedeos nas
ceacutelulas bacterianas atraveacutes da accedilatildeo de vaacuterios produtos de genes e resultando a
produccedilatildeo de uma pequena famiacutelia de lipo-oligossacariacutedeos A estrutura dos tipos de
lipo-oligossacariacutedeos eacute o maior determinante da especificidade do hospedeiro
(Laeremans amp Vanderleyden 1998 Diouf et al 2000 Dakora 2003)
14 Polissacariacutedeos de Rizoacutebio
Biopoliacutemeros satildeo polissacariacutedeos microbianos tambeacutem conhecidos como gomas ou
exopolissacariacutedeos (EPS) que tem a capacidade de fornar geacuteis e soluccedilotildees viscosas em
meio aquoso (Moreira et al 2003) Tendo sido observados nas uacuteltimas deacutecadas
progressos significativos em relaccedilatildeo agrave identificaccedilatildeo caracterizaccedilatildeo e utilizaccedilatildeo de
polissacariacutedeos sintetizados por microrganismos (Padilha 1997)
Kay et al (1993) enfatizam que os biopoliacutemeros satildeo na sua maioria compostos
atoacutexicos biodegradaacuteveis produzidos extracelularmente por microrganismos natildeo
patogecircnicos a partir de fermentaccedilotildees em batelada com eficiecircncia proacutexima a 50 na
conversatildeo do substrato
O termo goma tal como usado tecnicamente pelas induacutestrias refere-se aos
polissacariacutedeos de origem vegetal ou microbiana e seus derivados de alto peso
molecular que quando solubilizados em aacutegua fria ou quente produzem suspensotildees ou
soluccedilotildees viscosas podendo formar geacuteis a baixas concentraccedilotildees (Lopes 1989 Whistler
amp BeMiller 1993)
As bacteacuterias Gram-negativas apresentam a parede celular mais fina consequumlecircncia
da menor quantidade de peptidoglicano em comparaccedilatildeo agraves Gram-positivas e tem
como maior componente um macropoliacutemero denominado lipopolissacariacutedeo A
presenccedila do lipopolissacariacutedeo fornece uma barreira hidrofiacutelica agrave superfiacutecie celular Em
muitas bacteacuterias a hidrofilicidade da superfiacutecie celular eacute aumentada pela presenccedila de
uma camada de EPS O EPS pode estar organizado de modo a formar uma camada
coesiva e aderente denominada ldquocaacutepsulardquo ou consistir em um polissacariacutedeo livre e
ldquomucilaginosordquo (slime) com pouca ou nenhuma aderecircncia celular O termo EPS ou
exopolissacariacutedeo pode ser usado tanto para descrever o polissacariacutedeo mucilaginoso
como o capsular (Portilho 2002)
Vaacuterias bacteacuterias pertencentes agrave famiacutelia Rhizobiaceae satildeo produtoras de EPS na
cultura esses EPS rizobianos satildeo heteropolissacariacutedeos de espeacutecie ou estirpe-
especiacuteficos compostos de diferentes tipos de monossacariacutedeos (Becker amp Puumlhler
1998) Existem evidecircncias de que a composiccedilatildeo de EPS varia natildeo soacute entre os diversos
gecircneros mas tambeacutem com mudanccedilas no meio ambiente bacteriano (Karr et al 2000)
e alteraccedilotildees na constituiccedilatildeo das unidades repetitivas podem afetar a habilidade
simbioacutetica do bacterioacuteide (Wielbo et al 2004) Poreacutem os mecanismos de
desenvolvimento simbioacutetico e de infecccedilatildeo ainda natildeo estatildeo claros e por isso existe
contiacutenuo interesse em se elucidar a geneacutetica a biologia molecular e a bioquiacutemica de
EPS e de superfiacutecie de origem bacteriana
Os polissacariacutedeos sintetizados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium tais como
succinoglicanas e galactoglucanas (Zevenhuizen 1997) tecircm sido extensivamente
estudados na tentativa de melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose Muitos
trabalhos tecircm sido desenvolvidos com o objetivo de revelar a composiccedilatildeo quiacutemica a
biossiacutentese e informaccedilotildees geneacuteticas destas biomoleacuteculas e relacionar suas estruturas
quiacutemicas agraves propriedades de infestaccedilatildeo das bacteacuterias nas plantas hospedeiras (Canter
Cremers et al 1991) uma vez que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes da
especificidade simbioacutetica (Gil-Serrano et al 1992)
Os EPSs segundo Costerton (1987) possibilitam vida livre agrave bacteacuteria permitindo a
aderecircncia e colonizaccedilatildeo agrave superfiacutecies soacutelidas onde nutrientes se acumulam Eles
envolvem as membranas das ceacutelulas protegendo-as do dessecamento e outros
estresses ambientais aleacutem de poder ajudar na fixaccedilatildeo de minerais e nutrientes
proacuteximos agrave bacteacuteria (Sutherland 1988 Whitfield 1988)
Rhizobia de raacutepido crescimento sintetizam diferentes EPS EPS de alta massa
molecular o qual eacute excretado para o meio e resulta no aumento da viscosidade do
meio de cultivo CPS neutro e insoluacutevel depositado como uma massa volumosa ao
redor da ceacutelula e β-1 2-glucanas ciacuteclicas acumuladas no espaccedilo periplasmaacutetico e
excretadas para o meio (Zevenhuizen 1986) Os EPS despertam maior interesse
porque podem ser recolhidos diretamente do meio para o qual satildeo secretados Esses
microrganismos podem tambeacutem formar glucanas neutras unidas glicosidicamente por
ligaccedilotildees tipo β-14 presentes como microfibrilas celuloacutesicas de baixo massa molecular
(Zevenhuizen1986 Breedveld et al 1993) e algumas vezes no meio de cultura
podem ser encontrados compostos de baixa massa molecular semelhantes aos das
unidades monomeacutericas do EPS (Breedveld et al 1990)
A siacutentese de EPS aacutecido CPS neutro e poli-β-hidroxibutirato (PHB) por Rhizobium
eacute fortemente dependente das condiccedilotildees de cultivo das linhagens utilizadas assim
como da fase de crescimento levando a resultados que podem variar
consideravelmente (Zevenhuizen 1981 1986 Tombolini amp Nuti 1989) A produccedilatildeo de
EPS por Rhizobium leguminosarum R phaseoli e R trifolii segue associada ao
crescimento enquanto que R meliloti excreta principalmente polissacariacutedeos de baixa
massa molecular quando a proliferaccedilatildeo celular estaacute limitada pela falta de nitrogecircnio em
excesso de fonte de carbono ainda presente no meio
Zevenhuizen (1986) investigando a influecircncia das condiccedilotildees de cultivo nas
quantidades de EPS CPS e glucanas sintetizadas por Sinorhizobium meliloti TA-1
atraveacutes de cultivos em meio de sais contendo aacutecido glutacircmico (01 ) e manitol (1 )
em frascos de 100 mL agitados a 25 ordmC verificou que determinadas condiccedilotildees
direcionavam a siacutentese polissacariacutedica para um produto especiacutefico A produccedilatildeo de EPS
era favorecida em ar saturado com O2 a de CPS sob condiccedilotildees limitantes de nitrogecircnio
e moderado suprimento de O2 e a produccedilatildeo de β-12-glucanas em meio contendo uma
concentraccedilatildeo quatro vezes maior da fonte de nitrogecircnio produzindo uma alta
densidade celular e consequentemente uma limitaccedilatildeo severa de O2
Em todas as linhagens o acuacutemulo de glicogecircnio celular β-12-glucana e PHB
satildeo apenas iniciados sob condiccedilotildees limitantes do crescimento celular (Zevenhuizen amp
Ebbink1974) Quando haacute exaustatildeo da fonte de carbono externa glicogecircnio e PHB satildeo
metabolizados pelas ceacutelulas sustentando assim sua longevidade e atuando como
material de reserva (Zevenhuizen1981)
Ceacutelulas de R leguminosarum bv phaseoli e bv trifolii sintetizam EPS contendo
aacutecido urocircnico PHB eou glicogecircnio e ainda CPS natildeo metabolizaacutevel e pequenas
quantidades de β-12-glucana R melioti sintetiza EPS livre de aacutecido urocircnico PHB eou
glicogecircnio e elevadas concentraccedilotildees de β-12-glucana (Zevenhuizen 1981)
EPS aacutecidos elaborados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium apresentam exceto
por pequenas diferenccedilas uma viscosidade extraordinaacuteria na composiccedilatildeo e nas
propriedades estruturais entre linhagens de diferentes espeacutecies (Zevenhuizen
19711973 e Zevenhuizen amp Scholten-Koerselman1979) Os dois tipos mais comuns de
EPS de rizoacutebio (espeacutecies de raacutepido crescimento) obtidos apoacutes a precipitaccedilatildeo com 3
volumes de etanol satildeo EPS (da S meliloti) sem aacutecido urocircnico e que apresenta na
composiccedilatildeo molar D-glucose D-galactose aacutecido piruacutevico (711) denominado de
polissacariacutedeop Tipo I e EPS (da R leguminosarum bv phaseoli e bv trifolii) com
composiccedilatildeo molar D-glucoseD-galactoseaacutecido D-glucurocircnicoaacutecido piruacutevico (5122)
denominado de polissacariacutedeo Tipo II (Zevenhuizen1981)
As fraccedilotildees polimeacutericas precipitaacuteveis com trecircs volumes de etanol satildeo produtos de
elevada massa molecular com caraacuteter aacutecido os quais resultam em soluccedilotildees aquosas
altamente viscosas Polissacariacutedeos do Tipo I satildeo produtos comuns excretados de
linhagens de S meliloti e de Agrobacterium (Hisamatsu et al1982) sendo tambeacutem
sintetizados por bacteacuterias de origem totalmente diferente tal como Alcaligenes faecalis
(Harada amp Amemura 1981) S melioti sintetiza geralmente um EPS de elevada massa
molecular do tipo succinoglicana com a composiccedilatildeo glucose galactose piruvato
succinato acetato (71111) (Cinquini Dantas 1992 Matulovaacute et al 1994 Ridoult et
al1997)
Algumas linhagens de Rhizobium apresentam composiccedilotildees de EPS desviadas
dos tipos mais comuns mencionados acima tais como R leguminosarum bv phaseoli
linhagem K-82 com EPS de composiccedilatildeo molar D-glucoseD-galactose aacutecido urocircnico
aacutecido piruacutevico (1111) e S meliloti SU-234 que produz EPS correspondente ao
polissacariacutedeo Tipo II (Zevenhuizen 1981)
Um consideraacutevel nuacutemero de polissacariacutedeos produzidos por muitas linhagens de
rizoacutebio natildeo estaacute disperso livremente no meio mas sim presente como um material
viscoso amorfo ao redor da ceacutelula Tais polissacariacutedeos como a curdlana podem ser
extraiacutedos com a simples adiccedilatildeo de NaOH 05 M seguida de precipitaccedilatildeo pela
neutralizaccedilatildeo com HCl Curdlana uma β-13-glucana linear gelificante pode ser
produzida por Agrobacterium e por algumas linhagens de Rhizobium (Harada amp
Amemura 1981 Zevenhuizen 1986) assim como pela bacteacuteria Alcaligenes faecalis
bv myxogenes (Harada et al 1966 Phillips et al1983 Lawford amp Rousseau1989) O
derivado sulfatado deste homopoliacutemero apresenta atividades anticoagulantes e
antitromboacuteticas aleacutem de exibir efeito inibitoacuterio agrave infecccedilatildeo in vitro do viacuterus HIV-1
(Jagodzinsski et al 1994) Aleacutem dos polissacariacutedeos neutro e aacutecido de elevada massa
molecular as espeacutecies de Rhizobium assim como bacteacuterias do gecircnero Agrobacterium
excretam carboidratos de baixa massa molecular os quais tem sido caracterizados
como β-12-glucanas (York et al 1980) Estas glucanas se acumulam
preferencialmente no espaccedilo periplaacutesmico da ceacutelula (Abe et al 1982) mas satildeo
tambeacutem excretadas para o meio juntamente com EPS aacutecidos Aparentemente estes
carboidratos natildeo apresentam uma funccedilatildeo especiacutefica uma vez que experimentos
realizados natildeo sugerem a sua utilizaccedilatildeo como fonte de carbono ou de energia pelas
ceacutelulas apoacutes a exaustatildeo da fonte de carbono exoacutegena Entretanto acredita-se que β-
12-glucanas sejam importantes durante processo de infestaccedilatildeo de raiacutezes de plantas
Ceacutelulas mutantes de S meliloti natildeo sintetizadoras de β-12-glucanas induziram somente
a formaccedilatildeo de pseudonoacutedulos em alfafa (Breedveld et al1990)
As β-12-glucanas ciacuteclicas satildeo moleacuteculas com grande potencial de utilizaccedilatildeo
dado o espaccedilo interno relativamente hidrofoacutebico podendo ser apropriadas como
agentes de inclusatildeo comparaacuteveis agraves ciclodextrinas constituiacutedas de 6 a 8 resiacuteduos de
glucose unidos por ligaccedilotildees α-14 Os espaccedilos internos de ambas as moleacuteculas satildeo
praticamente semelhantes Contudo a solubilidade da β-12-glucana ciacuteclica eacute maior em
relaccedilatildeo agrave ciclodextrinas (Breedveld et al 1990)
Glicogecircnio e PHB estatildeo presentes nas ceacutelulas de Rhizobium sendo que
algumas vezes ocorre separadamente em diferentes linhagens mas na sua maioria
ambos os compostos aparecem juntos em ceacutelulas de uma mesma linhagem
Vaacuterios biopoliacutemeros tem sido produzidos e utilizados comercialmente entre eles
Dextrana (produzida por bacteacuterias dos gecircneros Leuconostoc e Streptococcus) Xantana
(produzida por bacteacuterias do gecircnero Xanthomonas) Curdulana (produzida pelas
bacteacuterias Alcaligenes faecalis bv mixogenes e Agrobacterium radiobacter) Alginato
bacteriano (produzido por bacteacuterias dos gecircneros Azotobacter principalmente
Azotobacter vinelandii e Pseudomonas) Zanflo (produzido pela bacteacuteria Erwinia
tahitica) Gelana (produzida pela bacteacuteria Sphingomonas paucimobilis anteriormente
classificada como Pseudomonas elodea) Welana (produzida por espeacutecies de
Alcaligenes) Escleroglucana (produzida por diferentes espeacutecies de Sclerotium)
Pululana (produzida pelo fungo Aureobasidium pullulans) Celulose bacteriana
(produzida pela bacteacuteria Acetobacter xilinum) (Sutherland 1992 Martins amp Saacute-Correia
1993 Giavasis el al 2000 Maugeri 2001 Giavasis et al 2003 Kalogiannis et al
2003 Campbell et al 2003)
Outros biopoliacutemeros que estatildeo em estudo natildeo sendo produzidos em escala
industrial podem ser citados tais como indicana (produzida por Beijerinckia indica)
emulsana (produzida por Acinetobacter calcoaceticus) pululana (produzida pela
levedura Rhodotorula bacarum) ciclossoforanas (produzidas por Rhizobium
Agrobacterium e algumas espeacutecies de Xanthomonas) clairana (produzida por
Beijerinckia sp) diutana (produzida pelo gecircnero Sphingomonas) (Maugeri 2001
Navarrete amp Shah 2001 Chi amp Zhao 2003 Moreira et al 2003) Ateacute o momento
dextrana e xantana satildeo praticamente os uacutenicos polissacariacutedeos microbianos
comercializados em larga escala A goma gelana eacute o terceiro polissacariacutedeo produzido
comercialmente por biossiacutentese microbiano utilizado na induacutestria de alimentos
(Maugeri 2001)
15 Reologia
A etmologia da palavra rheologia tem raiz e busca significado nos vocaacutebulos
gregos rheo = deformaccedilatildeo e logia = ciecircncia ou estudo Portanto reologia eacute a ciecircncia
que estuda como a mateacuteria se deforma ou escoa quando submetida a esforccedilos
originados por forccedilas externas Schlumberger (1982) Estuda o comportamento
deformacional e do fluxo de mateacuteria submetido a tensotildees sob determinadas condiccedilotildees
termodinacircmicas ao longo de um intervalo de tempo Inclui propriedades como
elasticidade viscosidade e plasticidade No caso mais simples a propriedade reoloacutegica
de interesse no caso de soacutelidos eacute a sua elasticidade e nos fluidos eacute a viscosidade que
pode ser interpretada como a resistecircncia interna ou fricccedilatildeo interna do fluido oferece
para escoar ou tambeacutem como a medida da fricccedilatildeo interna de um fluiacutedo Quanto mais
viscosa o fluido mais difiacutecil de escoar e maior o seu coeficiente de viscosidade
(Pasquel1999)
As propriedades reoloacutegicas das soluccedilotildees de poliacutemeros mudam com a natureza
do soluto dependem da massa molecular meacutedia da estrutura molecular dos grupos
acetil ou piruvato (Casas et al 2000 Moradi-Araghi 2000 Diltz amp Zeller 2001
Navarrete et al 2001)
Viscoelasticidade eacute uma das propriedades reoloacutegicas mais simples de
substacircncias de comportamento reoloacutegico complexo como satildeo os biopoliacutemeros uma
vez que soluccedilotildees de biopoliacutemeros com interesse de aplicaccedilatildeo comercial exibem
propriedades viscoelaacutesticas isto eacute a capacidade de formar geacuteis verdadeiros em baixas
concentraccedilotildees e portanto com caracteriacutesticas intermediaacuterias entre soacutelidos e fluiacutedos
(Szczesniak 1993)
Entretanto uma das importantes indicaccedilotildees de que um biopoliacutemero tem
propriedades funcionais com viabilidade de aplicaccedilatildeo comercial como agente
espessante estruturante ou gelificante eacute o resultado da medida da viscosidade
aparente de suas soluccedilotildees aquosas (Szczesniak 1993)
A viscosidade de uma soluccedilatildeo polimeacuterica eacute uma funccedilatildeo do tamanho e da forma e
conformaccedilatildeo que adotam suas moleacuteculas no solvente sendo que no caso de alimentos
e bebidas o solvente eacute uma soluccedilatildeo de outros solutos Assim sendo as soluccedilotildees das
gomas satildeo dispersotildees de moleacuteculas hidratadas eou agregados de moleacuteculas
hidratadas e seu comportamento reoloacutegico eacute determinado pelo tamanho forma
facilidade de deformaccedilatildeo ou flexibilidade e presenccedila e magnitude da carga eleacutetrica
nessas moleacuteculas hidratadas eou agregados As soluccedilotildees de polissacariacutedeos exibem
dois tipos gerais de comportamento reoloacutegico pseudoplaacutestico e tixotropia As soluccedilotildees
da maioria das gomas experimentam uma diminuiccedilatildeo da viscosidade com o aumento da
temperatura sendo que a goma xantana eacute uma exceccedilatildeo entre 0 e 100 ordm C (Pasquel
1999)
Na Viscoelasticidade os liacutequidos viscosos natildeo possuem forma geomeacutetrica
definida e escoam irreversivelmente quando submetidos a forccedilas externas Por outro
lado os soacutelidos elaacutesticos apresentam forma geomeacutetrica bem definida e se deformados
pela accedilatildeo de forccedilas externas assumem outra forma geomeacutetrica de equiliacutebrio Muitos
materiais apresentam um comportamento mecacircnico intermediaacuterio entre estes dois
extremos evidenciando tanto caracteriacutesticas viscosas como elaacutesticas e por este
motivo satildeo conhecidos como viscoelaacutesticos
Quanto agrave deformaccedilatildeo os fluidos podem ser classificados em
Reversiacuteveis ou elaacutesticos satildeo sistemas que natildeo escoam sua deformaccedilatildeo eacute
reversiacutevel e o sistema obedece agrave Lei de Hooke
Irreversiacuteveis ou viscosos satildeo sistemas que escoam sua deformaccedilatildeo eacute
irreversiacutevel e o sistema obedece agrave Lei de Newton de viscosidade constante
Tambeacutem podem ser classificados quanto agrave relaccedilatildeo entre a taxa de deformaccedilatildeo e a
tensatildeo de cisalhamento
Fluidos Newtonianos sua viscosidade eacute constante seguem a Lei de
Newton Esta classe abrange todos os gases e liacutequidos natildeo polimeacutericos e
homogecircneos A relaccedilatildeo entre a taxa de deformaccedilatildeo e a tensatildeo de cisalhamento
eacute linear e o coeficiente angular da reta eacute a viscosidade (Severs 1962)
Ex aacutegua leite soluccedilotildees de sacarose oacuteleos vegetais
Fluidos Natildeo Newtonianos a relaccedilatildeo entre a taxa de deformaccedilatildeo e a tensatildeo de
cisalhamento natildeo eacute constante A relaccedilatildeo eacute natildeo linear e o coeficiente angular
(viscosidade) varia com a taxa de deformaccedilatildeo (Severs 1962)
Aleacutem disso os fluidos natildeo newtonianos ainda podem ser classificados em
viscoelaacutesticos dependentes e independentes do tempo (Figura 1)
A Figura 2 mostra o comportamento reoloacutegicos do fluido newtoniano e dos fluidos
natildeo newtonianos independentes do tempo
O comportamento reoloacutegico dos fluidos pode ser caracterizado atraveacutes da
relaccedilatildeo entre a tensatildeo de cisalhamento (forccedilaaacuterea cisalhada) e a taxa de deformaccedilatildeo
Normalmente os poliacutemeros em soluccedilatildeo diluiacuteda demonstram um comportamento de
liacutequido newtoniano Em soluccedilatildeo concentrada ou no estado fundido os poliacutemeros
apresentam um comportamento reoloacutegico distinto que lhes confere a denominaccedilatildeo de
fluidos natildeo-newtonianos (Tager 1978)
Dependentes do tempo
Independentes do tempo
Tixotroacutepicos
Sem tensatildeo de cisalhamento
inicial
Natildeo Newtoniano
Com tensatildeo de cisalhamento
inicial
Dilatantes
Herschel-Bulkley
Fluidos
Newtoniano
Viscoelaacutesticos
Reopeacuteticosticos
Pseudoplaacutesticos
Plaacutesticos de Bingham
Figura 1 Classificaccedilatildeo dos Fluidos segundo seu comportamento reoloacutegico
Figura 2 Curvas de escoamento de fluidos newtoniano e natildeo newtonianos de propriedades independentes do tempo de cisalhamento
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Os fluidos natildeo-newtonianos cujas propriedades reoloacutegicas satildeo independentes do
tempo temos diversos tipos de comportamento de materiais que satildeo denominados
viscoplaacutesticos ou de Bingham dilatante e pseudoplaacutesticos
Os materiais viscoplaacutesticos ou de Bingham necessitam de uma tensatildeo inicial
para comeccedilarem a deformaccedilatildeo cisalhamento mantendo entatildeo a relaccedilatildeo entre tensatildeo
e taxa de deformaccedilatildeo que pode ser constante ou natildeo Em soluccedilotildees de poliacutemeros de
alto peso molecular muitas vezes uma tensatildeo de cisalhamento miacutenima se faz
necessaacuteria a fim de vencer as interaccedilotildees intermoleculares existentes Soacute apoacutes o
colapso destas ligaccedilotildees ocorre o escoamento do fluido Como exemplos destes fluidos
podem ser citados a margarina polpa de papel e a maioria das tintas (Bretas 1987)
Os materiais com comportamento dilatante ou pseudoplaacutestico natildeo necessitam de
uma tensatildeo miacutenima para escoarem mas a viscosidade destes fluidos varia de forma
natildeo linear com a taxa de deformaccedilatildeo (Cheremisinoff 1993)
Os materiais pseudoplaacutesticos incluem a maioria dos fluidos natildeo-newtonianos
como por exemplo soluccedilotildees polimeacutericas acetato de celulose maionese suspensotildees
de polpa de papel e pigmentos (Cheremisinoff 1993) A maioria dos poliacutemeros
sinteacuteticos no seu estado fundido e das soluccedilotildees aquosas de polissacariacutedeos satildeo
exemplos de materiais pseudoplaacutesticos (Lopes 1989)
O termo dilatacircncia eacute empregado normalmente para descrever tanto uma
expansatildeo de volume sob cisalhamento como para caracterizar o aumento de
viscosidade de certos fluidos com o aumento da velocidade de cisalhamento Neste
uacuteltimo aspecto a dilatacircncia eacute observada como fenocircmeno inverso agrave pseudoplasticidade
(Bauer amp Collins 1967) O comportamento dilatante pode ser observado em
suspensotildees muito concentradas em que as partiacuteculas constituintes satildeo irregulares e
natildeo se orientam facilmente ou em poliacutemeros fundidos onde haacute formaccedilatildeo de cristais
durante o processo de escoamento (Lopes e Andrade 1991) Como exemplos de
dilatantes podemos citar as suspensotildees aquosas de dioacutexido de titacircnio suspensotildees de
amido de milho em etilenoglicolaacutegua goma araacutebica areia de praia molhada entre
outros (Lopes e Andrade 1991 Cheremisinoff 1993)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Os fluidos natildeo-newtonianos cujas propriedades reoloacutegicas satildeo dependentes do
tempo temos diversos tipos de comportamento de materiais que satildeo denominados de
reopeacuteticos e tixotroacutepicos Materiais que se tornam mais viscosos durante a
transformaccedilatildeo em cisalhamento suave satildeo chamados reopeacuteticos exibem um aumento
da viscosidade com o aumento da velocidade de cisalhamento a uma velocidade de
cisalhamento constante (suspensatildeo de gesso solos) e os que se tornam menos
viscosos satildeo chamados tixotroacutepicos (tinturas vaacuterios lubrificntes) (Cheremisinoff 1993)
Os materiais tixotroacutepicos satildeo inevitavelmente pseudoplaacutesticos mas nem todo
pseudoplaacutestico eacute tixotroacutepico (Lenk 1978)
Uma outra categoria de fluidos natildeo-newtoniano eacute representada pelos fluidos
viscoeslaacutesticos Um material eacute descrito como viscoelaacutestico quando em suas
propriedades mecacircnicas parte da energia eacute armazenada e outra parte eacute dissipada
como calor Na verdade todos os corpos reais satildeo viscoelaacutesticos (Graessley 1984)
Um fluido viscoelaacutestico em equiliacutebrio quando submetido agrave uma tensatildeo cisalhante
responde de dois modos sobrepostos Primeiro o material exibe uma resposta elaacutestica
que corresponde ao deslocamento das moleacuteculas de sua posiccedilatildeo inicial para uma nova
posiccedilatildeo de equiliacutebrio Isto ocorre logo apoacutes a aplicaccedilatildeo da tensatildeo e eacute chamado de
tempo de relaxamento O segundo modo de resposta agrave tensatildeo eacute o escoamento viscoso
iniciando-se tambeacutem logo que esta eacute aplicada O escoamento viscoso eacute por
conseguinte irreversiacutevel espontaneamente podendo continuar mesmo apoacutes o aliacutevio da
tensatildeo (Tager 1978) Como exemplos desta classe de fluiacutedos poliacutemeros como o
naacuteilon vaacuterias soluccedilotildees polimeacutericas e geleacuteias (Cheremisinoff 1993)
O estudo reoloacutegico de sistemas polimeacutericos tem auxiliado tanto na compreensatildeo
da estrutura molecular de muitos tipos de poliacutemeros quanto na forma como esta
conformaccedilatildeo estrutural afeta o comportamento reoloacutegico quer em condiccedilotildees
permanentes quer em deformaccedilatildeo intermitente A viscosidade e a elasticidade satildeo as
duas faces que tendem a caracterizar a maneira como um material reage a uma tensatildeo
imposta (Machado 2002)
A estrutura quiacutemica de cada biopoliacutemero bem como os grupos substituintes que
ele possui determinam suas caracteriacutesticas reoloacutegicas e portanto suas potenciais
aplicaccedilotildees (Pace 1991)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Os polissacariacutedeos microbianos variam consideravelmente em suas
propriedades fiacutesicas incluindo as caracteriacutesticas reoloacutegicas influenciando
marcadamente o processo fermentativo (Sutherland 1990)
2 JUSTIFICATIVA
A relevacircncia deste trabalho consiste na necessidade do desenvolvimento de
tecnologias de baixo custo capazes de melhorar os niacuteveis de produtividade do feijoeiro
podendo ser favorecido pelo estudo do comportamento da produccedilatildeo de polissacariacutedeos
por Rhizobium sp onde os resultados permitiratildeo avaliar a produccedilatildeo do biopoliacutemero
sintetizado como uma alternativa viaacutevel e promissora principalmente pelo uso de
bioproduto para formulaccedilatildeo de inoculante visando incrementar a contribuiccedilatildeo no
processo da Fixaccedilatildeo Bioloacutegica de Nitrogecircnio podendo gerar no futuro insumos
bioloacutegicos capazes de promover saltos qualitativos para a agricultura
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
3 OBJETIVOS 31 Geral Obter isolados de rizoacutebios para maior eficiecircncia no desenvolvimento da planta visando
selecionar microrganismos para produccedilatildeo de polissacariacutedeos extracelulares e que
possuam capacidade para produzir biopoliacutemero
32 Especiacuteficos
Estudo cineacutetico do cultivo de rizoacutebios para determinar as condiccedilotildees culturais que
assegurem uma produccedilatildeo eficiente de polissacariacutedeos
Determinar quais os melhores isolados produtores de polissacariacutedeo em meio
liacutequido (gL-1)
Estudar paracircmetros na produccedilatildeo de exopolissacariacutedeo formado pelas estirpes de
rizoacutebio tais como volume de inoacuteculo e o comportamento viscosimeacutetrico da
dispersatildeo do polissacariacutedeo
Avaliar a influecircncia do tempo na produccedilatildeo do polissacariacutedeo pelo
acompanhamento de consumo de substrato e de formaccedilatildeo do produto
Determinar a composiccedilatildeo quimica e a dosagem de sacarose das melhores
estirpes produtoras de polissacariacutedeo
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Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
5 CAPIacuteTULO 1
BIOPOLIacuteMEROS SINTETIZADOS POR Rhizobium sp PRODUCcedilAtildeO E COMPORTAMENTO REOLOacuteGICO
Barreto M C S 12 Figueiredo M V B 2 Burity H A2 Lima-Filho J L 1
1Universidade Federal de Pernambuco Rua Nelson Chaves sn Cidade Universitaacuteria
Recife ndash PE Brasil
2Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria ndash IPA Laboratoacuterio Biologia do
Solo Av Gal San Martin 1371 Bongi Recife ndash PE Brasil
Autor de correspondecircncia Maria do Carmo Silva Barreto Empresa Pernambucana de Pesquisa
Agropecuaacuteria ndash IPA Laboratoacuterio Biologia do Solo Av Gal San Martin 1371 Bongi Recife ndash PE
Brasil E-mail mcsbarretogmailcom
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
RESUMO Os biopoliacutemeros polissacariacutedicos de origem microbiana sintetizados por bacteacuterias
fungos e leveduras satildeo tambeacutem conhecidos como goma devido a sua capacidade de
formar soluccedilotildees viscosas e geacuteis em meio aquoso A produccedilatildeo de exopolissacariacutedeos
(EPS) microbianos tem sido objeto de intensa pesquisa tendo em vista seu elevado
potencial de aplicaccedilatildeo em diferentes setores No entanto os polissacariacutedeos
sintetizados por bacteacuterias do grupo Rhizobium tem sido estudados na tentativa de
melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose leguminosa X Rhizobium uma vez
que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes da especificidade simbioacutetica
entretanto a precisa funccedilatildeo destas moleacuteculas ainda estaacute sendo investigada No
processo de produccedilatildeo e viscosidade de polissacariacutedeo a ser obtido deve-se considerar
desde o microrganismo em estudo ateacute a determinaccedilatildeo dos paracircmetros de agitaccedilatildeo
tempo de incubaccedilatildeo excesso ou ausecircncia de carboidratos e volume de inoculo onde
se destaca o meio de produccedilatildeo e sua influecircncia na siacutentese no rendimento e na
composiccedilatildeo dos EPS O objetivo deste trabalho foi avaliar a produccedilatildeo e viscosidade de
biopoliacutemeros obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp comparados com a estirpe padratildeo
Rhizobium tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo O biopoliacutemero foi obtido
atraveacutes de agitaccedilatildeo em incubador agitador As condiccedilotildees foram 28 degC 200 rpm por 96
e 168 horas em meio YM modificado Foram avaliados a produccedilatildeo pela massa seca
da soluccedilatildeo aquosa dos biopoliacutemeros a 25 (vv) atraveacutes da teacutecnica da massa seca e
apoacutes a secagem do produto foi realizada em dissecador agrave temperatura de 30 degC ateacute
massa constante Para medidas de viscosidade as amostras foram determinadas em
viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT Spindle 1) a 20 degC a diferentes taxas
de cisalhamento Os resultados mostraram que os isolados no tempo de fermentaccedilatildeo
de 168 horas apresentou maior produccedilatildeo de EPS Com o aumento do tempo tambeacutem
houve um aumento da viscosidade para todos os isolados
Palavras Chave Exopolissacariacutedeos (EPS) reologia rizoacutebio
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ABSTRACT
The biopolymers are polysaccharide from microbial origin synthesized by bacteria fungi
and yeast They are also known as gums due to their capacity to produce viscous
solutions and gel in an acquoso medium The production of microbial Exopolysaccharide
(EPS) has been an object of intensive research due to its high application and potential
in different fields However the polysaccharide synthesized by bacteria from
Rhizobium have been studied to help understand their participation in the leguminous
symbiosis X Rhizobium since these biopolymers seem to determine the symbiotic
specificity however the precise function of those molecules are still to be seen to
During the process of production and viscosity of polysaccharide it should be
considered from the microorganism being studied to the determination of rotatory
parameters time of incubation excess or lack of carbohydrates and inocule volume in
which the production medium and its influence on the synthesis is highlighted in the
yield and composition of exopolysaccharides The aim of this research is to evaluate the
production and viscosity of biopolymers obtained form 8 isolated Rhizobium sp
compared to standard strain Rhizobium tropici (CIAT 899) in different culture timing The
biopolymer was obtained through rotation in shakers The conditions were 28degC
200rpm per 96 and 168 hours in modified YM medium The following items were
evaluated the production via dry weight of acquoso solution of biopolymers at 25
(vv) through the technique of dry weight and after drying the product which was done in
a dessicator at 30degC with constant weight For measuring viscosity the samples were
identified by using a rotational Brookfield (model RVT Spindle 1) viscometer at 20degC
and shear rate The results showed that the isolated ones had a bigger production within
168 hours of fermentation time Besides by increasing the time there was also an
increase of viscosity for all the isolated ones
Keywords Exopolysaccharide(EPS) rheology rhizobia
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
51 Introduccedilatildeo
Os biopoliacutemeros polissacariacutedicos de origem microbiana sintetizados por bacteacuterias
fungos e leveduras satildeo tambeacutem conhecidos como goma devido a sua capacidade de
formar soluccedilotildees viscosas e geacuteis em meio aquoso Esses polissacariacutedeos de cadeia
complexa tambeacutem satildeo conhecidos como gomas devido a sua capacidade de formar
soluccedilotildees viscosas e geacuteis em meio aquoso
Um grande nuacutemero de bacteacuterias conhecidas produz quantidades abundantes de
exopolissacariacutedeos (EPS) particularmente as patogecircnicas de plantas como as
Xanthomonas Erwinia e as bacteacuterias fixadoras de nitrogecircnio Rhizobium Beijerinkia e
Azotobacter (Vermani et al 1995) Destas os exopolissacariacutedeos de Xanthomonas
campestris (xantana) Sphingomonas paucimobilis e Pseudomonas elodea (gelana)
Acetobacter xylinum (celulose) e Rhizobium sp (succinoglucana) estatildeo sendo
comercializados (Sutherland 2001)
Os polissacariacutedeos extracelulares sintetizados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium
tecircm sido estudados na tentativa de melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose
leguminosa x Rhizobium uma vez que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes
da especificidade simbioacutetica entretanto a precisa funccedilatildeo destas moleacuteculas ainda estaacute
sendo investigada
Segundo Costerton (1987) os EPS possibilitam vida livre agrave bacteacuteria permitindo a
aderecircncia e colonizaccedilatildeo agrave superfiacutecies soacutelidas onde os nutrientes se acumulam Eles
envolvem as membranas das ceacutelulas protegendo-as do dessecamento e outros
estresses ambientais aleacutem de poder ajudar na fixaccedilatildeo de minerais e nutrientes proacuteximo
a bacteacuteria (Sutherland 1988 Whitfield 1988) Ainda segundo Costerton (1987) os
EPS podem ser homopoliacutemeros ou heteropoliacutemeros e possuem uma variedade de
substituintes natildeo carboidratados Entre os homopoliacutemeros encontrados em bacteacuterias
que interagem com plantas as mais comuns satildeo as glucanas periplasmaacuteticas β (1-2)
que estatildeo presentes em Rhizobiaceae (Otoboni 2001)
Os polissacariacutedeos bacterianos hidrossoluacuteveis vecircm sendo utilizados pelas induacutestrias
como emulsificantes estabilizantes espessantes agentes de suspensatildeo e dependendo
de sua natureza quiacutemica as gomas microbianas podem tambeacutem ser empregadas como
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
promotoras de gelificaccedilatildeo No entanto os polissacariacutedeos sintetizados por bacteacuterias do
gecircnero Rhizobium tais como succinoglicanas e galactoglucanas (Zevenhuizen 1997
Younes et al 2000) tecircm sido estudados na tentativa de melhor compreender sua
participaccedilatildeo na simbiose
A produccedilatildeo de EPS microbianos tem sido objeto de intensa pesquisa tendo em
vista seu elevado potencial de aplicaccedilatildeo em diferentes setores pois natildeo se encontra
exposta agraves alteraccedilotildees climaacuteticas ou agrave problemas nas colheitas que prejudicam a oferta
e alteram o custo de produccedilatildeo das gomas tradicionais No processo de produccedilatildeo de
polissacariacutedeos deve-se considerar desde o microrganismo em estudo ateacute a
determinaccedilatildeo dos paracircmetros de agitaccedilatildeo tempo de incubaccedilatildeo excesso ou ausecircncia
de carboidratos e volume de inoacuteculo onde se destaca o meio de produccedilatildeo e sua
influecircncia na siacutentese no rendimento e na composiccedilatildeo dos EPS (Faria 2002)
Na literatura estatildeo descritos vaacuterios meios de produccedilatildeo entretanto a composiccedilatildeo
qualitativa eacute a mesma e cada suplemento apresenta uma determinada funccedilatildeo na
produccedilatildeo de polissacariacutedeo Basicamente os meios para produccedilatildeo de polissacariacutedeos
apresentam uma fonte de foacutesforo e potaacutessio (fosfato de potaacutessio) e nitrogecircnio (sulfato
de amocircnio) em concentraccedilotildees adequadas para o crescimento do microrganismo uma
fonte de carbono (glicose sacarose manose frutose e outras) como reserva energeacutetica
e ainda oligoelementos como Na1+ K1+ Ca2+ Mg2+ Fe2+ e outros os quais tecircm um
papel importante como cofatores enzimaacuteticos nas vias de produccedilatildeo do polissacariacutedeo
(Martins et al 1990 Wong 1993 Madi et al 1997)
Soluccedilotildees de biopoliacutemeros bacterianos com propriedades reoloacutegicas interessantes
do ponto de vista industrial geralmente exibem propriedades pseudoplaacutesticas
viscoelaacutesticas e tensatildeo residual elevada (Sutherland 2001) poreacutem a viscosidade
aparente do caldo de fermentaccedilatildeo era o paracircmetro utilizado para avaliar a qualidade do
biopoliacutemero (Scamparini 1991 Bueno amp Garcia-Cruz 2000) Dos paracircmetros que
interferem na viscosidade dos poliacutemeros pode-se citar o tipo de estrutura molecular e
concentraccedilatildeo de poliacutemero A viscosidade da soluccedilatildeo aquosa de um polissacariacutedeo estaacute
diretamente relacionada com a rigidez de sua moleacutecula que por sua vez depende da
sua estrutura principalmente da estrutura primaacuteria e secundaacuteria a qual estaacute
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
diretamente relacionada agrave bacteacuteria utilizada e agraves condiccedilotildees operacionais do processo
de produccedilatildeo (Bradshaw et al 1983)
A seleccedilatildeo de microrganismos que produzam polissacariacutedeos com propriedades
funcionais economicamente interessantes bem como os estudos para otimizar o
rendimento e a produtividade dos processos fermentativos na obtenccedilatildeo destes eacute um
desafio constante (Boza 2002) A seleccedilatildeo da linhagem deveria ser o primeiro passo
quando se tenta um processo especiacutefico de produccedilatildeo
Dentro deste contexto este trabalho teve como objetivo geral avaliar a produccedilatildeo e
viscosidade de EPS obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp comparados com a estirpe
padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo
52 Material e Meacutetodos
Microrganismos
Foram utilizadas as bacteacuterias pertencentes ao gecircnero Rhizobium 8 isolados (nativos
da regiatildeo do sertatildeo de Pernambuco ndash Araripina) do banco de germoplasma da
Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria - IPA resistentes a alta
temperatura e formadoras de goma e uma estirpes padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899)
obtidas do Centro Nacional de Pesquisa em Agrobiologia - CNPAB EMBRAPA
As estirpes descritas na Tabela 1 foram mantidas em meio YMA (Vincent 1970 -
modificado) contendo (gL-1) sacarose (30 g) extrato de levedura (04 g) 1 mL de
K2HPO4 a 10 4 mL de KH2PO4 a 10 2 mL de MgSO47H2O a 10 1 mL de NaCl
a 10 5 mL de Azul de Bromotimol 025 em KOH a 02N ou 10 mL de Vermelho
Congo a 025
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Inoacuteculo
As estirpes descritas na Tabela 1 foram purificadas por repicagem em placas de
petri contendo o meio YMA (Vincent 1970 - modificado) utilizando o corante vermelho
do congo como indicador Apoacutes a purificaccedilatildeo as bacteacuterias foram repicadas em tubos
inclinados em meio de cultura sem o indicador vermelho de congo as quais foram
incubados a 28 degC por 48 horas em estufa e armazenadas a plusmn4 degC
A partir dessas culturas os experimentos foram conduzidos em duas etapas
Primeiro preparou-se um preacute-inoacuteculo partindo de uma alccedilada de cultura crescida sobre
meio YMA e incubada em estufa por 48 h a 28 plusmn 1 degC Transcorrido este periacuteodo
Isolados
Estirpe
Tamanho
das colocircnias
Tempo
Crescimento (dias)
pH
Transparecircncia
Hospedeiro
Origem
ISOL-1
gt 1 mm
2
Alcalino
Transluacutecido
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-2
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-3
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-4
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-6
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-11
gt 1 mm
2
Aacutecido
Transluacutecido
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-14
lt 1 mm
2
Levemente
Aacutecido
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-16
gt 1 mm
2
Levemente
Aacutecido
Opaco
Phaseolus vulgaris
CIAT 899
gt 1 mm
2
Aacutecido
Transluacutecido
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
Cali-CO
Tabela 1 Caracteriacutesticas morfofisioloacutegicas dos Isolados de rizoacutebios e da estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
preparou-se o inoacuteculo atraveacutes da transferecircncia asseacuteptica em Erlenmeyer de 250 mL
com 80 mL de meio de produccedilatildeo contendo 25 (vv) de uma cultura do preacute-inoacuteculo
crescida ateacute a fase logariacutetma e incubados em agitador rotatoacuterio a 200 rpm a 28 plusmn 1 degC
em triplicata
Produccedilatildeo e recuperaccedilatildeo de biopoliacutemero
A produccedilatildeo total dos biopoliacutemeros [g(Lh)-1] obtidos nos diferentes tempos de
cultivo foram avaliados pela massa do produto seco por volume de meio YM
modificado em Incubadora refrigerada com agitaccedilatildeo Modelo TE-421 TECNAL A
quantidade produzida de EPS durante a fermentaccedilatildeo foi determinada atraveacutes da
teacutecnica da massa seca Apoacutes centrifugaccedilatildeo aacutelcool etiacutelico PA foi adicionado ao mosto
fermentado ateacute atingir a concentraccedilatildeo de 80 na soluccedilatildeo hidroalcooacutelica formada
Apoacutes a total precipitaccedilatildeo do EPS presente no meio fermentado foi realizado a secagem
do produto em dissecador agrave temperatura 30 degC ateacute massa constante Todas as
determinaccedilotildees foram efetuadas em triplicata
Viscosidade
A caracterizccedilatildeo reoloacutegica do biopoliacutemero produzido foi determinada em um
viscosiacutemetro rotacional Brookfield modelo RVT com spindle 1 a 20 degC acoplados a
um banho-maria termostatizado modelo TE-184 TECNAL Foram determinadas as
viscosidades aparentes e a avaliaccedilatildeo do comportamento pseudoplaacutestico As equaccedilotildees
e procedimentos especiacuteficos aplicados para os caacutelculos das taxas de cisalhamento em
funccedilatildeo da rotaccedilatildeo aplicada no material foram obtidos atraveacutes dos meacutetodos verificados
por Mitschka (1982) citado por Morais (1999) para reocircmetros deste modelo (RV)
O modelo reoloacutegico adotado foi de Ostwald-de Waele (power-law)
n
kibull
= γτ )(
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Pelo meacutetodo utilizado a tensatildeo de cisalhamento eacute calculada pela multiplicaccedilatildeo da
leituras de torque pela constante tabelada kat (funccedilatildeo do rotor) e a taxa de cisalhamento
pela constante kγ (funccedilatildeo do rotor e iacutendice da potecircncia) (Morais 1999)
)()( iLKi at=τ
)()()( iWnKi γγ =
Os valores das constantes das constantes de Mitschka se encontram na tabela 2
seguinte
Tabela 2 Valores das constantes kat e kγ (Mitshka 1982)
Rotor 1 2 3 4 5 6 7
kat 0035 0119 0279 0539 105 235 84
n=01 1728 1431 1457 1492 1544 1366 1936
02 0967 0875 0882 0892 0907 0851 1007
03 0705 0656 0656 0658 0663 0629 0681
kγ 04 0576 0535 0530 0529 0528 0503 0515
05 0499 0458 0449 0445 0442 0421 0413
06 0449 0404 0392 0387 0382 0363 0346
07 0414 0365 0350 0343 0338 0320 0297
08 0387 0334 0317 0310 0304 0286 0261
09 0367 0310 0291 0283 0276 0260 0232
10 0351 0291 0270 0262 0254 0238 0209
Anaacutelise Estatiacutestica Para as anaacutelises individuais do experimento foi utilizado um delineamento
inteiramente casualizado com nove (n = 9) bacteacuterias e trecircs repeticcedilotildees (r =3) O modelo
matemaacutetico utilizado foi o aditivo linear
Yij = micro + bi + lij onde
Yij eacute a variaacutevel resposta (produccedilatildeo de biopoliacutemero) da i-eacutesima bacteacuteria na j-eacutesima
repeticcedilatildeo
micro eacute a meacutedia geral do experimento
bi eacute o efeito da i-eacutesima bacteacuteria
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
lij eacute o componente aleatoacuterio (erro experimental ou resiacuteduo) para a i-eacutesima bacteacuteria e j-
eacutesima repeticcedilatildeo Considerando eij independente e normalmente distribuiacutedo com meacutedia
zero e variacircncia σe2
O esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia utilizado para os experimentos de 96
e 168 horas pode ser visto na Tabela abaixo
Para a anaacutelise de Grupo de experimentos foi utilizado o modelo matemaacutetico Yijk = micro + bi + ti + (bt)ik + lijk onde
Yijk eacute a variaacutevel resposta (produccedilatildeo de biopoliacutemero) da i-eacutesima bacteacuteria no k-eacutesimo
tempo da j-eacutesima repeticcedilatildeo
micro eacute a meacutedia geral dos experimentos
bi eacute o efeito da i-eacutesima bacteacuteria
tk eacute o efeito do k-eacutesimo tempo
(bt)ik eacute o efeito da interaccedilatildeo hierarquica da i-eacutesima bacteacuteria com o k-eacutesimo tempo
lijk eacute o componente aleatoacuterio (erro experimental ou resiacuteduo) para a i-eacutesima bacteacuteria do
k-eacutesimo tempo na j-eacutesima repeticcedilatildeo Considerando lijk independente e normalmente
distribuiacutedo com meacutedia zero e variacircncia σe2
Fonte de variaccedilatildeo
GL
SQ
QM
F
Bacteacuterias
Resiacuteduos
1minusn
( )1minusrn
Total
1minusnr
sum=
minus
n
iCbir 1
21
Diferenccedila
CYij
r
j
n
iminussumsum
==
2
11
1Q
2Q
21
Tabela 3 ndash Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para experimentos em 96 e 168 horas
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
O esquema teoacuterico da decomposiccedilatildeo da variacircncia utilizado pode ser visto na Tabela 3
1minusnrt
53 Resultados e Discussatildeo
Produccedilatildeo de biopoliacutemero
As Tabelas 5 e 6 apresentam os resultados da anaacutelise de variacircncia e dos dados
meacutedios das anaacutelises individuais e do grupo de experimento da produccedilatildeo de biopoliacutemero
(gL-1) para os tempos de cultivo (96 e 168 horas) respectivamente
A Tabela 6 apresenta a produccedilatildeo meacutedia (gL-1) das fermentaccedilotildees realizadas em
triplicata para a produccedilatildeo do biopoliacutemero durante 96 e 168 horas de cultivo dos 8
isolados e da estirpe padratildeo CIAT 899 e a meacutedia do grupo de experimento das
mesmas Nesta observa-se que a produccedilatildeo maacutexima no periacuteodo de 168 horas de
processo ocorreu para todas as estirpes poreacutem a bacteacuteria CIAT 899 (padratildeo)
apresentou a maior produccedilatildeo em relaccedilatildeo aos demais tratamentos ( ISOL 14 ISOL 16 e
ISOL 3 ) pelo teste de Tukey a niacutevel de 1 de probabilidade Isto sugere que com o
aumento do tempo (168 horas) ocorre um aumento da produccedilatildeo o que mostra que a
Fonte de variaccedilatildeo
GL
SQ
QM
F
Bacteacuterias (B)
1minusn
_
1Q
41 QQ
Tempo (T) 1minust _ 2Q 42 QQ
Interaccedilatildeo (BxT) ( )( )11 minusminus tn _ 3Q
43
Resiacuteduo ( )1minusrnt _ 4Q
Tabela 4 ndash Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para grupo de experimentos
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
condiccedilatildeo de 30 g de sacarose 200 rpm 168 horas e 28 degC eacute a condiccedilatildeo maximizada
para a produccedilatildeo do biopoliacutemero realizada neste estudo No entanto em relaccedilatildeo a
meacutedia das produccedilotildees de 96 e 168 horas a estirpe CIAT 899 natildeo apresentou diferenccedila
significativa pelo teste de Tukey (plt001) em relaccedilatildeo ao ISOL 14 A menor produccedilatildeo
de biopoliacutemero ocorreu com o ISOL 1
FV GL
Quadrado Meacutedio 96 horas
168 horas
Bacteacuteria
Resiacuteduo
8
18
04366
00099
08720
00213
Significacircncia ao niacutevel (plt001) para o teste de F CV () 1525 (96 horas) CV() 1420 (168 horas)
Bacteacuterias
Produccedilatildeo
(gL-1) 96 horas
Produccedilatildeo
(gL-1) 168 horas
Meacutedia Produccedilatildeo
(gL-1) 96 e 168 horas
CIAT 899 12520 a 18542 a 15531 a
ISOL 14 10575 ab 16608 ab 13592 a
ISOL 16 08237 bc 13225 bc 10731 ab
ISOL 3 08825 bc 11746 cd 10285 ab
ISOL 11 06241 cd 08463 d 07352 bc
ISOL 4 04958 de 09429 cd 07194 bc
ISOL 6 04029 def 08479 d 06254 bc
ISOL 2 02162 ef 03217 e 02690 c
ISOL 1 01229 f 02779 e 02004 c
Tabela 6 Dados meacutedios das anaacutelises individuais e do grupo de experimento da produccedilatildeo de biopoliacutemeros por Rhizobium sp
Tabela 5 Resultados da anaacutelise de variacircncia da produccedilatildeo de biopoliacutemeros sintetizados por Rhizobium cultivados por 96 e 168 horas de cultivo
As meacutedias (3 repeticcedilotildees) seguidas de mesma letra natildeo diferem estatisticamente entre si pelo teste de Tukey (plt001) CV () 1525 (96 horas) CV () 1420 (168 horas) CV () 1487 (96 e 168 horas)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Entretanto sabe-se que a produccedilatildeo eacute influenciada pela linhagem do
microrganismo tempo e meio de fermentaccedilatildeo (Antunes et al 2000 Souza amp
Vendruscolo 2000 Torres et al 1993) Neste estudo a fonte de carbono utilizada como
substrato foi agrave sacarose que eacute bastante utilizada em experimentos de fermentaccedilatildeo As
fermentaccedilotildees foram realizadas com o meio de produccedilatildeo elaborado a partir do meio YM
(Vincent 1970) suplementado com uma dosagem maior de sacarose (30 gL) no intuito
de incrementar a produccedilatildeo das linhagens testadas
As bacteacuterias do gecircnero Rhizobium satildeo capazes de utilizar uma ampla gama de
produtos como fontes de carbono A literatura cita cultivos com glicose galactose
frutose arabinose xilose ramnose maltose sacarose lactose trealose rafinose
manitol furamato malato succinato citrato e piruvato (Jordan 1984) De todos estes
produtos a sacarose eacute o de mais faacutecil obtenccedilatildeo e mais vantajoso economicamente
Segundo Sutherland (2002) a glicose e sacarose satildeo usadas como fontes de carbono
preferenciais para a produccedilatildeo de biopoliacutemeros O rendimento da conversatildeo de
sacarose em ceacutelulas pelo R leguminosarum bv phaseoli oscila entre 04 e 05 g de
ceacutelulas por grama de sacarose (Boiardi 1983 Balatti 1992 IPT 1993a)
Padilha (2003) tambeacutem verificou que os resultados de fermentaccedilatildeo obtidos em
duas linhagens de Xanthomonas demonstraram a influecircncia do tempo de incubaccedilatildeo na
produccedilatildeo do biopoliacutemero onde a linhagem X axonopodis pv manihotis 289 apresentou
maior concentraccedilatildeo em ambas as condiccedilotildees testadas 72 e 96 horas 69 gL-1 e 79
gL-1 respectivamente em relaccedilatildeo agrave linhagem de X campestris pv campestris CA110
que produziu 63 gL-1 e 68 gL-1 respectivamente
Apoacutes a fermentaccedilatildeo os biopoliacutemeros foram purificados (por
centrifugaccedilatildeo) recuperados e avaliados visualmente para verificar as diferenccedilas
quanto agrave coloraccedilatildeo e estrutura das duas estirpes maiores produtoras de goma (CIAT
899 e ISOL 14) apoacutes a precipitaccedilatildeo com etanol A Figura 3 apresenta o aspecto dos
EPS precipitados a partir da produccedilatildeo onde pode-se observar diferenccedilas quanto ao
aspecto da goma precipitada Observa-se que os poliacutemeros sintetizado pelo ISOL 14
apresenta um aspecto transluacutecido enquanto que o CIAT 899 um aspecto mais opaco e
denso Quanto agrave coloraccedilatildeo natildeo foi detectada pigmentaccedilatildeo nas gomas obtidas
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Segundo Sandford (1979) os meacutetodos usados para a recuperaccedilatildeo de um
biopoliacutemero dependem sobretudo das caracteriacutesticas do microrganismo utilizado do
tipo de polissacariacutedeo e do grau de pureza desejado
Smith amp Pace (1982) revisaram esquemas de recuperaccedilatildeo para polissacariacutedeos
microbianos A precipitaccedilatildeo (baseada no caraacuteter polieletriliacutetico do polissacariacutedeo) tem
sido realizada pela adiccedilatildeo de caacutetions (como eletroacutelito) mono e polivalentes bem como
pela utilizaccedilatildeo de diversos tipos de solventes (acetona metanol etanol isopropanol 1-
butanol ou 111-tricloroetano) como agentes precipitantes
Os soacutelidos obtidos neste estaacutegio de separaccedilatildeo satildeo lavados com soluccedilatildeo
(etanolaacutegua) para remoccedilatildeo de grande parte das impurezas (Sais inorgacircnicos e
pigmentos) sendo entatildeo secos agrave vaacutecuo ou pela passagem forccedilada de ar quente ou
gaacutes inerte (Pace amp Righelato 1981) As condiccedilotildees de secagem devem ser tais que
evitem a degradaccedilatildeo quiacutemica coloraccedilatildeo excessiva ou mudanccedilas na solubilidade do
produto (Margaritis amp Pace 1985) O biopoliacutemero seco eacute entatildeo moiacutedo a uma
granulometria preacute-determinada dependendo da aplicaccedilatildeo do produto
Figura 3 ndash Aspecto do EPS precipitado sintetizado a partir do ISOL 14 (a) e do CIAT 899 (b) com 168 horas de cultivo
(a) (b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Viscosidade aparente
As propriedades reoloacutegicas foram avaliadas atraveacutes da anaacutelise de viscosidade
aparente para verificar o comportamento reoloacutegico dos EPS produzidas a temperatura
de 20 degC comparando-se nos tempos de fermentaccedilatildeo de 96 e 168 horas
Os resultados obtidos podem ser visualizados nas figuras 4 e 5 onde as soluccedilotildees
das gomas apresentaram comportamento pseudoplaacutestico isto eacute a viscosidade
aparente decresceu com o aumento da taxa de cisalhamento De acordo com a
literatura esse comportamento tem sido encontrado em soluccedilotildees polimeacutericas de
polissacariacutedeos microbianos (Amanullah et al 1996 Cacik et al 2001 Padilha 2003)
0
005
01
015
02
025
03
035
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110Taxa Cisalhamento (s-1)
Visc
osid
ade
apar
ente
(Pa
s)
ISOL 1
ISOL 2
ISOL 3
ISOL 4
ISOL 6
ISOL 11
ISOL 14
ISOL 16
CIAT899
Figura 4 Variaccedilatildeo da viscosidade aparente em funccedilatildeo da taxa de cisalhamento de soluccedilotildees aquosas de EPS 25 (vv) de 8 isolados de Rhizobium e uma estirpe padratildeo CIAT 899 a 20 degC com tempo de fermentaccedilatildeo de 96 h determinada com viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
0
005
01
015
02
025
03
035
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
Taxa cisalhamento (s-1)
Visc
osid
ade
apar
ente
(Pa
s)ISOL 1
ISOL 2
ISOL 3
ISOL 4
ISOL 6
ISOL 11
ISOL 14
ISOL 16
CIAT 899
Atraveacutes dos graacuteficos comparativos entre as leituras de viscosidade aparente das
soluccedilotildees aquosas das diferentes gomas produzidas pode-se visualizar que o CIAT
899 ISOL 3 e ISOL 16 apresentaram os valores de viscosidade mais elevados em
ambos os tempos de processo poreacutem em 168 horas as viscosidades tiveram um
aumento comparando-se a 96 horas (Figura 4 e 5)
A diminuiccedilatildeo da viscosidade com o aumento da taxa de cisalhamento eacute uma
caracteriacutestica comum aos biopoliacutemeros bacterianos Beyer et al (1987) observaram que
em soluccedilotildees a 1 do polissacariacutedeo produzido por Rhizobium CB744 medidas a 25 degC
e 65 degC tambeacutem houve um decreacutescimo da viscosidade com taxa de cisalhamento e
temperatura Vendruscolo (1995) estudou o comportamento reoloacutegico das soluccedilotildees
aquosas a 6 do biopoliacutemero Beijerinckia 7070 produzido por fermentaccedilatildeo com meio
VIII contendo 5 de sacarose medido nas temperaturas de 25 45 e 65 deg C Verificou
que a viscosidade eacute dependente da temperatura e que decresce com o aumento desta
poreacutem o biopoliacutemero recupera as suas caracteriacutesticas reoloacutegicas quando a viscosidade
eacute medida novamente na temperatura inicial no caso 25 degC
Figura 5 Variaccedilatildeo da viscosidade aparente em funccedilatildeo da taxa de cisalhamento de soluccedilotildees aquosas de EPS 25 (vv) de 8 isolados de Rhizobium e uma estirpe padratildeo CIAT 899 a 20 degC com tempo de fermentaccedilatildeo de 168 h determinada com viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Em estudo realizado por Bueno amp Garcia-Cruz (2000) com a bacteacuteria do gecircnero
Pseudomonas foi verificada a influecircncia do tempo de cultivo em 24 48 e 72 horas
utilizando-se dois caldos de fermentaccedilatildeo diferentes Em um caldo a fonte de carbono
utilizada foi a glicose e no outro a sacarose na concentraccedilatildeo de 20 Os
biopoliacutemeros apresentaram comportamento pseudoplaacutestico e a maior viscosidade
aparente obtida foi em 72 horas de cultivo O meio contendo sacarose produziu fluidos
mais viscosos em 24 e 48 horas e o contendo de glicose produziu fluidos mais viscosos
somente apoacutes 72 horas de cultivo
As propriedades reoloacutegicas do biopoliacutemero devem ser estaacuteveis durante mudanccedilas
na temperatura pH e forccedila iocircnica O conhecimento sobre as propriedades dos
biopoliacutemeros principalmente a viscosidade e o comportamento reoloacutegico satildeo
importantes para futuras aplicaccedilotildees industriais refletem sua estrutura quiacutemica primaacuteria
e servem para predizer em quais produtos podem ser utilizados (Scamparini et al
1997)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
54 Conclusotildees
Eacute possiacutevel produzir biopoliacutemeros a partir de Rhizobium sp utilizando-se meio
suplementado (sacarose 30 gL)
A condiccedilatildeo maximizada para a produccedilatildeo de biopoliacutemeros sintetizados por
Rhizobium sp a partir do meio suplementado dentro das faixas estudadas foi 28
degC 200 rpm 168 horas de fermentaccedilatildeo em meio contendo 25 (vv) inoculo
A produccedilatildeo obtida nessa condiccedilatildeo foi 185 gL-1 para a estirpe CIAT 899 166
gL-1 para o ISOL 14 e 132 gL-1 para o ISOL 16
Os biopoliacutemeros sintetizados por Rhizobium sp apresentaram comportamento
reoloacutegico caracteriacutestico de soluccedilotildees polimeacutericas de polissacariacutedeos microbianos
apresentando os valores mais elevados de viscosidade aparente para CIAT 899
ISOL 3 e ISOL 16 respectivamente para soluccedilotildees aquosas de goma sintetizadas
a partir de sacarose 30 gL medidos a 20 degC em 168 horas de processo
Estudos viscosiacutemetricos de soluccedilotildees do polissacariacutedeo revelaram seu
comportamento pseudoplaacutestico mesmo em baixas concentraccedilotildees
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
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Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
6 CAPIacuteTULO 2
CINEacuteTICA MICROBIANA E COMPOSICcedilAtildeO QUIacuteMICA DOS EPSs PRODUZIDOS POR Rhizobium sp
Barreto M C S 12 Figueiredo M V B 2Oliveira J P2 Lima-Filho J L 1
1Universidade Federal de Pernambuco Rua Nelson Chaves sn Cidade Universitaacuteria
Recife ndash PE Brasil
2Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria ndash IPA Laboratoacuterio Biologia do
Solo Av Gal San Martin 1371 Bongi Recife ndash PE Brasil
O manuscrito a seguir seraacute submetido agrave revista Scientia Agraacuteria
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
RESUMO Os exopolissacariacutedeos (EPSs) satildeo definidos como polissacariacutedeos extracelulares
produzidos por alguns fungos e bacteacuterias Alguns EPSs satildeo sintetizados durante todo o
crescimento bacteriano enquanto que outros satildeo produzidos somente durante a fase
logariacutetmica ou na fase estacionaacuteria O objetivo deste trabalho foi avaliar o crescimento
microbiano e dosagem de sacarose assim como determinar a composiccedilatildeo quiacutemica das
melhores estirpes obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp em diferentes tempos de
cultivo O biopoliacutemero foi obtido atraveacutes de agitaccedilatildeo em incubador rotatoacuterio As
condiccedilotildees foram 28 degC 200 rpm por 96 e 168 horas em meio YM modificado Foram
avaliados a cineacutetica microbiana pela contagem do nuacutemero de unidades formadoras de
colocircnias (UFC) e por densidade oacutetica assim como consumo de substrato (sacarose)
pelo meacutetodo glicose-oxidase e determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo quiacutemica por cromatografia
gaacutes liacutequido (GLC) Os resultados mostraram que a cineacutetica de crescimento microbiano
apresentou na fase logariacutetmica valores correspondentes a uma concentraccedilatildeo celular
meacutedia de 109 UFCmL para todos os isolados e estirpe padratildeo CIAT 899 apoacutes 72 horas
de incubaccedilatildeo O consumo de substrato em 168 horas de fermentaccedilatildeo foi de de 455
gL e 478 gL para o ISOL 14 e CIAT 899 respectivamente A composiccedilatildeo dos
accedilucares dos exopolissacariacutedeos do ISOL 14 apresentou valores superiores de
ramnose manose galactose glicose e aacutecidos urocircnicos na moleacutecula em relaccedilatildeo a
estirpe padratildeo CIAT 899
Palavras Chave Exopolissacariacutedeos glicose rizoacutebio sacarose unidades formadoras de colocircnias (UFC)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
61 Introduccedilatildeo
Os exopolissacariacutedeos (EPSs) chamados de biopoliacutemeros ou gomas
hidrossoluacuteveis satildeo produzidos por uma grande variedade de microrganismos e
possuem propriedades fiacutesicas estruturais e quiacutemicas bastante homogecircneas em
relaccedilatildeo aos derivados de algas e plantas (Margaritis Pace 1985)
A produccedilatildeo de EPS pode ser limitada por certas condiccedilotildees como quantidade de
carboidratos nitrogecircnio cofatores no meio temperatura pH e condiccedilotildees de aeraccedilatildeo
Entretanto os efeitos destas condiccedilotildees natildeo podem ser generalizados para todas as
estirpes bacterianas deve-se levar em consideraccedilatildeo as particularidades de cada uma
Os EPSs formam uma camada protetora para as ceacutelulas protegendo-as da
desidrataccedilatildeo e de substacircncias toacutexicas e servem como fonte de carbono e energia aleacutem
de manterem os microrganismos perto das fontes alimentares
Os primeiros estudos nutricionais sobre a composiccedilatildeo do meio de produccedilatildeo foram
realizados por Davidson (1978) em cultivo contiacutenuo e por Souw amp Demain (1979) em
batelada Souw amp Demain (1979) estudaram diferentes fontes de carbono e nitrogecircnio e
concluiacuteram que as melhores fontes de carbono satildeo accediluacutecares especialmente glicose e
sacarose Aleacutem do tipo de substrato utilizado a concentraccedilatildeo inicial deste no meio de
cultivo parece ser um fator decisivo para o sucesso do processo fermentativo
Thomart et al (1985) concluiacuteram que a produccedilatildeo de poliacutemero eacute altamente
dependente da concentraccedilatildeo inicial de accediluacutecar enquanto o crescimento do
microrganismo independe desta concentraccedilatildeo inicial de accediluacutecar Foi relatada uma
produccedilatildeo decrescente de poliacutemero agrave medida em que a concentraccedilatildeo inicial de glicose
foi aumentada caindo rapidamente a razatildeo poliacutemerobiomassa para concentraccedilotildees
iniciais maiores que 3
Diversas pesquisas tecircm tentado elucidar a rota biossinteacutetica as condiccedilotildees de
crescimento e a fisiologia bacteriana que leva agrave produccedilatildeo de polissacariacutedeos Alguns
EPSs satildeo sintetizados durante todo o crescimento bacteriano enquanto que outros satildeo
produzidos somente durante a fase logariacutetmica ou na fase estacionaacuteria A siacutentese de
todos esses EPSs eacute um processo intracelular utilizando accedilucares difosfato nucleotiacutedios
(De Souza Sutherland 1994)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Tem sido observado que as limitaccedilotildees da fonte de nitrogecircnio fosfato ou enxofre em
presenccedila de excesso de carboidrato podem conduzir a um aumento na siacutentese de
polissacariacutedeo embora a quantidade seja tambeacutem afetada pelo teor de oxigecircnio pH e
temperatura Cada cepa bacteriana difere em sua resposta ao efeito destas mudanccedilas
ambientais e agrave fonte de carbono utilizada (Faria 2002) Portanto a utilizaccedilatildeo do meio
de fermentaccedilatildeo mais adequado para a produccedilatildeo de EPS iraacute refletir nas propriedades
funcionais de cada polissacariacutedeo obtido
Para a produccedilatildeo de EPS podem ser usados os mais diversos substratos glicose
frutose sacarose lactose amido hidrolisado metanol diferentes hidrocarbonetos O
custo de produccedilatildeo eacute dependente destes substratos (Margaritis Pace 1985) De todos
estes produtos a sacarose eacute o de mais faacutecil obtenccedilatildeo e mais vantajoso
economicamente O rendimento da conversatildeo de sacarose com ceacutelulas pelo R
leguminosarum bv phaseoli oscila entre 04 e 05 g de ceacutelulas por grama de sacarose
(Boiardi 1983 Balatti 1992 IPT 1993 a) A sacarose (C12H22O11) eacute um dissacariacutedeo
natildeo redutor o qual por hidroacutelise com aacutecidos muito diluiacutedos resinas de troca catiocircnica ou
a enzima invertase fornece proporccedilotildees equimolares de D-Glicose e D-Frutose
Geralmente concentraccedilotildees limitantes de alguns nutrientes e excesso de
carboidrato favorecem a produccedilatildeo de polissacariacutedeos (Sutherland 1979) Obteacutem-se um
alto rendimento quando ocorre a conversatildeo de 70-80 da fonte de carbono utilizada
em biopoliacutemero (Margaritis Pace 1985)
Um aspecto de extrema importacircncia em relaccedilatildeo aos EPSs eacute a necessidade de
um riacutegido controle das condiccedilotildees de fermentaccedilotildees uma vez que diferentes paracircmetros
de produccedilatildeo levam agrave obtenccedilatildeo de produtos com caracteriacutesticas heterogecircneas
Assim eacute fundamental que qualquer estudo para a produccedilatildeo de EPS seja
acompanhado pela caracterizaccedilatildeo do material produzido principalmente a composiccedilatildeo
quiacutemica uma vez que pequenas variaccedilotildees quiacutemicas na moleacutecula teratildeo grande efeito
para determinadas aplicaccedilotildees
Dentro deste contexto este trabalho teve como objetivo geral avaliar a cineacutetica
microbiana obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp e uma estirpe padratildeo Rhizobium
tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo determinar a dosagem da sacarose
do ISOL 14 e a estirpe padratildeo CIAT 899 e a composiccedilatildeo quiacutemica do ISOL 14
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
selecionadas como as estirpes maiores produtoras de EPS em estudos realizados
anteriormente por Barreto et al (2008) (submetido agrave publicaccedilatildeo)
62 Material e Meacutetodos
Microrganismos
Foram utilizadas as bacteacuterias pertencentes ao gecircnero Rhizobium 8 isolados (nativos
da regiatildeo do sertatildeo de Pernambuco ndash Araripina) do banco de germoplasma da
Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria - IPA resistentes a alta
temperatura e formadoras de goma e uma estirpes padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899)
obtidas do Centro Nacional de Pesquisa em Agrobiologia - CNPAB EMBRAPA
As estirpes descritas na Tabela 1 foram mantidas em meio YMA (Vincent 1970)
modificado contendo (gL-1) sacarose (30 g) Extrato de Levedura (04 g) 1 mL de
K2HPO4 a 10 4 mL de KH2PO4 a 10 2 mL de MgSO47H2O a 10 1 mL de NaCl
a 10 5 mL de azul de bromotimol 025 em KOH a 02N ou 10 mL de vermelho do
congo a 025
Para as determinaccedilotildees da sacarose foram analisados apenas o ISOL 14 e a estirpe
padratildeo CIAT 899 e a composiccedilatildeo quiacutemica apenas o ISOL 14 selecionadas como as
estirpes maiores produtoras de EPS em estudos realizados por Barreto et al (2008)
(submetido agrave publicaccedilatildeo)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOLADOS ESTIRPE
HOSPEDEIRO ORIGEM
ISOL-1 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-2 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-3 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-4 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-6 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-11 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-14 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-16 Phaseolus vulgaris
CIAT 899 Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
Cali-CO
Inoacuteculo
As estirpes descritas na tabela 7 foram purificadas por repicagem em placas de
Petri contendo o meio de cultura Agar sacarose extrato de levedura (Vincent 1970 -
modificado) utilizando o corante vermelho do congo como indicador Apoacutes a
purificaccedilatildeo as bacteacuterias foram repicadas em tubos inclinados em meio de cultura sem o
indicador vermelho do congo as quais foram incubados a 28 degC por 48 horas em
estufa e armazenadas a plusmn4 degC
A partir dessas culturas os experimentos foram conduzidos em duas etapas
Primeiro preparou-se um preacute-inoacuteculo partindo de uma alccedilada de cultura crescida sobre
meio YMA e incubada em estufa por 48 h a 28 plusmn 1 degC Transcorrido este periacuteodo
preparou-se o inoacuteculo atraveacutes da transferecircncia asseacuteptica em Erlenmeyer de 250 mL
com 80 mL de meio de produccedilatildeo contendo 25 (vv) de uma cultura do preacute-inoacuteculo
crescida ateacute a fase logariacutetma e incubados em agitador rotatoacuterio a 200 rpm a 28 plusmn 1 degC
em triplicata
Tabela 7 Isolados de rizoacutebios e estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Curva de crescimento microbiano O crescimento celular foi avaliado atraveacutes da leitura de absorbacircncia em
comprimento de onda de 560 nm em espectrofotocircmetro contra um branco constituiacutedo
de meio YM O plaqueamento das bacteacuterias foi efetuado em meio YMA contendo o
indicador vermelho do congo atraveacutes do meacutetodo da gota (ldquoDrop-platerdquo) As curvas de
crescimento microbiano foram construiacutedas a partir dos dados de absorbacircncia e
contagem de ceacutelulas viaacuteveis (UFCmL) A Figura 5 mostra o procedimento efetuado
para a contagem de UFC e totais (densidade oacutetica)
Figura 6 Procedimento para contagem de ceacutelulas viaacuteveis (UFC) e totais (densidade oacutetica)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Determinaccedilatildeo quantitativa da sacarose
A sacarose presente no mosto foi hidrolisada para obter glicose e frutose Para
isso foram preparados tubos de ensaio contendo 1 mL de meio fermentado 1 mL de
aacutegua destilada e 1 mL de HCl 2 N deixando-se reagir por 10 minutos a 60 degC Em
seguida resfriou-se rapidamente e neutralizou com 3 mL de NaOH 1 N O caacutelculo da
concentraccedilatildeo de sacarose em gL foi efetuado de acordo com a Equaccedilatildeo 1 (Arauacutejo et
al 2005)
Csac = fator de calibraccedilatildeo meacutedia da leitura (absorbacircncia)D (1100)19 (1)
Em seguida procedeu de acordo com o descrito para dosagem de glicose cujas
determinaccedilotildees foram realizadas por meacutetodo enzimaacutetico utilizando o Kit glicose-oxidase
PAP da LABTEST
Apoacutes a reaccedilatildeo enzimaacutetica a intensidade da cor da soluccedilatildeo foi medida a 505 nm
em espectrofotocircmetro usando cubetas de vidro de 1 cm de percurso oacuteptico
considerando como branco a soluccedilatildeo da glicose-oxidase Esse meacutetodo eacute especiacutefico
para a glicose e se baseia na oxidaccedilatildeo da mesma de acordo com a seguinte reaccedilatildeo
catalizada pela glicose-oxidase (GOD)
GOD
Glicose + O2 + H2O rarr Aacutecido Glucocircnico + H2O2
O peroacutexido de hidrogecircnio formado reage com 4-aminoantipirina e fenol sob accedilatildeo
catalizadora da peroxidase (POD) atraveacutes de uma reaccedilatildeo oxidativa de acoplamento
formando uma antipirilquinona vermelha cuja intensidade de cor eacute proporcional agrave
concentraccedilatildeo da glicose na amostra Esse composto de tonalidade vermelha apresenta
a sua maacutexima absorccedilatildeo de luz na faixa de 505 nm
POD
2 H2O2 + 4-Aminoantipirina + fenol rarr Antipirilquinonimina + 4 H2O
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Determinaccedilatildeo da Composiccedilatildeo Quiacutemica
Agravecido urocircnico A dosagem de aacutecido urocircnico foi efetuada pelo meacutetodo descrito por Blumenkrantz
amp Asbol-Hansen (1973) usando aliacutequotas de 04 mL de uma soluccedilatildeo a 100 mgmL do
polissacariacutedeo e aacutecido D-glucurocircnico como padratildeo O meacutetodo utiliza m-fenilfenol (o
qual promove a formaccedilatildeo de composto corado que absorvem em 520 nm)
As leituras das medidas de absorbacircncia foram realizadas a 520 nm em
espectrofotocircmetro Spectronic 20 Genesys Spectronic Instruments Todas as
determinaccedilotildees foram realizadas em triplicata
Determinaccedilatildeo quantitativa de monossacariacutedeos
Os monossacariacutedeos presentes nas amostras de biopoliacutemeros de Rhizobium
sp foram determinados sob a forma de acetato de alditoacuteis (Sawardeker et al 1965) por
cromatografia gaacutes liacutequido (GLC) Os acetatos derivados foram analisados por
cromatografia gasosa (cromatoacutegrafo a gaacutes modelo 5890S11 (Hewllet-Packard)) a 220
degC com uma coluna capilar DB-210 (025 mm di x 30 m) e filme de espessura igual a
025 microm A temperatura de injeccedilatildeo da amostra e a do FID foi 250 degC e foi utilizado como
gaacutes carreador N2 Para a realizaccedilatildeo desta anaacutelise aproximadamente 10 mg das
amostras foram hidrolisadas reduzidas e acetiladas A hidroacutelise foi efetuada com aacutecido
sulfuacuterico
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
63 Resultados e Discussatildeo Curva de crescimento microbiano
Com base nos resultados obtidos neste estudo que podem ser visualizados nas
Figuras 6 a 14 (a) pode-se observar que houve diferenccedilas quanto ao crescimento
populacional entre os isolados A curva de crescimento dos isolados e da estirpe
padratildeo CIAT 899 de Rhizobium sp em meio utilizando sacarose como fonte de carbono
mostrou que apoacutes 72 horas de incubaccedilatildeo o crescimento foi maacuteximo Pode-se observar
que o oacutetimo da fase log ocorre entre 72 a 120 horas de incubaccedilatildeo agrave temperatura de 28
degC com agitaccedilatildeo de 200 rpm variando conforme a linhagem estudada Esta faixa de
tempo de incubaccedilatildeo corresponde a uma concentraccedilatildeo celular meacutedia de 109 UFCmL
As relaccedilotildees cineacuteticas entre o crescimento e a formaccedilatildeo de produtos satildeo
importantes para determinar o modo de operaccedilatildeo mais econocircmico Segundo Hiss
(2001) sem o conhecimento da cineacutetica torna-se inviaacutevel a transposiccedilatildeo de um
experimento de laboratoacuterio para a escala industrial
Desta forma inicialmente as curvas nos propiciam informaccedilotildees tais como a
faixa de absorbacircncia (560 nm) correspondente ao oacutetimo da fase log e a concentraccedilatildeo
celular que esta faixa corresponde
Pereira (2002) analisando o crescimento das estirpes de Rhizobium em meio
YMA com manitol observou um acentuado crescimento exponencial entre 24 e 48
horas de cultivo de 7 estirpes
Barberi et al (2004) avaliaram as curvas de crescimento de Bradyrhizobium
elkanii (BR 29) de acordo com o pH e com a composiccedilatildeo do meio de cultura Com base
no nuacutemero maacuteximo de UFC mL-1 para o meio (Lorda amp Balatti 1996) modificado o
melhor crescimento ocorreu apoacutes 72 horas para o tratamento com pH inicial de 60 e
no meio Lopreto (1972) citado por Urenha et al (1994) o tratamento com pH inicial 55
foi o que apresentou os valores de nuacutemero maacuteximo de ceacutelulas ocorrendo em 161 horas
de cultivo As meacutedias de log dos nuacutemeros de UFC mL-1 apresentadas por Barberi et al
(2004) foram superiores aos encontrados por Miguel e Moreira (2001) que foram
aproximadamente 109 Isso eacute explicado pela melhor utilizaccedilatildeo da fonte de carbono do
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
meio Lorda e Balatti (1996) em que em sua composiccedilatildeo possui glicerol em
comparaccedilatildeo com o manitol utilizado no meio YM (Vincent 1970) utilizado por esses
autores
Nas figuras 6 a 14 (b) mostram os resultados da Densidade Oacutetica (DO) onde a
curva de crescimento construiacuteda a partir da contagem de ceacutelulas totais demonstrou que
apoacutes 72 horas de cultivo o crescimento permaneceu crescente para a maioria das
estirpes estudadas Provavelmente o aumento da curva deve-se a presenccedila dos EPSs
Segundo Cunningham e Munns (1984) a produccedilatildeo de EPS eacute uma resposta de
vaacuterias espeacutecies da bacteacuteria a uma gama de fatores limitantes que em geral sugerem
estarem implicados em suprimir a reaccedilatildeo da defesa da planta e parecem ser requeridos
para formaccedilatildeo do cordatildeo de infecccedilatildeo Os EPSs pode ter um papel integral por permitir
que um organismo sobreviva sob uma variedade de circunstacircncias estressantes
Miguel e Moreira (2001) utilizando meio YM obtiveram maior densidade oacutetica para
o tratamento com pH igual a 60 do que no pH 68 utilizando o mesmo nuacutemero-base
(1088 UFC mL-1) o que provavelmente estaacute relacionado com a diferente composiccedilatildeo
dos meios principalmente com relaccedilatildeo agrave fonte de carbono Cunningham e Munns
(1984) em meio YMA (modificado por Keyser e Munns 1979) obtiveram maior
quantidade de EPS em estirpes de Rhizobium tolerantes agrave acidez do meio quando
expostas a meio aacutecido
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 1
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 1
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(5
60nm
)
Figura 7- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 1 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
b)
a)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 2
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 2
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 8- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 2 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 3
000E+00500E+08100E+09150E+09
200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 3
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 9- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 3 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 4
000E+00500E+08
100E+09150E+09
200E+09250E+09
300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 4
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 10- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 4 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 6
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 6
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 11- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 6 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 11
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 11
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 12- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 11 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 14
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 14
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 13- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 14 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 16
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 16
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 14- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 16 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
CIAT 899
000E+00500E+08
100E+09150E+09
200E+09250E+09
300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
CIAT 899
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 15- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do CIAT 899 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Determinaccedilatildeo quantitativa da sacarose
Analisando os resultados obtidos para a dosagem da sacarose verificou-se que a
estirpe CIAT 899 (padratildeo) apresentou maior consumo de substrato para o meio de
produccedilatildeo empregado durante 168 horas de fermentaccedilatildeo apresentando um consumo
final de 455 gL Neste ponto a massa celular corresponde a 076 gL (Figura 15)
Entretanto o ISOL 14 apresentou resultados proacuteximos da estirpe padratildeo com consumo
de 478 gL e massa celular de 086 gL no mesmo tempo (Figura 16)
Deu-se preferecircncia agrave utilizaccedilatildeo de um meacutetodo especiacutefico para glicose ao inveacutes de
um para determinaccedilatildeo de accediluacutecares redutores o que garante a detecccedilatildeo da liberaccedilatildeo
especificamente de glicose a partir da hidroacutelise por sacarose do EPS
ISOL 14
0
2
4
6
8
10
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Glic
ose
gL
Figura 16 Concentraccedilatildeo de glicose durante a produccedilatildeo de EPS por Rhizobium sp (ISOL 14)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
CIAT 899
0
2
4
6
8
10
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Glic
ose
gL
Determinaccedilatildeo da Composiccedilatildeo Quiacutemica dos EPS
Na tabela 8 observa-se os accediluacutecares determinados das gomas produzidas pelas
estirpes ISOL 14 e CIAT 899 onde revelaram maiores concentraccedilotildees dos
monossacariacutedeos galactose e glicose para a estirpe ISOL 14 em relaccedilatildeo a estirpe
padratildeo CIAT 899 Tambeacutem foram observados traccedilos de manose e ramnose na
composiccedilatildeo das gomas das estirpes estudadas
Amostras
Ac urocircnico
()
Manose
Accediluacutecares
Ramnose
(mg100g)
Galactose
Glicose
ISOL 14
410
098
016
1260
3695
CIAT 899
-
020
010
895
1680
Castellane amp Lemos (2007)
Tabela 8 Constituintes quiacutemicos da goma produzida pela estirpe de Rhizobium sp (ISOL 14)
Figura 17 Concentraccedilatildeo de glicose durante a produccedilatildeo de EPS por Rhizobium sp (CIAT 899)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Lima (1999) analisando a composiccedilatildeo quiacutemica da goma xantana produzida por
linhagens de Xanthomonas campestris pv campestris verificou a presenccedila de glicose e
manose nas concentraccedilotildees 3322 5778 respectivamente para a linhagem NRRL
B-1459 apresentando componentes tiacutepicos da goma xantana
Whitfield et al (1981) caracterizando cinco amostras de goma xantana
produzidas por diferentes linhagens de Xanthomonas campestris pv campestris
encontraram valores de glicose variando entre 22-42 manose de 12-38 e aacutecido
urocircnico de 9-20 Com relaccedilatildeo agrave ramnose apenas trecircs amostras de xantana
apresentaram este accediluacutecar com valores que oscilam entre 12-22 Outro accediluacutecar
identificado pelos pesquisadores foi a galactose com valores entre 24-28 Em todas
as amostras estudadas por estes autores foram observados os grupamentos piruvato e
acetila Lowson e Symes (1977) relataram a presenccedila de ramnose na xantana
produzida por X juglandis Sugere-se que a presenccedila desse accediluacutecar seja uma
caracteriacutestica desejaacutevel pois em geral os poliacutemeros dos quais faz parte possuem
capacidade de formar geacuteis verdadeiros (Mcnelly e Kang 1977) A goma xantana
comercial natildeo apresenta ramnose na sua composiccedilatildeo (Casas et al2000)
De acordo com Casas et al (2000) a composiccedilatildeo do meio de cultura utilizado na
fermentaccedilatildeo exerce um profundo efeito na siacutentese do produto oligomeacuterico e polimeacuterico
Portanto a quantidade de manose glicose e aacutecido glucurocircnico sintetizados e inseridos
no EPS pelas enzimas durante fermentaccedilatildeo podem sofrer variaccedilotildees dependendo da
composiccedilatildeo do substrato e das condiccedilotildees utilizadas na fermentaccedilatildeo
No presente trabalho o percentual de aacutecido urocircnico produzido pela estirpe ISOL
14 foi de 41 enquanto o apresentado na goma xantana por Lima (1999) foi de 847
Os meacutetodos de anaacutelises de polissacariacutedeos complexos baseiam-se
principalmente na determinaccedilatildeo dos constituintes dos resiacuteduos obtidos apoacutes hidroacutelise
quiacutemica dos poliacutemeros nativos (Wei amp Fang 1990 Ruitter et al 1992 Scamparini et al
2000) Esses satildeo compostos de inuacutemeros resiacuteduos de accediluacutecares interligados por
ligaccedilotildees glicosiacutedicas (α e β) que podem diferir consideravelmente na sua
suscetibilidade agrave hidroacutelise aacutecida Aacutecidos urocircnicos satildeo frequentemente envolvidos por
fortes ligaccedilotildees glicosiacutedicas particularmente nos tipos de ligaccedilotildees dos aacutecidos
aldobiurocircnicos (Druzian 2000)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Moreira et al (1998) analisando a composiccedilatildeo de dois biopoliacutemeros comerciais
gelanareg e xantanareg e um biopoliacutemero produzido a clairana identificou o aacutecido
glicurocircnico (em todas as amostras) e os monossacariacutedeos esperados para a clairana
(glicose galactose e fucose) gelana (glicose e ramnose) e xantana (glicose e manose)
A ramnose estaacute presente na acetana gelana welana e ransana que possuem
estrutura quiacutemica similar agrave da xantana e possui propriedades de espessante e agente
de suspensatildeo semelhantes agravequelas atribuiacutedas para xantana (Kennedy amp Sutherland
1994) A goma welana apresenta como cadeia lateral unidades de manose e ramnose
distribuiacutedas de modo aleatoacuterio Aproximadamente dois terccedilos das unidades quiacutemicas
repetidas do poliacutemero conteacutem ramnose como cadeia lateral enquanto que o restante
das ramificaccedilotildees eacute composto por unidades de manose (Jansson et al 1985)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
64 Conclusotildees
A curva do crescimento microbiano apresentou na fase logariacutetmica valores
correspondentes a uma concentraccedilatildeo celular viaacuteveis meacutedia de 109 UFCmL para
todos os isolados e estirpe padratildeo CIAT 899 apoacutes 72 horas de incubaccedilatildeo a uma
temperatura de 28 degC com agitaccedilatildeo de 200 rpm variando conforme a linhagem
estudada
As estirpes apresentaram valores do consumo de substrato para o meio de
produccedilatildeo empregado de 455 gL para a CIAT 899 e 478 gL para o ISOL 14
em 168 horas de fermentaccedilatildeo
A composiccedilatildeo dos accedilucares da goma do ISOL 14 apresentou valores superiores
de ramnose manose galactose glicose e aacutecidos urocircnicos na moleacutecula em
relaccedilatildeo a estirpe padratildeo CIAT 899
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
65 Referecircncias Bibliograacuteficas
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superior to four ather methods Analytical Biochemistry v 207 p 176-185 1992
SCAMPARINI A R P DRUZIAN J I MALDONADE I MARIUZZO D New
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production in batch cultures of Xanthomonas campestrisrdquo Biotechnology and Bioengineering V 35 p 454-468 1990
SOUW P DEMAIN A L Nutritional studies on xanthan production by Xanthomonas
campestris NRRL B-1459 Applied and Environmental Microbiology v 37 n 6 p
1186-1192 1979
THONART M PAQUOD M HERMANS L et al Xanthan production by
Xanthomonas campestris NRRL B-1459 and interfacial approach by zeta potencial
measurement Enzyme Microbiology Technology v7 p235-238 1985
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
URENHA L C PRADELLA J G C OLIVEIRA M S BONOMI A Produccedilatildeo de
biomassa celular de rizoacutebio In HUNGRIA M ARAUJO R S Manual de meacutetodos
empregados em estudos de microbiologia agriacutecola Brasiacutelia EMBRAPA-SPI 1994
542p
VINCENT JM (1970) A manual for the practical study of the root nodule bacteria
Lodon JBP 1970 164 p
WEI Y amp FANG J Studies on the chromatography behavior of some uronic acids and
neutral sugars on an amino-boned phase column Journal of Chromatography v 513
p 227-235 1990
WHITFIELD C SUTHERLAND I W CRIPPS R G Surface polysaccharides in
mutants of Xanthomonas campestris Journal of General Microbiology v 124 p 385-
392 1981
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7 ANEXOS
Normas da Revista World Journal of Microbiology and Biotechnology
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WORLD JOURNAL OF
MICROBIOLOGY AND
BIOTECHNOLOGY Editor-in-Chief Peter J Large ISSN 0959-3993 (print version) ISSN 1573-0972 (electronic version) Journal no 11274 Springer Netherlands Online version available
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References Citation Reference list
Citation Cite references in the text by name and year in parentheses Some examples
Negotiation research spans many disciplines (Thompson 1990)
This result was later contradicted (Becker and Seligman 1996)
This effect has been widely studied (Abbott 1991 Barakat et al 1995 Kelso and Smith 1998 Medvec et al 1993)
Reference list The list of references should only include works that are cited in the text and that have been published or accepted for publication Personal communications and unpublished works should only be mentioned in the text Do not use footnotes or endnotes as a substitute for a reference list Reference list entries should be alphabetized by the last names of the first author of each work
Journal article Smith J Jones M Jr Houghton L et al (1999) Future of health insurance N Engl J Med 965325ndash329
Article by DOI Slifka MK Whitton JL (2000) Clinical implications of dysregulated cytokine production J Mol Med Doi101007s001090000086
Book South J Blass B (2001) The future of modern genomics Blackwell London
Book chapter Brown B Aaron M (2001) The politics of nature In Smith J (ed) The rise of modern genomics 3rd edn Wiley New York pp 230-257
Online document Doe J (1999) Title of subordinate document In The dictionary of substances and their effects Royal Society of Chemistry Available via DIALOG httpwwwrscorgdosetitle of subordinate document Accessed 15 Jan 1999
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Trabalhos apresentados no 24ordm Congresso Brasileiro de Microbiologia - 3 a 6 de Outubro de 2007 em
Brasiacutelia - Centro de Convenccedilotildees Ulysses Guimaratildees ndash Brasiacutelia DF
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MICROBIOLOGIA GERAL K03 METABOLISMO MICROBIANO E SEUS PRODUTOS 609 Biopoliacutemero sintetizados por Rhizobium sp em diferentes tempos de cultivo comportamento reoloacutegico BARRETO M D C S1 FIGUEIREDO M D V B2 BURITY H A2 OLIVEIRA J P2 COELHO A C D1 LIMA-FILHO J L L1 UFPE
Resumo
Os polissacariacutedeos extracelulares sintetizados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium tem sido estudados na tentativa de melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose leguminosa x Rhizobium uma vez que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes da especificidade simbioacutetica A viscosidade que pode ser tomada como paracircmetro de qualidade eacute influenciada em funccedilatildeo das estirpes da colocircnia bacteriana do meio de fermentaccedilatildeo utilizado e das condiccedilotildees operacionais na produccedilatildeo Com base no exposto o objetivo deste trabalho foi verificar o comportamento reoloacutegico em diferentes tempos de cultivo de 8 isolados de Rhizobium sp e da estirpe padratildeo de Rhizobium tropici (CIAT 899) As bacteacuterias foram incubadas em agitador rotatoacuterio (200rpm agrave 28ordmC) em Erlenmeyers de 250mL contendo 15 de meio YM modificado por um periacuteodo de 96 e 168 horas Foram avaliados a determinaccedilatildeo da viscosidade da soluccedilatildeo aquosa dos biopoliacutemeros a 25 (vv) obtidas em diferentes tempos de cultivo e medidas a 20ordmC em viscosiacutemetro rotacional Brookfield modelo RVT com spindle 2 nas seguintes velocidades de deformaccedilatildeo 10 20 50 e 100rpm a viscosidade aparente a vaacuterias taxas de cisalhamento dos mostos fermentados Os resultados mostraram que os estudos viscosimeacutetricos de soluccedilotildees de polissacariacutedeo dos isolados e da CIAT 899 revelam seu comportamento natildeo tixotroacutepico pseudoplaacutestico mesmo em baixas concentraccedilotildees e caraacuteter polieletroliacutetico e que as medidas de viscosidade do mosto em funccedilatildeo do tempo de agitaccedilatildeo mostra que a viscosidade aparente do meio de cultivo alcanccedila um valor patamar com 168 horas de processo para todos os microrganismos poreacutem os isolados 3 e 16 e CIAT 899 apresentaram maiores valores no aumento da viscosidade
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MICROBIOLOGIA GERAL K03 METABOLISMO MICROBIANO E SEUS PRODUTOS 1751 Biopoliacutemero sintetizados por Rhizobium sp em diferentes tempos de cultivo produccedilatildeo BARRETO M D C S1 FIGUEIREDO M D V B2 BURITY H A2 SILVA M L R B1 CALAZANS G M T1 LIMA-FILHO J L L1 UFPE
Resumo
A produccedilatildeo de exopolissacariacutedeos (EPS) microbianos tem sido objeto de intensa pesquisa tendo em vista seu elevado potencial de aplicaccedilatildeo em diferentes setores pois natildeo se encontra exposta agraves alteraccedilotildees climaacuteticas ou agrave problemas nas colheitas que prejudicam a oferta e alteram o custo de produccedilatildeo das gomas tradicionais No processo de produccedilatildeo de polissacariacutedeos deve-se considerar desde o microrganismo em estudo ateacute a determinaccedilatildeo dos paracircmetros de agitaccedilatildeo onde se destaca o meio de produccedilatildeo e sua influecircncia na siacutentese no rendimento e na composiccedilatildeo dos EPS O objetivo deste trabalho foi avaliar a produccedilatildeo de biopoliacutemeros (gLh) obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp e da estirpe padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo pela massa do produto seco por volume de meio As bacteacuterias foram purificadas em meio YMA e apoacutes foram incubadas em agitador rotatoacuterio (200rpm agrave 28ordm C) em Erlenmeyers de 250mL contendo 15 de meio YM modificado por um periacuteodo de 96 e 168 horas Foram avaliados o peso seco da soluccedilatildeo aquosa dos biopoliacutemeros a 25 (vv) obtidos em diferentes tempos de cultivo atraveacutes da teacutecnica do peso seco onde o aacutelcool etiacutelico foi adicionado ao mosto ateacute atingir a concentraccedilatildeo de 80 na soluccedilatildeo hidroalcooacutelica formada e posterior precipitaccedilatildeo do EPS Apoacutes a filtraccedilatildeo a secagem do produto foi realizada em dissecador (30ordmC) ateacute peso constante comparando-se os diferentes tempos de cultivo Os resultados mostraram que a produccedilatildeo total do biopoliacutemero dos isolados e da estirpe padratildeo CIAT 899 apresentaram maacutexima produccedilatildeo no periacuteodo de 168 horas de processo para todos os microrganismos poreacutem os isolados 3 e 14 e a CIAT 899 foram as que resultaram em maior produtividade (13 17 e 2gL-1h-1) respectivamente
- Barreto Maria do Carmo Silva
-
- Inclui bibliografia
- 5771 CDU (2ed) UFPE
-
- 13 Simbiose rizoacutebio- leguminosa
-
- 14 Polissacariacutedeos de Rizoacutebio
-
- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
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- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
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-
Maria do Carmo Silva Barreto
INOVACcedilAtildeO TECNOLOacuteGICA BASEADA NA PRODUCcedilAtildeO DE BIOPOLIacuteMERO COM VIABILIDADE PARA
INOCULANTE RIZOBIANO
Orientador Prof Dr Joseacute Luiz de Lima Filho
Co- Orientadores Profordf Drordf Maacutercia do Vale Barreto Figueiredo
Prof Dr Heacutelio Almeida Burity
Recife Abril2008
Dissertaccedilatildeo apresentada ao Programa de Poacutes-
Graduaccedilatildeo em Ciecircncias Bioloacutegicas da
Universidade Federal de Pernambuco - UFPE
como requisito parcial para obtenccedilatildeo do Tiacutetulo
de Mestre em Ciecircncias Bioloacutegicas
Aacuterea de Concentraccedilatildeo Biotecnologia
Barreto Maria do Carmo Silva Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemero com viabilidade para inoculante rizobiano Maria do Carmo Silva Barreto ndash Recife O Autor 2008
92 folhas il fig tab
Dissertaccedilatildeo (mestrado) ndash Universidade Federal de Pernambuco CCB Ciecircncias Bioloacutegicas 2008
Inclui bibliografia
1 Bioquiacutemica 2 Leguminosas 3 Biopoliacutemeros 4 Rhizobia I Tiacutetulo 5771 CDU (2ed) UFPE
572 CDD (22 ed) CCB ndash 2008-085
Dedico esta dissertaccedilatildeo aos meus pais pelo apoio ao longo de todos os caminhos que passei com amor
Agradecimentos
A Deus por ter me dado perseveranccedila paciecircncia paz de espiacuterito para transpor mais esta etapa na minha vida profissional e pessoal
Aos meus Pais Joseacute Ribeiro Barreto e Maria Almerinda Barreto pela
minha vida educaccedilatildeo apoio carinho e incentivo e a minha irmatilde Glauciene Barreto e cunhado Joatildeo Rodrigues pelas palavras de apoio e incentivo dado0
Ao Dr Joseacute Luiz de Lima Filho por ter acreditado em mim por todo o seu
apoio e confianccedila depositada durante o Mestrado
A Dra Maacutercia do Vale Barreto Figueiredo pelos ensinamentos conselho amor e confianccedila refletidos em trabalhos Por sempre nos demonstrar com exemplos que qualquer objetivo pode ser alcanccedilado com responsabilidade trabalho seacuterio e organizaccedilatildeo Meus mais sinceros agradecimentos
Ao Dr Helio Almeida Burity pela acolhida no Laboratoacuterio Biologia do Solo
ndash IPA agradeccedilo pelo conviacutevio amizade ensinamentos por facilitar a conclusatildeo dos trabalhos desenvolvidos no laboratoacuterio sempre tendo uma palavra que nos reconforta e ajuda A Dra Francisca Pessoa Franccedila pela ajuda esclarecimentos e apoio despendidos
Ao Dr Joseacute de Paula Oliveira pela amizade ajuda atenccedilatildeo e contribuiccedilatildeo despendida durante todo o trabalho
A Dra Maria Luiza Bastos pela amizade apoio incentivo e carinho
Aos Doutores Adaacutelia Cavalcanti Eidy Simotildees Maria do Carmo
Catanho Socircnia Formiga da Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria ndash IPA pela convivecircncia troca de conhecimentos e amizade
Aos meus Amigos do Laboratoacuterio Marcela Vila Nova Emmanuella Vila
Nova Elisacircngela Cabral Rafael Barboza Sue Ellen Aniacutebia Vicente Helane Costa Tathiana Alves Andreacute Sueldo por todos os memoraacuteveis momentos compartilhados tanto no laboratoacuterio como fora dele muito obrigado agrave todos
Agrave Profordf e Dra Carolina Etienne pela amizade e ajuda na revisatildeo deste trabalho uma pessoa querida que estaacute sempre pronta para ajudar meu muito obrigada
Ao Prof e Dr Cosme Rafael pela ajuda aconselhamento e correccedilotildees que foram indispensaacuteveis para o ecircxito deste trabalho muito obrigada
Ao Dr Odemar Reis ndash Estatiacutestico do IPA pela ajuda despendida durante
os trabalhos pelas palavras de confianccedila e ensinamentos
Aos funcionaacuterios do IPA Almira pela ajuda na aquisiccedilatildeo de material bibliograacutefico Rosa Morais pela ajuda e amizade Waldemar Arauacutejo pela amizade palavras de confianccedila e forccedila Luacutecia Maacuterio e Rita pelo conviacutevio no dia a dia pela ajuda carinho e amizade
As Profa Dra Gliacutecia Calazans e Profa Dra Janete Magali pela ajuda e
obtenccedilatildeo do equipamento uacuteteis para a conclusatildeo dos trabalhos muito obrigada
A Coordenadora do Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Ciecircncias Bioloacutegicas CCBUFPE Profa Dra Suely Lins Galdino pelo apoio e informaccedilotildees indispensaacuteveis para o funcionamento do mestrado
A Secretaacuteria da Poacutes-graduaccedilatildeo Adenilda Eugecircnia pela ajuda e amizade despendida ao longo do curso
Agrave CAPESFACEPE pelo apoio financeiro no fomento da bolsa de mestrado
A todos aqueles que mesmo natildeo mencionados estiveram ao meu lado
contribuindo para a minha formaccedilatildeo e para a realizaccedilatildeo deste estudo o meu mais sincero agradecimento
LISTA DE FIGURAS Fig 1
Classificaccedilatildeo dos Fluidos segundo seu comportamento reoloacutegico 16
Fig 2 Curvas de escoamento de fluidos newtoniano e natildeo newtonianos de propriedades independentes do tempo de cisalhamento 16
Fig 3 Aspecto do EPS precipitado sintetizado a partir do ISOL 14 (a) e do CIAT 899(b) com 168 horas de cultivo 47
Fig 4
Variaccedilatildeo da viscosidade aparente em funccedilatildeo da taxa de cisalhamento de soluccedilotildees aquosas de EPS 25 (vv) de 8 isolados de Rhizobium e uma estirpe padratildeo CIAT 899 a 20 degC com tempo de fermentaccedilatildeo de 96 h determinada com viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT) 48
Fig 5
Variaccedilatildeo da viscosidade aparente em funccedilatildeo da taxa de cisalhamento de soluccedilotildees aquosas de EPS 25 (vv) de 8 isolados de Rhizobium e uma estirpe padratildeo CIAT 899 a 20 degC com tempo de fermentaccedilatildeo de 168 h determinada com viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT)
49
Fig 6 Procedimento para contagem de ceacutelulas viaacuteveis (UFC) e totais (Densidade oacutetica) 63
Fig 7 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 1 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 68
Fig 8 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 2 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 69
Fig 9 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoculo do Isolado 3 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 70
Fig 10 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoculo do Isolado 4 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 71
Fig 11 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoculo do Isolado 6 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 72
Fig 12 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 11 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 73
Fig 13 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 14 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 74
Fig 14 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 16 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 75
Fig 15 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do CIAT 899 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 76
Fig 16 Concentraccedilatildeo de glicose durante a produccedilatildeo de EPS por Rhizobium sp (ISOL 14) 77
Fig 17 Concentraccedilatildeo de glicose durante a produccedilatildeo de EPS por Rhizobium sp (CIAT 899) 78
Paacuteginas
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 Caracteriacutesticas morfofisioloacutegicas dos Isolados de rizoacutebios e estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici
40
Tabela 2 Valores das constantes kat e kγ (Mitshka 1982) 42
Tabela 3 Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para experimentos em 96 e 168 horas 43
Tabela 4 Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para grupo de experimentos 44
Tabela 5 Resultados da anaacutelise de variacircncia da produccedilatildeo de biopoliacutemero sintetizados por Rhizobium cultivados em 96 e 168 horas de cultivo 45
Tabela 6 Dados meacutedios das anaacutelises individuais e do grupo de experimento 45
Tabela 7 Isolados de rizoacutebios e estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici 62
Tabela 8 Constituintes quiacutemicos da goma produzida pela estirpe de Rhizobium sp (ISOL 14) 78
SUMAacuteRIO AGRADECIMENTOS LISTA DE FIGURAS LISTA DE TABELAS SUMAacuteRIO 1 Introduccedilatildeo 1
11 Feijoeiro (Phaseolus vulgaris L) 1
12 Rhizobium sp 3
13 Simbiose rizoacutebio-leguminosa 5
14 Polissacariacutedeos de rizoacutebio 8
15 Reologia 13
2 Justificativa 19 3 Objetivos 20
31Geral 20
32 Especiacuteficos 20
4 Referecircncias 21 5 Capiacutetulo 1 34
Resumo 35
Abstract 36
51 Introduccedilatildeo 37
52 Material e Meacutetodos 39
53 Resultados e Discussatildeo 44
54 Conclusotildees 51
55 Referecircncias 52
6 Capiacutetulo 2 57 Resumo 58
61 Introduccedilatildeo 59
62 Material e Meacutetodos 61
63 Resultados e Discussatildeo 66
64 Conclusotildees 81
65 Referecircncias 82
7 Anexos 87
Normas da Revista World Journal of Microbiology and Biotechnology
Submissatildeo do Artigo
Normas da Revista Scientia Agraacuteria
Trabalhos apresentados no 24ordm Congresso Brasileiro de Microbiologia - 3 a 6 de Outubro de 2007 em Brasiacutelia - Centro de Convenccedilotildees Ulysses Guimaratildees ndash Brasiacutelia DF
1 INTRODUCcedilAtildeO
11 Feijoeiro (Phaseolus vulgaris L)
O feijoeiro eacute cultivado em cerca de 100 paiacuteses em todo o mundo envolvendo
grande nuacutemero de gecircneros e espeacutecies dificultando uma anaacutelise comparativa dos
iacutendices de produtividade por espeacutecie Considerando somente o Phaseolus vulgaris L o
Brasil eacute o maior produtor seguido do Meacutexico Entretanto a produccedilatildeo brasileira de feijatildeo
tem sido insuficiente para abastecer o mercado interno devido agrave reduccedilatildeo na aacuterea
plantada da ordem de 35 nos uacuteltimos 17 anos (Yokoyama amp Stone 2000) A falta de
tecnologia e o cultivo em solos marginais devido ao baixo retorno econocircmico da
cultura contribuem decisivamente para a baixa produtividade do feijoeiro e nesse
quadro o fornecimento adequado de nutrientes particularmente o nitrogecircnio (N) e o
foacutesforo (P) representam um dos fatores limitantes agrave obtenccedilatildeo de maiores rendimentos
no Brasil (Arauacutejo 1994)
No Brasil o feijoeiro eacute cultivado nos mais variados tipos de solos e clima sendo
plantado preferencialmente como cultura de subsistecircncia em pequenas propriedades
O feijatildeo eacute importante fonte de nutrientes (proteiacutenas minerais vitaminas) e calorias na
dieta brasileira (Hungria et al 2000) Aleacutem de apresentar alto conteuacutedo de carboidratos
componentes de fibra (celulose hemicelulose e lignina) e digeriacuteveis (amido e sacarose)
encontram-se no feijatildeo alguns oligossacariacutedeos (rafinose estaquiose verbascose) O
feijatildeo tambeacutem eacute uma fonte importante de vitaminas hidrossoluacuteveis como a tiamina a
riboflavina a niacina e a folacina que satildeo vitaminas do complexo B envolvidas na
prevenccedilatildeo de certos defeitos fetais cardiovasculares e certos tipos de cacircncer (Costa amp
Vieira 2000)
O feijoeiro eacute originaacuterio das Ameacutericas com centros de origens e domesticaccedilatildeo na
Meso Ameacuterica (Meacutexico-Guatemala) e na Zona Leste dos Andes Seu cultivo foi
delineado haacute mais de 7000 anos entre os nativos do Peru sugerindo seleccedilatildeo da
espeacutecie para a agricultura (Gepts 1990) As aacutereas de diferenciaccedilatildeo e domesticaccedilatildeo do
feijoeiro ocorrem em altitudes entre 500 e 1800 m na Ameacuterica Central e norte da
Ameacuterica do Sul Diversos tipos selvagens satildeo registrados em altitudes proacuteximas a
1200m (Miranda 1974) Os feijoeiros provenientes desses materiais mostram grande
amplitude de caracteriacutesticas morfoloacutegicas e fisioloacutegicas O gecircnero Phaseolus conteacutem
mais de uma centena de espeacutecies mas apenas P vulgaris L P coccineus L P
acutifolius Gray var Latifolius Freeman e P lunatus var lunatous satildeo cultivadas
comercialmente (Zimmermann amp Teixeira 1988) Dessas o feijoeiro comum P vulgaris
L eacute a espeacutecie de maior importacircncia econocircmica contribuindo com cerca de 95 da
produccedilatildeo mundial de Phaseolus No Brasil em uma rota inversa agrave do traacutefico de
escravos P vulgaris chegou agrave Aacutefrica e provavelmente em tempos anteriores agrave Aacutesia
via Filipinas No seacuteculo XVI foi introduzido na Europa e na Califoacuternia levado por
intermeacutedio dos espanhoacuteis trazido da Ameacuterica Central (Mariot 1989)
Os teores de N nos solos do Brasil satildeo baixos de um modo geral situando-se na
faixa de 005 a 03 Com a intensificaccedilatildeo da agricultura as exigecircncias de adiccedilatildeo
de N bem como a sua remoccedilatildeo satildeo ampliadas e consequentemente se o N retirado
do solo pelas plantas natildeo for reposto o teor desse nutriente decresceraacute rapidamente
Quanto aos fertilizantes nitrogenados existe um custo elevado para a siacutentese dos
mesmos de cerca de seis barris de petroacuteleo para cada tonelada de amocircnio produzido
bem como gastos com o transporte e distribuiccedilatildeo do fertilizante aleacutem de outros
(Hungria et al1997) Considerando que o feijoeiro eacute cultivado principalmente por
pequenos agricultores em solos muitas vezes deficientes em N mineral esforccedilos para
a melhoria do processo de simbiose da cultura com rizoacutebios inoculados nas sementes
podem corresponder a aumentos significativos no rendimento de gratildeos Essa via
bioloacutegica se torna ainda mais importante quando se leva em consideraccedilatildeo os custos
elevados do N mineral limitando a sua utilizaccedilatildeo principalmente pelos pequenos
agricultores Praacuteticas alternativas para diminuir esses custos precisam ser procuradas
principalmente no Brasil que importa fertilizante nitrogenado para satisfazer agrave demanda
interna (Hungria et al 2001) Um outro agravante na utilizaccedilatildeo de fertilizantes
nitrogenados reside na baixa eficiecircncia de sua utilizaccedilatildeo pelas plantas raramente
ultrapassando 50 Deve-se considerar ainda que o uso indiscriminado de fertilizantes
nitrogenados resulta em poluiccedilatildeo ambiental pois a lixiviaccedilatildeo do N ocorre contaminaccedilatildeo
no lenccedilol freaacutetico que resultam em acuacutemulo de formas nitrogenadas podendo atingir
niacuteveis toacutexicos a peixes e ao homem (Hungria et al 2001)
Dentro deste contexto destaca-se a necessidade do desenvolvimento de
tecnologias de baixo custo capazes de melhorar os niacuteveis de produtividade dos
pequenos agricultores responsaacuteveis pela quase totalidade da produccedilatildeo mundial desta
leguminosa essencial na dieta de grande parte da populaccedilatildeo brasileira (Dakora 2003)
12 Rhizobium sp
Este gecircnero foi classificado em 1932 por Fred et al e apresenta como
caracteriacutestica ceacutelulas em forma de bastonete curto Gram-negativas com dimensotildees
que variam entre 05 e 09 microm por 12 a 30 microm ocorrendo isolados ou aos pares
moacuteveis por flagelos polares subpolares ou peritriquiais natildeo formam esporos e em
culturas envelhecidas apresentam granulaccedilotildees de poli-β-hidroxibutirato (Urenha et al
1994) Apresentam bom crescimento em meio com manitol sacarose e levedura
podendo em meios gelificados desenvolver colocircnias planas convexas ou umbilicadas
apresentam normalmente coloraccedilatildeo branca e opaca por vezes transluacutecidas
apresentando frequentemente produccedilatildeo de goma de natureza polissacariacutedica A
inclusatildeo de Vermelho do Congo no meio de cultura natildeo conduz a uma forte absorccedilatildeo
deste corante pelas colocircnias podendo certas estirpes apresentar ligeira absorccedilatildeo As
estirpes de crescimento raacutepido produzem colocircnias de 4 a 6 mm de diacircmetro em 5 dias
de incubaccedilatildeo a 26-30 degC provocando acidificaccedilatildeo do meio de cultura As estirpes de
crescimento lento produzem colocircnias com 1 mm de diacircmetro em 10 dias de incubaccedilatildeo
a 28-30 degC provocando a alcalinizaccedilatildeo do meio de cultura Induzem a formaccedilatildeo de
noacutedulos na raiz de leguminosas compatiacuteveis colonizando-os e podendo aiacute desenvolver
atividade diazotroacutefica em simbiose utilizam oxigecircnio como receptor final de eleacutetrons na
cadeia respiratoacuteria satildeo microrganismos aeroacutebios estrito e a faixa de pH oacutetimo para seu
desenvolvimento estaacute entre 6 e 7 (Hungria amp Arauacutejo1994)
A literatura relata a presenccedila de reaccedilatildeo aacutecida durante o cultivo promovendo
queda do pH do meio de cultura (Jordan 1984) No entanto dados experimentais de
cultivo desta bacteacuteria em fermentador na presenccedila de sacarose glutamato
monossoacutedico e extrato de levedura mostram comportamento oposto As velocidades
especiacuteficas maacuteximas de crescimento desta bacteacuteria oscilam em torno de 020h o que
resulta num tempo de geraccedilatildeo de aproximadamente 35 h
Entre as bacteacuterias fixadoras de nitrogecircnio presentes no solo cujas populaccedilotildees
satildeo altamente influenciadas pela rizosfera das plantas o rizoacutebio eacute considerado o grupo
mais importante na agricultura tropical pela sua associaccedilatildeo com as leguminosas Esta
simbiose eacute responsaacutevel por uma substancial parte talvez a maior do fluxo global de
nitrogecircnio atmosfeacuterico fixado nas formas de amocircnia nitrato e compostos orgacircnicos
(Kahindi et al 1997) Certamente esta associaccedilatildeo eacute a mais estudada mas simbioses
envolvendo actinomicetos do gecircnero Frankia cianobacteacuterias especialmente a
associaccedilatildeo Azolla-Anabaena e organismos heterotoacuteficos fixadores de nitrogecircnio de vida
livre e associativos podem tambeacutem fixar quantidades significativas de nitrogecircnio sob
condiccedilotildees especiacuteficas (Straliotto amp Rumjanek1999)
Atualmente os rizoacutebios estatildeo classificados como pertencentes agrave domiacutenio
Bacteria Filo Proteobacteria Classe Alfaproteobacteria Ordem Rhiobiales e
distribuiacutedos nas Famiacutelias Rhizobiaceae Phyllobacteriaceae Bradyrhizobiaceae e
Hiphomicrobiaceae (Garrity amp Holt 2001) Aleacutem disso algumas bacteacuterias capazes de
nodular e fixar N2 em simbiose com leguminosas foram recentemente identificadas
como pertencentes agrave Classe das Betaproteobacteria Ordem Burkholderiales Famiacutelia
Burkholderiaceae Gecircnero Burkholderia (Moulin et al 2001) e tambeacutem pertencentes agrave
Classe das Alfaproteobacterias Ordem Rhizobiales Famiacutelia Methylobacteriaceae
Gecircnero Methylobacterium (Sy et al 2001)
As bacteacuterias que nodulam o feijoeiro foram classificadas inicialmente como
Rhizobium phaseoli poreacutem com uma melhor caracterizaccedilatildeo fisioloacutegica bioquiacutemica e
geneacutetica essas bacteacuterias foram reclassificadas apoacutes 50 anos na espeacutecie Rhizobium
leguminosarum bv phaseoli (Jordan 1984) Com o estudo de outros isolados e o
avanccedilo nas teacutecnicas de biologia molecular em um curto periacuteodo de tempo foi
constatado que as bacteacuterias que nodulavam o feijoeiro apresentavam claramente
caracteriacutesticas fisioloacutegicas e geneacuteticas distintas permitindo a sua separaccedilatildeo em dois
grupos denominadas Tipo I e Tipo II (Martiacutenez et al 1985 Quinto et al 1985 Brom et
al 1988) Essas e outras diferenccedilas levaram em 1991 agrave definiccedilatildeo de uma nova
espeacutecie R tropici (trorsquo pi ci Gr n tropikos troacutepicos) que incluiria as estirpes do Tipo
II que foi subdividido em IIA e IIB (Martinez-Romero et al 1991) As bacteacuterias dessa
nova espeacutecie foram descritas como aeroacutebias Gram-negativas com pH oacutetimo para
crescimento variando entre 5 e 7 crescendo em temperatura de ateacute 40 degC As estirpes
estudadas foram isoladas de regiotildees tropicais nodulam e fixam N2 com P vulgaris L
Leucaena esculenta e L leucocephala
A estirpe IIB CIAT 899 (= ATCC 49672 = UMR 1899 = SEMIA 4077) foi
designada como estirpe padratildeo (ldquotype strainrdquo) e a estirpe representativa do grupo IIA eacute
a CFN 299 A estirpe CIAT 899 assim como as outras do Tipo IIB tambeacutem eacute resistente
a metais pesados e aos antibioacuteticos clorofenicol espectinomicina carbenicilina e
estreptomicina (Martiacutenez-Romero et al 1991) e apresenta maior toleracircncia agrave acidez
(Graham et al 1994) e a temperaturas elevadas (Hungria et al 1993 Mercante et al
2002) Somente as estirpes do Tipo IIB crescem em meio Luria-Bertani (LB) (Martiacutenez-
Romero et al 1991) Alguns estudos tecircm descrito diferenccedilas entre os Tipos IIA e IIB
incluindo anaacutelise de PCR com sequumlecircncias repetitivas como REP ERIC BOX (van
Berkum et al 1996) e a presenccedila de megaplasmiacutedeos (Geniaux et al 1995)
13 Simbiose rizoacutebio- leguminosa
Haacute uma grande diversidade de bacteacuterias capazes de formar simbioses com as
diferentes leguminosas sendo que ateacute o momento encontram-se distribuiacutedas dentro de
trecircs ramos filogeneacuteticos principais que satildeo os gecircneros Bradyrhizobium Azorhizobium e
os chamados rizoacutebios de crescimento raacutepido Estes atualmente encontram-se divididos
em trecircs gecircneros Rhizobium Mesorhizobium e Sinorhizobium sendo que R galegae
deve ser brevemente renomeado como um novo gecircnero (Young amp Haukka 1996
Lindstroumlm et al 1998) O rizoacutebio induz em suas hospedeiras a formaccedilatildeo de estruturas
especializadas chamadas noacutedulos onde o nitrogecircnio molecular eacute reduzido a amocircnia
Os estudos tecircm demonstrado o alto grau de especializaccedilatildeo desenvolvido durante o
processo evolutivo desta simbiose havendo importantes relaccedilotildees de especificidade e
grandes possibilidades de manipulaccedilatildeo deste conhecimento visando melhorar a
eficiecircncia simbioacutetica Devido agrave sua importacircncia econocircmica os estudos da interaccedilatildeo
rizoacutebio-leguminosas tem tido um bom suporte econocircmico quando comparado agraves demais
aacutereas de pesquisa agronocircmica em diversas partes do mundo sendo que atualmente eacute
a interaccedilatildeo planta-microrganismo mais bem estudada (Straliotto amp Rumjanek1999)
Sob condiccedilatildeo de limitaccedilatildeo de nitrogecircnio mineral as bacteacuterias do gecircnero
Rhizobium Bradyrhizobium Mesorhizobium Sinorhizobium Allorhizobium
coletivamente chamadas de riacutezoacutebio formam noacutedulos simbioacuteticos nas raiacutezes de
leguminosas Nos anos recentes outras α-proteobacterias tem sido apresentadas como
produtoras de noacutedulos em leguminosas (Moullin et al 2002) Methylobacterium (Sy et
al 2001) Blastobacter (Van Berkun e Eardly 2002) e Devosia (Rivas et al 2002)
Nestes noacutedulos simbioacuteticos a bacteacuteria na forma de bacteroacuteides convertem o N
atmosfeacuterico em amocircnia que eacute incorporada em diversas formas de N orgacircnico para a
utilizaccedilatildeo por plantas da famiacutelia das leguminosas
O nitrogecircnio eacute o elemento mais abundante na atmosfera terrestre (em torno de
79 ) estando presente principalmente na forma diatocircmica (N2) e eacute um dos principais
macronutrientes dos vegetais Algumas bacteacuterias que coexistem em simbiose ou natildeo
nas raiacutezes de plantas possuem enzimas com a capacidade de reduccedilatildeo do nitrogecircnio
atmosfeacuterico transformando-o em amocircnia e posteriormente em elementos essenciais
(Lodeiro et al 2000)
As leguminosas tecircm ao seu dispor duas fontes de nitrogecircnio o mineral
proveniente do solo eou fertilizante e o nitrogecircnio fixado biologicamente atraveacutes da
simbiose com os rizoacutebios Entretanto a subida vertiginosa dos preccedilos dos adubos
nitrogenados devido ao consumo de energia foacutessil em sua fabricaccedilatildeo aliada aos graves
problemas de poluiccedilatildeo causados pelo uso intensivo desses adubos tem deixado agrave
agricultura dos paiacuteses em desenvolvimento e dos desenvolvidos apenas as alternativas
de maximizar a fixaccedilatildeo bioloacutegica de nitrogecircnio otimizar a distribuiccedilatildeo e emprego dos
compostos nitrogenados dentro das plantas e tornar mais eficiente a utilizaccedilatildeo de
carboidratos pelos noacutedulos (Neves 1992)
O crescimento e a produccedilatildeo das leguminosas satildeo pelo menos em parte o
resultados da interaccedilatildeo entre as cultivares das plantas as estirpes de Rhizobium e as
condiccedilotildees ambientais em que o sistema simbioacutetico se desenvolve e que afetam a
assimilaccedilatildeo distribuiccedilatildeo e utilizaccedilatildeo do carbono e nitrogecircnio pelas plantas A
disponibilidade de nitrogecircnio para as sementes em desenvolvimento determina a
produccedilatildeo e depende de uma fixaccedilatildeo de nitrogecircnio que se prolongue ateacute o periacuteodo de
enchimento dos gratildeos (Neves amp Rumjanek 1995 Rumjanek et al 2002)
As plantas dependentes da fixaccedilatildeo bioloacutegica do N requerem mais fosfato (P) que
as plantas que usam exclusivamente N mineral Os niacuteveis baixos de P podem afetar a
simbiose ao diminuir o suplemento de fotossintato ao noacutedulo reduzir a taxa de
crescimento bacteriano e a populaccedilatildeo total de Rhizobium e Bradyrhizobium (Keyser amp
Munns 1979)
A fixaccedilatildeo bioloacutegica do nitrogecircnio dar-se-aacute mediante a presenccedila de noacutedulos nas
raiacutezes induzidos pela infecccedilatildeo das raiacutezes pelas bacteacuterias (Uribe 1994) O
desenvolvimento dos noacutedulos seratildeo iniciados pela troca de sinais quiacutemicos moleculares
entre a planta e o simbionte (Singleton et al 1992 Hungria et al 2000)
Os noacutedulos e a planta hospedeira satildeo perfeitamente interligados por meio de
vasos xilemaacuteticos e floemaacuteticos e portanto totalmente integrados em termos hormonais
e nutricionais O processo de fixaccedilatildeo do nitrogecircnio tambeacutem requer um suprimento
contiacutenuo de carboidratos que fornecem tanto a energia para a reduccedilatildeo do nitrogecircnio
quantos os esqueletos de carbono necessaacuterios agrave assimilaccedilatildeo da amocircnia produzida
Durante os processos de infecccedilatildeo e desenvolvimento dos noacutedulos energia eacute
necessaacuteria agraves divisotildees celulares e eacute obtida da oxidaccedilatildeo dos carboidratos produzidos
na parte aeacuterea da planta hospedeira (Neves 1992 Silveira et al 2001 Moreira amp
Siqueira 2006)
Devido agrave existecircncia de uma grande diversidade de espeacutecies nativas de bacteacuterias
fixadoras de nitrogecircnio eacute necessaacuteria a obtenccedilatildeo de estirpes de Rhizobium de alta
qualidade capazes de sobreviver e competir pela fixaccedilatildeo eficiente do nitrogecircnio
atmosfeacuterico na leguminosa alvo (Moawad et al 1998 Silveira et al 2001 Figueiredo et
al 2001 2002)
A nodulaccedilatildeo eacute um processo de multi-passos que envolvem plantas especiacuteficas e
expressatildeo geneacutetica bacteriana compatiacutevel Os resultados de vaacuterias trabalhos tecircm
indicado a participaccedilatildeo de mediadores quiacutemicos no periacuteodo inicial do processo de
infecccedilatildeo das raiacutezes das leguminosas Flavonoides especiacuteficos satildeo reconhecidos pelo
rizoacutebio e em alguns casos este eacute um importante aspecto de reconhecimento do
hospedeiro Se o flavonoide for reconhecido ocorreraacute a siacutentese de sacariacutedeos nas
ceacutelulas bacterianas atraveacutes da accedilatildeo de vaacuterios produtos de genes e resultando a
produccedilatildeo de uma pequena famiacutelia de lipo-oligossacariacutedeos A estrutura dos tipos de
lipo-oligossacariacutedeos eacute o maior determinante da especificidade do hospedeiro
(Laeremans amp Vanderleyden 1998 Diouf et al 2000 Dakora 2003)
14 Polissacariacutedeos de Rizoacutebio
Biopoliacutemeros satildeo polissacariacutedeos microbianos tambeacutem conhecidos como gomas ou
exopolissacariacutedeos (EPS) que tem a capacidade de fornar geacuteis e soluccedilotildees viscosas em
meio aquoso (Moreira et al 2003) Tendo sido observados nas uacuteltimas deacutecadas
progressos significativos em relaccedilatildeo agrave identificaccedilatildeo caracterizaccedilatildeo e utilizaccedilatildeo de
polissacariacutedeos sintetizados por microrganismos (Padilha 1997)
Kay et al (1993) enfatizam que os biopoliacutemeros satildeo na sua maioria compostos
atoacutexicos biodegradaacuteveis produzidos extracelularmente por microrganismos natildeo
patogecircnicos a partir de fermentaccedilotildees em batelada com eficiecircncia proacutexima a 50 na
conversatildeo do substrato
O termo goma tal como usado tecnicamente pelas induacutestrias refere-se aos
polissacariacutedeos de origem vegetal ou microbiana e seus derivados de alto peso
molecular que quando solubilizados em aacutegua fria ou quente produzem suspensotildees ou
soluccedilotildees viscosas podendo formar geacuteis a baixas concentraccedilotildees (Lopes 1989 Whistler
amp BeMiller 1993)
As bacteacuterias Gram-negativas apresentam a parede celular mais fina consequumlecircncia
da menor quantidade de peptidoglicano em comparaccedilatildeo agraves Gram-positivas e tem
como maior componente um macropoliacutemero denominado lipopolissacariacutedeo A
presenccedila do lipopolissacariacutedeo fornece uma barreira hidrofiacutelica agrave superfiacutecie celular Em
muitas bacteacuterias a hidrofilicidade da superfiacutecie celular eacute aumentada pela presenccedila de
uma camada de EPS O EPS pode estar organizado de modo a formar uma camada
coesiva e aderente denominada ldquocaacutepsulardquo ou consistir em um polissacariacutedeo livre e
ldquomucilaginosordquo (slime) com pouca ou nenhuma aderecircncia celular O termo EPS ou
exopolissacariacutedeo pode ser usado tanto para descrever o polissacariacutedeo mucilaginoso
como o capsular (Portilho 2002)
Vaacuterias bacteacuterias pertencentes agrave famiacutelia Rhizobiaceae satildeo produtoras de EPS na
cultura esses EPS rizobianos satildeo heteropolissacariacutedeos de espeacutecie ou estirpe-
especiacuteficos compostos de diferentes tipos de monossacariacutedeos (Becker amp Puumlhler
1998) Existem evidecircncias de que a composiccedilatildeo de EPS varia natildeo soacute entre os diversos
gecircneros mas tambeacutem com mudanccedilas no meio ambiente bacteriano (Karr et al 2000)
e alteraccedilotildees na constituiccedilatildeo das unidades repetitivas podem afetar a habilidade
simbioacutetica do bacterioacuteide (Wielbo et al 2004) Poreacutem os mecanismos de
desenvolvimento simbioacutetico e de infecccedilatildeo ainda natildeo estatildeo claros e por isso existe
contiacutenuo interesse em se elucidar a geneacutetica a biologia molecular e a bioquiacutemica de
EPS e de superfiacutecie de origem bacteriana
Os polissacariacutedeos sintetizados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium tais como
succinoglicanas e galactoglucanas (Zevenhuizen 1997) tecircm sido extensivamente
estudados na tentativa de melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose Muitos
trabalhos tecircm sido desenvolvidos com o objetivo de revelar a composiccedilatildeo quiacutemica a
biossiacutentese e informaccedilotildees geneacuteticas destas biomoleacuteculas e relacionar suas estruturas
quiacutemicas agraves propriedades de infestaccedilatildeo das bacteacuterias nas plantas hospedeiras (Canter
Cremers et al 1991) uma vez que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes da
especificidade simbioacutetica (Gil-Serrano et al 1992)
Os EPSs segundo Costerton (1987) possibilitam vida livre agrave bacteacuteria permitindo a
aderecircncia e colonizaccedilatildeo agrave superfiacutecies soacutelidas onde nutrientes se acumulam Eles
envolvem as membranas das ceacutelulas protegendo-as do dessecamento e outros
estresses ambientais aleacutem de poder ajudar na fixaccedilatildeo de minerais e nutrientes
proacuteximos agrave bacteacuteria (Sutherland 1988 Whitfield 1988)
Rhizobia de raacutepido crescimento sintetizam diferentes EPS EPS de alta massa
molecular o qual eacute excretado para o meio e resulta no aumento da viscosidade do
meio de cultivo CPS neutro e insoluacutevel depositado como uma massa volumosa ao
redor da ceacutelula e β-1 2-glucanas ciacuteclicas acumuladas no espaccedilo periplasmaacutetico e
excretadas para o meio (Zevenhuizen 1986) Os EPS despertam maior interesse
porque podem ser recolhidos diretamente do meio para o qual satildeo secretados Esses
microrganismos podem tambeacutem formar glucanas neutras unidas glicosidicamente por
ligaccedilotildees tipo β-14 presentes como microfibrilas celuloacutesicas de baixo massa molecular
(Zevenhuizen1986 Breedveld et al 1993) e algumas vezes no meio de cultura
podem ser encontrados compostos de baixa massa molecular semelhantes aos das
unidades monomeacutericas do EPS (Breedveld et al 1990)
A siacutentese de EPS aacutecido CPS neutro e poli-β-hidroxibutirato (PHB) por Rhizobium
eacute fortemente dependente das condiccedilotildees de cultivo das linhagens utilizadas assim
como da fase de crescimento levando a resultados que podem variar
consideravelmente (Zevenhuizen 1981 1986 Tombolini amp Nuti 1989) A produccedilatildeo de
EPS por Rhizobium leguminosarum R phaseoli e R trifolii segue associada ao
crescimento enquanto que R meliloti excreta principalmente polissacariacutedeos de baixa
massa molecular quando a proliferaccedilatildeo celular estaacute limitada pela falta de nitrogecircnio em
excesso de fonte de carbono ainda presente no meio
Zevenhuizen (1986) investigando a influecircncia das condiccedilotildees de cultivo nas
quantidades de EPS CPS e glucanas sintetizadas por Sinorhizobium meliloti TA-1
atraveacutes de cultivos em meio de sais contendo aacutecido glutacircmico (01 ) e manitol (1 )
em frascos de 100 mL agitados a 25 ordmC verificou que determinadas condiccedilotildees
direcionavam a siacutentese polissacariacutedica para um produto especiacutefico A produccedilatildeo de EPS
era favorecida em ar saturado com O2 a de CPS sob condiccedilotildees limitantes de nitrogecircnio
e moderado suprimento de O2 e a produccedilatildeo de β-12-glucanas em meio contendo uma
concentraccedilatildeo quatro vezes maior da fonte de nitrogecircnio produzindo uma alta
densidade celular e consequentemente uma limitaccedilatildeo severa de O2
Em todas as linhagens o acuacutemulo de glicogecircnio celular β-12-glucana e PHB
satildeo apenas iniciados sob condiccedilotildees limitantes do crescimento celular (Zevenhuizen amp
Ebbink1974) Quando haacute exaustatildeo da fonte de carbono externa glicogecircnio e PHB satildeo
metabolizados pelas ceacutelulas sustentando assim sua longevidade e atuando como
material de reserva (Zevenhuizen1981)
Ceacutelulas de R leguminosarum bv phaseoli e bv trifolii sintetizam EPS contendo
aacutecido urocircnico PHB eou glicogecircnio e ainda CPS natildeo metabolizaacutevel e pequenas
quantidades de β-12-glucana R melioti sintetiza EPS livre de aacutecido urocircnico PHB eou
glicogecircnio e elevadas concentraccedilotildees de β-12-glucana (Zevenhuizen 1981)
EPS aacutecidos elaborados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium apresentam exceto
por pequenas diferenccedilas uma viscosidade extraordinaacuteria na composiccedilatildeo e nas
propriedades estruturais entre linhagens de diferentes espeacutecies (Zevenhuizen
19711973 e Zevenhuizen amp Scholten-Koerselman1979) Os dois tipos mais comuns de
EPS de rizoacutebio (espeacutecies de raacutepido crescimento) obtidos apoacutes a precipitaccedilatildeo com 3
volumes de etanol satildeo EPS (da S meliloti) sem aacutecido urocircnico e que apresenta na
composiccedilatildeo molar D-glucose D-galactose aacutecido piruacutevico (711) denominado de
polissacariacutedeop Tipo I e EPS (da R leguminosarum bv phaseoli e bv trifolii) com
composiccedilatildeo molar D-glucoseD-galactoseaacutecido D-glucurocircnicoaacutecido piruacutevico (5122)
denominado de polissacariacutedeo Tipo II (Zevenhuizen1981)
As fraccedilotildees polimeacutericas precipitaacuteveis com trecircs volumes de etanol satildeo produtos de
elevada massa molecular com caraacuteter aacutecido os quais resultam em soluccedilotildees aquosas
altamente viscosas Polissacariacutedeos do Tipo I satildeo produtos comuns excretados de
linhagens de S meliloti e de Agrobacterium (Hisamatsu et al1982) sendo tambeacutem
sintetizados por bacteacuterias de origem totalmente diferente tal como Alcaligenes faecalis
(Harada amp Amemura 1981) S melioti sintetiza geralmente um EPS de elevada massa
molecular do tipo succinoglicana com a composiccedilatildeo glucose galactose piruvato
succinato acetato (71111) (Cinquini Dantas 1992 Matulovaacute et al 1994 Ridoult et
al1997)
Algumas linhagens de Rhizobium apresentam composiccedilotildees de EPS desviadas
dos tipos mais comuns mencionados acima tais como R leguminosarum bv phaseoli
linhagem K-82 com EPS de composiccedilatildeo molar D-glucoseD-galactose aacutecido urocircnico
aacutecido piruacutevico (1111) e S meliloti SU-234 que produz EPS correspondente ao
polissacariacutedeo Tipo II (Zevenhuizen 1981)
Um consideraacutevel nuacutemero de polissacariacutedeos produzidos por muitas linhagens de
rizoacutebio natildeo estaacute disperso livremente no meio mas sim presente como um material
viscoso amorfo ao redor da ceacutelula Tais polissacariacutedeos como a curdlana podem ser
extraiacutedos com a simples adiccedilatildeo de NaOH 05 M seguida de precipitaccedilatildeo pela
neutralizaccedilatildeo com HCl Curdlana uma β-13-glucana linear gelificante pode ser
produzida por Agrobacterium e por algumas linhagens de Rhizobium (Harada amp
Amemura 1981 Zevenhuizen 1986) assim como pela bacteacuteria Alcaligenes faecalis
bv myxogenes (Harada et al 1966 Phillips et al1983 Lawford amp Rousseau1989) O
derivado sulfatado deste homopoliacutemero apresenta atividades anticoagulantes e
antitromboacuteticas aleacutem de exibir efeito inibitoacuterio agrave infecccedilatildeo in vitro do viacuterus HIV-1
(Jagodzinsski et al 1994) Aleacutem dos polissacariacutedeos neutro e aacutecido de elevada massa
molecular as espeacutecies de Rhizobium assim como bacteacuterias do gecircnero Agrobacterium
excretam carboidratos de baixa massa molecular os quais tem sido caracterizados
como β-12-glucanas (York et al 1980) Estas glucanas se acumulam
preferencialmente no espaccedilo periplaacutesmico da ceacutelula (Abe et al 1982) mas satildeo
tambeacutem excretadas para o meio juntamente com EPS aacutecidos Aparentemente estes
carboidratos natildeo apresentam uma funccedilatildeo especiacutefica uma vez que experimentos
realizados natildeo sugerem a sua utilizaccedilatildeo como fonte de carbono ou de energia pelas
ceacutelulas apoacutes a exaustatildeo da fonte de carbono exoacutegena Entretanto acredita-se que β-
12-glucanas sejam importantes durante processo de infestaccedilatildeo de raiacutezes de plantas
Ceacutelulas mutantes de S meliloti natildeo sintetizadoras de β-12-glucanas induziram somente
a formaccedilatildeo de pseudonoacutedulos em alfafa (Breedveld et al1990)
As β-12-glucanas ciacuteclicas satildeo moleacuteculas com grande potencial de utilizaccedilatildeo
dado o espaccedilo interno relativamente hidrofoacutebico podendo ser apropriadas como
agentes de inclusatildeo comparaacuteveis agraves ciclodextrinas constituiacutedas de 6 a 8 resiacuteduos de
glucose unidos por ligaccedilotildees α-14 Os espaccedilos internos de ambas as moleacuteculas satildeo
praticamente semelhantes Contudo a solubilidade da β-12-glucana ciacuteclica eacute maior em
relaccedilatildeo agrave ciclodextrinas (Breedveld et al 1990)
Glicogecircnio e PHB estatildeo presentes nas ceacutelulas de Rhizobium sendo que
algumas vezes ocorre separadamente em diferentes linhagens mas na sua maioria
ambos os compostos aparecem juntos em ceacutelulas de uma mesma linhagem
Vaacuterios biopoliacutemeros tem sido produzidos e utilizados comercialmente entre eles
Dextrana (produzida por bacteacuterias dos gecircneros Leuconostoc e Streptococcus) Xantana
(produzida por bacteacuterias do gecircnero Xanthomonas) Curdulana (produzida pelas
bacteacuterias Alcaligenes faecalis bv mixogenes e Agrobacterium radiobacter) Alginato
bacteriano (produzido por bacteacuterias dos gecircneros Azotobacter principalmente
Azotobacter vinelandii e Pseudomonas) Zanflo (produzido pela bacteacuteria Erwinia
tahitica) Gelana (produzida pela bacteacuteria Sphingomonas paucimobilis anteriormente
classificada como Pseudomonas elodea) Welana (produzida por espeacutecies de
Alcaligenes) Escleroglucana (produzida por diferentes espeacutecies de Sclerotium)
Pululana (produzida pelo fungo Aureobasidium pullulans) Celulose bacteriana
(produzida pela bacteacuteria Acetobacter xilinum) (Sutherland 1992 Martins amp Saacute-Correia
1993 Giavasis el al 2000 Maugeri 2001 Giavasis et al 2003 Kalogiannis et al
2003 Campbell et al 2003)
Outros biopoliacutemeros que estatildeo em estudo natildeo sendo produzidos em escala
industrial podem ser citados tais como indicana (produzida por Beijerinckia indica)
emulsana (produzida por Acinetobacter calcoaceticus) pululana (produzida pela
levedura Rhodotorula bacarum) ciclossoforanas (produzidas por Rhizobium
Agrobacterium e algumas espeacutecies de Xanthomonas) clairana (produzida por
Beijerinckia sp) diutana (produzida pelo gecircnero Sphingomonas) (Maugeri 2001
Navarrete amp Shah 2001 Chi amp Zhao 2003 Moreira et al 2003) Ateacute o momento
dextrana e xantana satildeo praticamente os uacutenicos polissacariacutedeos microbianos
comercializados em larga escala A goma gelana eacute o terceiro polissacariacutedeo produzido
comercialmente por biossiacutentese microbiano utilizado na induacutestria de alimentos
(Maugeri 2001)
15 Reologia
A etmologia da palavra rheologia tem raiz e busca significado nos vocaacutebulos
gregos rheo = deformaccedilatildeo e logia = ciecircncia ou estudo Portanto reologia eacute a ciecircncia
que estuda como a mateacuteria se deforma ou escoa quando submetida a esforccedilos
originados por forccedilas externas Schlumberger (1982) Estuda o comportamento
deformacional e do fluxo de mateacuteria submetido a tensotildees sob determinadas condiccedilotildees
termodinacircmicas ao longo de um intervalo de tempo Inclui propriedades como
elasticidade viscosidade e plasticidade No caso mais simples a propriedade reoloacutegica
de interesse no caso de soacutelidos eacute a sua elasticidade e nos fluidos eacute a viscosidade que
pode ser interpretada como a resistecircncia interna ou fricccedilatildeo interna do fluido oferece
para escoar ou tambeacutem como a medida da fricccedilatildeo interna de um fluiacutedo Quanto mais
viscosa o fluido mais difiacutecil de escoar e maior o seu coeficiente de viscosidade
(Pasquel1999)
As propriedades reoloacutegicas das soluccedilotildees de poliacutemeros mudam com a natureza
do soluto dependem da massa molecular meacutedia da estrutura molecular dos grupos
acetil ou piruvato (Casas et al 2000 Moradi-Araghi 2000 Diltz amp Zeller 2001
Navarrete et al 2001)
Viscoelasticidade eacute uma das propriedades reoloacutegicas mais simples de
substacircncias de comportamento reoloacutegico complexo como satildeo os biopoliacutemeros uma
vez que soluccedilotildees de biopoliacutemeros com interesse de aplicaccedilatildeo comercial exibem
propriedades viscoelaacutesticas isto eacute a capacidade de formar geacuteis verdadeiros em baixas
concentraccedilotildees e portanto com caracteriacutesticas intermediaacuterias entre soacutelidos e fluiacutedos
(Szczesniak 1993)
Entretanto uma das importantes indicaccedilotildees de que um biopoliacutemero tem
propriedades funcionais com viabilidade de aplicaccedilatildeo comercial como agente
espessante estruturante ou gelificante eacute o resultado da medida da viscosidade
aparente de suas soluccedilotildees aquosas (Szczesniak 1993)
A viscosidade de uma soluccedilatildeo polimeacuterica eacute uma funccedilatildeo do tamanho e da forma e
conformaccedilatildeo que adotam suas moleacuteculas no solvente sendo que no caso de alimentos
e bebidas o solvente eacute uma soluccedilatildeo de outros solutos Assim sendo as soluccedilotildees das
gomas satildeo dispersotildees de moleacuteculas hidratadas eou agregados de moleacuteculas
hidratadas e seu comportamento reoloacutegico eacute determinado pelo tamanho forma
facilidade de deformaccedilatildeo ou flexibilidade e presenccedila e magnitude da carga eleacutetrica
nessas moleacuteculas hidratadas eou agregados As soluccedilotildees de polissacariacutedeos exibem
dois tipos gerais de comportamento reoloacutegico pseudoplaacutestico e tixotropia As soluccedilotildees
da maioria das gomas experimentam uma diminuiccedilatildeo da viscosidade com o aumento da
temperatura sendo que a goma xantana eacute uma exceccedilatildeo entre 0 e 100 ordm C (Pasquel
1999)
Na Viscoelasticidade os liacutequidos viscosos natildeo possuem forma geomeacutetrica
definida e escoam irreversivelmente quando submetidos a forccedilas externas Por outro
lado os soacutelidos elaacutesticos apresentam forma geomeacutetrica bem definida e se deformados
pela accedilatildeo de forccedilas externas assumem outra forma geomeacutetrica de equiliacutebrio Muitos
materiais apresentam um comportamento mecacircnico intermediaacuterio entre estes dois
extremos evidenciando tanto caracteriacutesticas viscosas como elaacutesticas e por este
motivo satildeo conhecidos como viscoelaacutesticos
Quanto agrave deformaccedilatildeo os fluidos podem ser classificados em
Reversiacuteveis ou elaacutesticos satildeo sistemas que natildeo escoam sua deformaccedilatildeo eacute
reversiacutevel e o sistema obedece agrave Lei de Hooke
Irreversiacuteveis ou viscosos satildeo sistemas que escoam sua deformaccedilatildeo eacute
irreversiacutevel e o sistema obedece agrave Lei de Newton de viscosidade constante
Tambeacutem podem ser classificados quanto agrave relaccedilatildeo entre a taxa de deformaccedilatildeo e a
tensatildeo de cisalhamento
Fluidos Newtonianos sua viscosidade eacute constante seguem a Lei de
Newton Esta classe abrange todos os gases e liacutequidos natildeo polimeacutericos e
homogecircneos A relaccedilatildeo entre a taxa de deformaccedilatildeo e a tensatildeo de cisalhamento
eacute linear e o coeficiente angular da reta eacute a viscosidade (Severs 1962)
Ex aacutegua leite soluccedilotildees de sacarose oacuteleos vegetais
Fluidos Natildeo Newtonianos a relaccedilatildeo entre a taxa de deformaccedilatildeo e a tensatildeo de
cisalhamento natildeo eacute constante A relaccedilatildeo eacute natildeo linear e o coeficiente angular
(viscosidade) varia com a taxa de deformaccedilatildeo (Severs 1962)
Aleacutem disso os fluidos natildeo newtonianos ainda podem ser classificados em
viscoelaacutesticos dependentes e independentes do tempo (Figura 1)
A Figura 2 mostra o comportamento reoloacutegicos do fluido newtoniano e dos fluidos
natildeo newtonianos independentes do tempo
O comportamento reoloacutegico dos fluidos pode ser caracterizado atraveacutes da
relaccedilatildeo entre a tensatildeo de cisalhamento (forccedilaaacuterea cisalhada) e a taxa de deformaccedilatildeo
Normalmente os poliacutemeros em soluccedilatildeo diluiacuteda demonstram um comportamento de
liacutequido newtoniano Em soluccedilatildeo concentrada ou no estado fundido os poliacutemeros
apresentam um comportamento reoloacutegico distinto que lhes confere a denominaccedilatildeo de
fluidos natildeo-newtonianos (Tager 1978)
Dependentes do tempo
Independentes do tempo
Tixotroacutepicos
Sem tensatildeo de cisalhamento
inicial
Natildeo Newtoniano
Com tensatildeo de cisalhamento
inicial
Dilatantes
Herschel-Bulkley
Fluidos
Newtoniano
Viscoelaacutesticos
Reopeacuteticosticos
Pseudoplaacutesticos
Plaacutesticos de Bingham
Figura 1 Classificaccedilatildeo dos Fluidos segundo seu comportamento reoloacutegico
Figura 2 Curvas de escoamento de fluidos newtoniano e natildeo newtonianos de propriedades independentes do tempo de cisalhamento
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Os fluidos natildeo-newtonianos cujas propriedades reoloacutegicas satildeo independentes do
tempo temos diversos tipos de comportamento de materiais que satildeo denominados
viscoplaacutesticos ou de Bingham dilatante e pseudoplaacutesticos
Os materiais viscoplaacutesticos ou de Bingham necessitam de uma tensatildeo inicial
para comeccedilarem a deformaccedilatildeo cisalhamento mantendo entatildeo a relaccedilatildeo entre tensatildeo
e taxa de deformaccedilatildeo que pode ser constante ou natildeo Em soluccedilotildees de poliacutemeros de
alto peso molecular muitas vezes uma tensatildeo de cisalhamento miacutenima se faz
necessaacuteria a fim de vencer as interaccedilotildees intermoleculares existentes Soacute apoacutes o
colapso destas ligaccedilotildees ocorre o escoamento do fluido Como exemplos destes fluidos
podem ser citados a margarina polpa de papel e a maioria das tintas (Bretas 1987)
Os materiais com comportamento dilatante ou pseudoplaacutestico natildeo necessitam de
uma tensatildeo miacutenima para escoarem mas a viscosidade destes fluidos varia de forma
natildeo linear com a taxa de deformaccedilatildeo (Cheremisinoff 1993)
Os materiais pseudoplaacutesticos incluem a maioria dos fluidos natildeo-newtonianos
como por exemplo soluccedilotildees polimeacutericas acetato de celulose maionese suspensotildees
de polpa de papel e pigmentos (Cheremisinoff 1993) A maioria dos poliacutemeros
sinteacuteticos no seu estado fundido e das soluccedilotildees aquosas de polissacariacutedeos satildeo
exemplos de materiais pseudoplaacutesticos (Lopes 1989)
O termo dilatacircncia eacute empregado normalmente para descrever tanto uma
expansatildeo de volume sob cisalhamento como para caracterizar o aumento de
viscosidade de certos fluidos com o aumento da velocidade de cisalhamento Neste
uacuteltimo aspecto a dilatacircncia eacute observada como fenocircmeno inverso agrave pseudoplasticidade
(Bauer amp Collins 1967) O comportamento dilatante pode ser observado em
suspensotildees muito concentradas em que as partiacuteculas constituintes satildeo irregulares e
natildeo se orientam facilmente ou em poliacutemeros fundidos onde haacute formaccedilatildeo de cristais
durante o processo de escoamento (Lopes e Andrade 1991) Como exemplos de
dilatantes podemos citar as suspensotildees aquosas de dioacutexido de titacircnio suspensotildees de
amido de milho em etilenoglicolaacutegua goma araacutebica areia de praia molhada entre
outros (Lopes e Andrade 1991 Cheremisinoff 1993)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Os fluidos natildeo-newtonianos cujas propriedades reoloacutegicas satildeo dependentes do
tempo temos diversos tipos de comportamento de materiais que satildeo denominados de
reopeacuteticos e tixotroacutepicos Materiais que se tornam mais viscosos durante a
transformaccedilatildeo em cisalhamento suave satildeo chamados reopeacuteticos exibem um aumento
da viscosidade com o aumento da velocidade de cisalhamento a uma velocidade de
cisalhamento constante (suspensatildeo de gesso solos) e os que se tornam menos
viscosos satildeo chamados tixotroacutepicos (tinturas vaacuterios lubrificntes) (Cheremisinoff 1993)
Os materiais tixotroacutepicos satildeo inevitavelmente pseudoplaacutesticos mas nem todo
pseudoplaacutestico eacute tixotroacutepico (Lenk 1978)
Uma outra categoria de fluidos natildeo-newtoniano eacute representada pelos fluidos
viscoeslaacutesticos Um material eacute descrito como viscoelaacutestico quando em suas
propriedades mecacircnicas parte da energia eacute armazenada e outra parte eacute dissipada
como calor Na verdade todos os corpos reais satildeo viscoelaacutesticos (Graessley 1984)
Um fluido viscoelaacutestico em equiliacutebrio quando submetido agrave uma tensatildeo cisalhante
responde de dois modos sobrepostos Primeiro o material exibe uma resposta elaacutestica
que corresponde ao deslocamento das moleacuteculas de sua posiccedilatildeo inicial para uma nova
posiccedilatildeo de equiliacutebrio Isto ocorre logo apoacutes a aplicaccedilatildeo da tensatildeo e eacute chamado de
tempo de relaxamento O segundo modo de resposta agrave tensatildeo eacute o escoamento viscoso
iniciando-se tambeacutem logo que esta eacute aplicada O escoamento viscoso eacute por
conseguinte irreversiacutevel espontaneamente podendo continuar mesmo apoacutes o aliacutevio da
tensatildeo (Tager 1978) Como exemplos desta classe de fluiacutedos poliacutemeros como o
naacuteilon vaacuterias soluccedilotildees polimeacutericas e geleacuteias (Cheremisinoff 1993)
O estudo reoloacutegico de sistemas polimeacutericos tem auxiliado tanto na compreensatildeo
da estrutura molecular de muitos tipos de poliacutemeros quanto na forma como esta
conformaccedilatildeo estrutural afeta o comportamento reoloacutegico quer em condiccedilotildees
permanentes quer em deformaccedilatildeo intermitente A viscosidade e a elasticidade satildeo as
duas faces que tendem a caracterizar a maneira como um material reage a uma tensatildeo
imposta (Machado 2002)
A estrutura quiacutemica de cada biopoliacutemero bem como os grupos substituintes que
ele possui determinam suas caracteriacutesticas reoloacutegicas e portanto suas potenciais
aplicaccedilotildees (Pace 1991)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Os polissacariacutedeos microbianos variam consideravelmente em suas
propriedades fiacutesicas incluindo as caracteriacutesticas reoloacutegicas influenciando
marcadamente o processo fermentativo (Sutherland 1990)
2 JUSTIFICATIVA
A relevacircncia deste trabalho consiste na necessidade do desenvolvimento de
tecnologias de baixo custo capazes de melhorar os niacuteveis de produtividade do feijoeiro
podendo ser favorecido pelo estudo do comportamento da produccedilatildeo de polissacariacutedeos
por Rhizobium sp onde os resultados permitiratildeo avaliar a produccedilatildeo do biopoliacutemero
sintetizado como uma alternativa viaacutevel e promissora principalmente pelo uso de
bioproduto para formulaccedilatildeo de inoculante visando incrementar a contribuiccedilatildeo no
processo da Fixaccedilatildeo Bioloacutegica de Nitrogecircnio podendo gerar no futuro insumos
bioloacutegicos capazes de promover saltos qualitativos para a agricultura
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
3 OBJETIVOS 31 Geral Obter isolados de rizoacutebios para maior eficiecircncia no desenvolvimento da planta visando
selecionar microrganismos para produccedilatildeo de polissacariacutedeos extracelulares e que
possuam capacidade para produzir biopoliacutemero
32 Especiacuteficos
Estudo cineacutetico do cultivo de rizoacutebios para determinar as condiccedilotildees culturais que
assegurem uma produccedilatildeo eficiente de polissacariacutedeos
Determinar quais os melhores isolados produtores de polissacariacutedeo em meio
liacutequido (gL-1)
Estudar paracircmetros na produccedilatildeo de exopolissacariacutedeo formado pelas estirpes de
rizoacutebio tais como volume de inoacuteculo e o comportamento viscosimeacutetrico da
dispersatildeo do polissacariacutedeo
Avaliar a influecircncia do tempo na produccedilatildeo do polissacariacutedeo pelo
acompanhamento de consumo de substrato e de formaccedilatildeo do produto
Determinar a composiccedilatildeo quimica e a dosagem de sacarose das melhores
estirpes produtoras de polissacariacutedeo
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
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Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
5 CAPIacuteTULO 1
BIOPOLIacuteMEROS SINTETIZADOS POR Rhizobium sp PRODUCcedilAtildeO E COMPORTAMENTO REOLOacuteGICO
Barreto M C S 12 Figueiredo M V B 2 Burity H A2 Lima-Filho J L 1
1Universidade Federal de Pernambuco Rua Nelson Chaves sn Cidade Universitaacuteria
Recife ndash PE Brasil
2Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria ndash IPA Laboratoacuterio Biologia do
Solo Av Gal San Martin 1371 Bongi Recife ndash PE Brasil
Autor de correspondecircncia Maria do Carmo Silva Barreto Empresa Pernambucana de Pesquisa
Agropecuaacuteria ndash IPA Laboratoacuterio Biologia do Solo Av Gal San Martin 1371 Bongi Recife ndash PE
Brasil E-mail mcsbarretogmailcom
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
RESUMO Os biopoliacutemeros polissacariacutedicos de origem microbiana sintetizados por bacteacuterias
fungos e leveduras satildeo tambeacutem conhecidos como goma devido a sua capacidade de
formar soluccedilotildees viscosas e geacuteis em meio aquoso A produccedilatildeo de exopolissacariacutedeos
(EPS) microbianos tem sido objeto de intensa pesquisa tendo em vista seu elevado
potencial de aplicaccedilatildeo em diferentes setores No entanto os polissacariacutedeos
sintetizados por bacteacuterias do grupo Rhizobium tem sido estudados na tentativa de
melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose leguminosa X Rhizobium uma vez
que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes da especificidade simbioacutetica
entretanto a precisa funccedilatildeo destas moleacuteculas ainda estaacute sendo investigada No
processo de produccedilatildeo e viscosidade de polissacariacutedeo a ser obtido deve-se considerar
desde o microrganismo em estudo ateacute a determinaccedilatildeo dos paracircmetros de agitaccedilatildeo
tempo de incubaccedilatildeo excesso ou ausecircncia de carboidratos e volume de inoculo onde
se destaca o meio de produccedilatildeo e sua influecircncia na siacutentese no rendimento e na
composiccedilatildeo dos EPS O objetivo deste trabalho foi avaliar a produccedilatildeo e viscosidade de
biopoliacutemeros obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp comparados com a estirpe padratildeo
Rhizobium tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo O biopoliacutemero foi obtido
atraveacutes de agitaccedilatildeo em incubador agitador As condiccedilotildees foram 28 degC 200 rpm por 96
e 168 horas em meio YM modificado Foram avaliados a produccedilatildeo pela massa seca
da soluccedilatildeo aquosa dos biopoliacutemeros a 25 (vv) atraveacutes da teacutecnica da massa seca e
apoacutes a secagem do produto foi realizada em dissecador agrave temperatura de 30 degC ateacute
massa constante Para medidas de viscosidade as amostras foram determinadas em
viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT Spindle 1) a 20 degC a diferentes taxas
de cisalhamento Os resultados mostraram que os isolados no tempo de fermentaccedilatildeo
de 168 horas apresentou maior produccedilatildeo de EPS Com o aumento do tempo tambeacutem
houve um aumento da viscosidade para todos os isolados
Palavras Chave Exopolissacariacutedeos (EPS) reologia rizoacutebio
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ABSTRACT
The biopolymers are polysaccharide from microbial origin synthesized by bacteria fungi
and yeast They are also known as gums due to their capacity to produce viscous
solutions and gel in an acquoso medium The production of microbial Exopolysaccharide
(EPS) has been an object of intensive research due to its high application and potential
in different fields However the polysaccharide synthesized by bacteria from
Rhizobium have been studied to help understand their participation in the leguminous
symbiosis X Rhizobium since these biopolymers seem to determine the symbiotic
specificity however the precise function of those molecules are still to be seen to
During the process of production and viscosity of polysaccharide it should be
considered from the microorganism being studied to the determination of rotatory
parameters time of incubation excess or lack of carbohydrates and inocule volume in
which the production medium and its influence on the synthesis is highlighted in the
yield and composition of exopolysaccharides The aim of this research is to evaluate the
production and viscosity of biopolymers obtained form 8 isolated Rhizobium sp
compared to standard strain Rhizobium tropici (CIAT 899) in different culture timing The
biopolymer was obtained through rotation in shakers The conditions were 28degC
200rpm per 96 and 168 hours in modified YM medium The following items were
evaluated the production via dry weight of acquoso solution of biopolymers at 25
(vv) through the technique of dry weight and after drying the product which was done in
a dessicator at 30degC with constant weight For measuring viscosity the samples were
identified by using a rotational Brookfield (model RVT Spindle 1) viscometer at 20degC
and shear rate The results showed that the isolated ones had a bigger production within
168 hours of fermentation time Besides by increasing the time there was also an
increase of viscosity for all the isolated ones
Keywords Exopolysaccharide(EPS) rheology rhizobia
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
51 Introduccedilatildeo
Os biopoliacutemeros polissacariacutedicos de origem microbiana sintetizados por bacteacuterias
fungos e leveduras satildeo tambeacutem conhecidos como goma devido a sua capacidade de
formar soluccedilotildees viscosas e geacuteis em meio aquoso Esses polissacariacutedeos de cadeia
complexa tambeacutem satildeo conhecidos como gomas devido a sua capacidade de formar
soluccedilotildees viscosas e geacuteis em meio aquoso
Um grande nuacutemero de bacteacuterias conhecidas produz quantidades abundantes de
exopolissacariacutedeos (EPS) particularmente as patogecircnicas de plantas como as
Xanthomonas Erwinia e as bacteacuterias fixadoras de nitrogecircnio Rhizobium Beijerinkia e
Azotobacter (Vermani et al 1995) Destas os exopolissacariacutedeos de Xanthomonas
campestris (xantana) Sphingomonas paucimobilis e Pseudomonas elodea (gelana)
Acetobacter xylinum (celulose) e Rhizobium sp (succinoglucana) estatildeo sendo
comercializados (Sutherland 2001)
Os polissacariacutedeos extracelulares sintetizados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium
tecircm sido estudados na tentativa de melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose
leguminosa x Rhizobium uma vez que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes
da especificidade simbioacutetica entretanto a precisa funccedilatildeo destas moleacuteculas ainda estaacute
sendo investigada
Segundo Costerton (1987) os EPS possibilitam vida livre agrave bacteacuteria permitindo a
aderecircncia e colonizaccedilatildeo agrave superfiacutecies soacutelidas onde os nutrientes se acumulam Eles
envolvem as membranas das ceacutelulas protegendo-as do dessecamento e outros
estresses ambientais aleacutem de poder ajudar na fixaccedilatildeo de minerais e nutrientes proacuteximo
a bacteacuteria (Sutherland 1988 Whitfield 1988) Ainda segundo Costerton (1987) os
EPS podem ser homopoliacutemeros ou heteropoliacutemeros e possuem uma variedade de
substituintes natildeo carboidratados Entre os homopoliacutemeros encontrados em bacteacuterias
que interagem com plantas as mais comuns satildeo as glucanas periplasmaacuteticas β (1-2)
que estatildeo presentes em Rhizobiaceae (Otoboni 2001)
Os polissacariacutedeos bacterianos hidrossoluacuteveis vecircm sendo utilizados pelas induacutestrias
como emulsificantes estabilizantes espessantes agentes de suspensatildeo e dependendo
de sua natureza quiacutemica as gomas microbianas podem tambeacutem ser empregadas como
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
promotoras de gelificaccedilatildeo No entanto os polissacariacutedeos sintetizados por bacteacuterias do
gecircnero Rhizobium tais como succinoglicanas e galactoglucanas (Zevenhuizen 1997
Younes et al 2000) tecircm sido estudados na tentativa de melhor compreender sua
participaccedilatildeo na simbiose
A produccedilatildeo de EPS microbianos tem sido objeto de intensa pesquisa tendo em
vista seu elevado potencial de aplicaccedilatildeo em diferentes setores pois natildeo se encontra
exposta agraves alteraccedilotildees climaacuteticas ou agrave problemas nas colheitas que prejudicam a oferta
e alteram o custo de produccedilatildeo das gomas tradicionais No processo de produccedilatildeo de
polissacariacutedeos deve-se considerar desde o microrganismo em estudo ateacute a
determinaccedilatildeo dos paracircmetros de agitaccedilatildeo tempo de incubaccedilatildeo excesso ou ausecircncia
de carboidratos e volume de inoacuteculo onde se destaca o meio de produccedilatildeo e sua
influecircncia na siacutentese no rendimento e na composiccedilatildeo dos EPS (Faria 2002)
Na literatura estatildeo descritos vaacuterios meios de produccedilatildeo entretanto a composiccedilatildeo
qualitativa eacute a mesma e cada suplemento apresenta uma determinada funccedilatildeo na
produccedilatildeo de polissacariacutedeo Basicamente os meios para produccedilatildeo de polissacariacutedeos
apresentam uma fonte de foacutesforo e potaacutessio (fosfato de potaacutessio) e nitrogecircnio (sulfato
de amocircnio) em concentraccedilotildees adequadas para o crescimento do microrganismo uma
fonte de carbono (glicose sacarose manose frutose e outras) como reserva energeacutetica
e ainda oligoelementos como Na1+ K1+ Ca2+ Mg2+ Fe2+ e outros os quais tecircm um
papel importante como cofatores enzimaacuteticos nas vias de produccedilatildeo do polissacariacutedeo
(Martins et al 1990 Wong 1993 Madi et al 1997)
Soluccedilotildees de biopoliacutemeros bacterianos com propriedades reoloacutegicas interessantes
do ponto de vista industrial geralmente exibem propriedades pseudoplaacutesticas
viscoelaacutesticas e tensatildeo residual elevada (Sutherland 2001) poreacutem a viscosidade
aparente do caldo de fermentaccedilatildeo era o paracircmetro utilizado para avaliar a qualidade do
biopoliacutemero (Scamparini 1991 Bueno amp Garcia-Cruz 2000) Dos paracircmetros que
interferem na viscosidade dos poliacutemeros pode-se citar o tipo de estrutura molecular e
concentraccedilatildeo de poliacutemero A viscosidade da soluccedilatildeo aquosa de um polissacariacutedeo estaacute
diretamente relacionada com a rigidez de sua moleacutecula que por sua vez depende da
sua estrutura principalmente da estrutura primaacuteria e secundaacuteria a qual estaacute
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
diretamente relacionada agrave bacteacuteria utilizada e agraves condiccedilotildees operacionais do processo
de produccedilatildeo (Bradshaw et al 1983)
A seleccedilatildeo de microrganismos que produzam polissacariacutedeos com propriedades
funcionais economicamente interessantes bem como os estudos para otimizar o
rendimento e a produtividade dos processos fermentativos na obtenccedilatildeo destes eacute um
desafio constante (Boza 2002) A seleccedilatildeo da linhagem deveria ser o primeiro passo
quando se tenta um processo especiacutefico de produccedilatildeo
Dentro deste contexto este trabalho teve como objetivo geral avaliar a produccedilatildeo e
viscosidade de EPS obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp comparados com a estirpe
padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo
52 Material e Meacutetodos
Microrganismos
Foram utilizadas as bacteacuterias pertencentes ao gecircnero Rhizobium 8 isolados (nativos
da regiatildeo do sertatildeo de Pernambuco ndash Araripina) do banco de germoplasma da
Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria - IPA resistentes a alta
temperatura e formadoras de goma e uma estirpes padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899)
obtidas do Centro Nacional de Pesquisa em Agrobiologia - CNPAB EMBRAPA
As estirpes descritas na Tabela 1 foram mantidas em meio YMA (Vincent 1970 -
modificado) contendo (gL-1) sacarose (30 g) extrato de levedura (04 g) 1 mL de
K2HPO4 a 10 4 mL de KH2PO4 a 10 2 mL de MgSO47H2O a 10 1 mL de NaCl
a 10 5 mL de Azul de Bromotimol 025 em KOH a 02N ou 10 mL de Vermelho
Congo a 025
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Inoacuteculo
As estirpes descritas na Tabela 1 foram purificadas por repicagem em placas de
petri contendo o meio YMA (Vincent 1970 - modificado) utilizando o corante vermelho
do congo como indicador Apoacutes a purificaccedilatildeo as bacteacuterias foram repicadas em tubos
inclinados em meio de cultura sem o indicador vermelho de congo as quais foram
incubados a 28 degC por 48 horas em estufa e armazenadas a plusmn4 degC
A partir dessas culturas os experimentos foram conduzidos em duas etapas
Primeiro preparou-se um preacute-inoacuteculo partindo de uma alccedilada de cultura crescida sobre
meio YMA e incubada em estufa por 48 h a 28 plusmn 1 degC Transcorrido este periacuteodo
Isolados
Estirpe
Tamanho
das colocircnias
Tempo
Crescimento (dias)
pH
Transparecircncia
Hospedeiro
Origem
ISOL-1
gt 1 mm
2
Alcalino
Transluacutecido
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-2
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-3
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-4
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-6
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-11
gt 1 mm
2
Aacutecido
Transluacutecido
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-14
lt 1 mm
2
Levemente
Aacutecido
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-16
gt 1 mm
2
Levemente
Aacutecido
Opaco
Phaseolus vulgaris
CIAT 899
gt 1 mm
2
Aacutecido
Transluacutecido
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
Cali-CO
Tabela 1 Caracteriacutesticas morfofisioloacutegicas dos Isolados de rizoacutebios e da estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
preparou-se o inoacuteculo atraveacutes da transferecircncia asseacuteptica em Erlenmeyer de 250 mL
com 80 mL de meio de produccedilatildeo contendo 25 (vv) de uma cultura do preacute-inoacuteculo
crescida ateacute a fase logariacutetma e incubados em agitador rotatoacuterio a 200 rpm a 28 plusmn 1 degC
em triplicata
Produccedilatildeo e recuperaccedilatildeo de biopoliacutemero
A produccedilatildeo total dos biopoliacutemeros [g(Lh)-1] obtidos nos diferentes tempos de
cultivo foram avaliados pela massa do produto seco por volume de meio YM
modificado em Incubadora refrigerada com agitaccedilatildeo Modelo TE-421 TECNAL A
quantidade produzida de EPS durante a fermentaccedilatildeo foi determinada atraveacutes da
teacutecnica da massa seca Apoacutes centrifugaccedilatildeo aacutelcool etiacutelico PA foi adicionado ao mosto
fermentado ateacute atingir a concentraccedilatildeo de 80 na soluccedilatildeo hidroalcooacutelica formada
Apoacutes a total precipitaccedilatildeo do EPS presente no meio fermentado foi realizado a secagem
do produto em dissecador agrave temperatura 30 degC ateacute massa constante Todas as
determinaccedilotildees foram efetuadas em triplicata
Viscosidade
A caracterizccedilatildeo reoloacutegica do biopoliacutemero produzido foi determinada em um
viscosiacutemetro rotacional Brookfield modelo RVT com spindle 1 a 20 degC acoplados a
um banho-maria termostatizado modelo TE-184 TECNAL Foram determinadas as
viscosidades aparentes e a avaliaccedilatildeo do comportamento pseudoplaacutestico As equaccedilotildees
e procedimentos especiacuteficos aplicados para os caacutelculos das taxas de cisalhamento em
funccedilatildeo da rotaccedilatildeo aplicada no material foram obtidos atraveacutes dos meacutetodos verificados
por Mitschka (1982) citado por Morais (1999) para reocircmetros deste modelo (RV)
O modelo reoloacutegico adotado foi de Ostwald-de Waele (power-law)
n
kibull
= γτ )(
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Pelo meacutetodo utilizado a tensatildeo de cisalhamento eacute calculada pela multiplicaccedilatildeo da
leituras de torque pela constante tabelada kat (funccedilatildeo do rotor) e a taxa de cisalhamento
pela constante kγ (funccedilatildeo do rotor e iacutendice da potecircncia) (Morais 1999)
)()( iLKi at=τ
)()()( iWnKi γγ =
Os valores das constantes das constantes de Mitschka se encontram na tabela 2
seguinte
Tabela 2 Valores das constantes kat e kγ (Mitshka 1982)
Rotor 1 2 3 4 5 6 7
kat 0035 0119 0279 0539 105 235 84
n=01 1728 1431 1457 1492 1544 1366 1936
02 0967 0875 0882 0892 0907 0851 1007
03 0705 0656 0656 0658 0663 0629 0681
kγ 04 0576 0535 0530 0529 0528 0503 0515
05 0499 0458 0449 0445 0442 0421 0413
06 0449 0404 0392 0387 0382 0363 0346
07 0414 0365 0350 0343 0338 0320 0297
08 0387 0334 0317 0310 0304 0286 0261
09 0367 0310 0291 0283 0276 0260 0232
10 0351 0291 0270 0262 0254 0238 0209
Anaacutelise Estatiacutestica Para as anaacutelises individuais do experimento foi utilizado um delineamento
inteiramente casualizado com nove (n = 9) bacteacuterias e trecircs repeticcedilotildees (r =3) O modelo
matemaacutetico utilizado foi o aditivo linear
Yij = micro + bi + lij onde
Yij eacute a variaacutevel resposta (produccedilatildeo de biopoliacutemero) da i-eacutesima bacteacuteria na j-eacutesima
repeticcedilatildeo
micro eacute a meacutedia geral do experimento
bi eacute o efeito da i-eacutesima bacteacuteria
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
lij eacute o componente aleatoacuterio (erro experimental ou resiacuteduo) para a i-eacutesima bacteacuteria e j-
eacutesima repeticcedilatildeo Considerando eij independente e normalmente distribuiacutedo com meacutedia
zero e variacircncia σe2
O esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia utilizado para os experimentos de 96
e 168 horas pode ser visto na Tabela abaixo
Para a anaacutelise de Grupo de experimentos foi utilizado o modelo matemaacutetico Yijk = micro + bi + ti + (bt)ik + lijk onde
Yijk eacute a variaacutevel resposta (produccedilatildeo de biopoliacutemero) da i-eacutesima bacteacuteria no k-eacutesimo
tempo da j-eacutesima repeticcedilatildeo
micro eacute a meacutedia geral dos experimentos
bi eacute o efeito da i-eacutesima bacteacuteria
tk eacute o efeito do k-eacutesimo tempo
(bt)ik eacute o efeito da interaccedilatildeo hierarquica da i-eacutesima bacteacuteria com o k-eacutesimo tempo
lijk eacute o componente aleatoacuterio (erro experimental ou resiacuteduo) para a i-eacutesima bacteacuteria do
k-eacutesimo tempo na j-eacutesima repeticcedilatildeo Considerando lijk independente e normalmente
distribuiacutedo com meacutedia zero e variacircncia σe2
Fonte de variaccedilatildeo
GL
SQ
QM
F
Bacteacuterias
Resiacuteduos
1minusn
( )1minusrn
Total
1minusnr
sum=
minus
n
iCbir 1
21
Diferenccedila
CYij
r
j
n
iminussumsum
==
2
11
1Q
2Q
21
Tabela 3 ndash Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para experimentos em 96 e 168 horas
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
O esquema teoacuterico da decomposiccedilatildeo da variacircncia utilizado pode ser visto na Tabela 3
1minusnrt
53 Resultados e Discussatildeo
Produccedilatildeo de biopoliacutemero
As Tabelas 5 e 6 apresentam os resultados da anaacutelise de variacircncia e dos dados
meacutedios das anaacutelises individuais e do grupo de experimento da produccedilatildeo de biopoliacutemero
(gL-1) para os tempos de cultivo (96 e 168 horas) respectivamente
A Tabela 6 apresenta a produccedilatildeo meacutedia (gL-1) das fermentaccedilotildees realizadas em
triplicata para a produccedilatildeo do biopoliacutemero durante 96 e 168 horas de cultivo dos 8
isolados e da estirpe padratildeo CIAT 899 e a meacutedia do grupo de experimento das
mesmas Nesta observa-se que a produccedilatildeo maacutexima no periacuteodo de 168 horas de
processo ocorreu para todas as estirpes poreacutem a bacteacuteria CIAT 899 (padratildeo)
apresentou a maior produccedilatildeo em relaccedilatildeo aos demais tratamentos ( ISOL 14 ISOL 16 e
ISOL 3 ) pelo teste de Tukey a niacutevel de 1 de probabilidade Isto sugere que com o
aumento do tempo (168 horas) ocorre um aumento da produccedilatildeo o que mostra que a
Fonte de variaccedilatildeo
GL
SQ
QM
F
Bacteacuterias (B)
1minusn
_
1Q
41 QQ
Tempo (T) 1minust _ 2Q 42 QQ
Interaccedilatildeo (BxT) ( )( )11 minusminus tn _ 3Q
43
Resiacuteduo ( )1minusrnt _ 4Q
Tabela 4 ndash Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para grupo de experimentos
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
condiccedilatildeo de 30 g de sacarose 200 rpm 168 horas e 28 degC eacute a condiccedilatildeo maximizada
para a produccedilatildeo do biopoliacutemero realizada neste estudo No entanto em relaccedilatildeo a
meacutedia das produccedilotildees de 96 e 168 horas a estirpe CIAT 899 natildeo apresentou diferenccedila
significativa pelo teste de Tukey (plt001) em relaccedilatildeo ao ISOL 14 A menor produccedilatildeo
de biopoliacutemero ocorreu com o ISOL 1
FV GL
Quadrado Meacutedio 96 horas
168 horas
Bacteacuteria
Resiacuteduo
8
18
04366
00099
08720
00213
Significacircncia ao niacutevel (plt001) para o teste de F CV () 1525 (96 horas) CV() 1420 (168 horas)
Bacteacuterias
Produccedilatildeo
(gL-1) 96 horas
Produccedilatildeo
(gL-1) 168 horas
Meacutedia Produccedilatildeo
(gL-1) 96 e 168 horas
CIAT 899 12520 a 18542 a 15531 a
ISOL 14 10575 ab 16608 ab 13592 a
ISOL 16 08237 bc 13225 bc 10731 ab
ISOL 3 08825 bc 11746 cd 10285 ab
ISOL 11 06241 cd 08463 d 07352 bc
ISOL 4 04958 de 09429 cd 07194 bc
ISOL 6 04029 def 08479 d 06254 bc
ISOL 2 02162 ef 03217 e 02690 c
ISOL 1 01229 f 02779 e 02004 c
Tabela 6 Dados meacutedios das anaacutelises individuais e do grupo de experimento da produccedilatildeo de biopoliacutemeros por Rhizobium sp
Tabela 5 Resultados da anaacutelise de variacircncia da produccedilatildeo de biopoliacutemeros sintetizados por Rhizobium cultivados por 96 e 168 horas de cultivo
As meacutedias (3 repeticcedilotildees) seguidas de mesma letra natildeo diferem estatisticamente entre si pelo teste de Tukey (plt001) CV () 1525 (96 horas) CV () 1420 (168 horas) CV () 1487 (96 e 168 horas)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Entretanto sabe-se que a produccedilatildeo eacute influenciada pela linhagem do
microrganismo tempo e meio de fermentaccedilatildeo (Antunes et al 2000 Souza amp
Vendruscolo 2000 Torres et al 1993) Neste estudo a fonte de carbono utilizada como
substrato foi agrave sacarose que eacute bastante utilizada em experimentos de fermentaccedilatildeo As
fermentaccedilotildees foram realizadas com o meio de produccedilatildeo elaborado a partir do meio YM
(Vincent 1970) suplementado com uma dosagem maior de sacarose (30 gL) no intuito
de incrementar a produccedilatildeo das linhagens testadas
As bacteacuterias do gecircnero Rhizobium satildeo capazes de utilizar uma ampla gama de
produtos como fontes de carbono A literatura cita cultivos com glicose galactose
frutose arabinose xilose ramnose maltose sacarose lactose trealose rafinose
manitol furamato malato succinato citrato e piruvato (Jordan 1984) De todos estes
produtos a sacarose eacute o de mais faacutecil obtenccedilatildeo e mais vantajoso economicamente
Segundo Sutherland (2002) a glicose e sacarose satildeo usadas como fontes de carbono
preferenciais para a produccedilatildeo de biopoliacutemeros O rendimento da conversatildeo de
sacarose em ceacutelulas pelo R leguminosarum bv phaseoli oscila entre 04 e 05 g de
ceacutelulas por grama de sacarose (Boiardi 1983 Balatti 1992 IPT 1993a)
Padilha (2003) tambeacutem verificou que os resultados de fermentaccedilatildeo obtidos em
duas linhagens de Xanthomonas demonstraram a influecircncia do tempo de incubaccedilatildeo na
produccedilatildeo do biopoliacutemero onde a linhagem X axonopodis pv manihotis 289 apresentou
maior concentraccedilatildeo em ambas as condiccedilotildees testadas 72 e 96 horas 69 gL-1 e 79
gL-1 respectivamente em relaccedilatildeo agrave linhagem de X campestris pv campestris CA110
que produziu 63 gL-1 e 68 gL-1 respectivamente
Apoacutes a fermentaccedilatildeo os biopoliacutemeros foram purificados (por
centrifugaccedilatildeo) recuperados e avaliados visualmente para verificar as diferenccedilas
quanto agrave coloraccedilatildeo e estrutura das duas estirpes maiores produtoras de goma (CIAT
899 e ISOL 14) apoacutes a precipitaccedilatildeo com etanol A Figura 3 apresenta o aspecto dos
EPS precipitados a partir da produccedilatildeo onde pode-se observar diferenccedilas quanto ao
aspecto da goma precipitada Observa-se que os poliacutemeros sintetizado pelo ISOL 14
apresenta um aspecto transluacutecido enquanto que o CIAT 899 um aspecto mais opaco e
denso Quanto agrave coloraccedilatildeo natildeo foi detectada pigmentaccedilatildeo nas gomas obtidas
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Segundo Sandford (1979) os meacutetodos usados para a recuperaccedilatildeo de um
biopoliacutemero dependem sobretudo das caracteriacutesticas do microrganismo utilizado do
tipo de polissacariacutedeo e do grau de pureza desejado
Smith amp Pace (1982) revisaram esquemas de recuperaccedilatildeo para polissacariacutedeos
microbianos A precipitaccedilatildeo (baseada no caraacuteter polieletriliacutetico do polissacariacutedeo) tem
sido realizada pela adiccedilatildeo de caacutetions (como eletroacutelito) mono e polivalentes bem como
pela utilizaccedilatildeo de diversos tipos de solventes (acetona metanol etanol isopropanol 1-
butanol ou 111-tricloroetano) como agentes precipitantes
Os soacutelidos obtidos neste estaacutegio de separaccedilatildeo satildeo lavados com soluccedilatildeo
(etanolaacutegua) para remoccedilatildeo de grande parte das impurezas (Sais inorgacircnicos e
pigmentos) sendo entatildeo secos agrave vaacutecuo ou pela passagem forccedilada de ar quente ou
gaacutes inerte (Pace amp Righelato 1981) As condiccedilotildees de secagem devem ser tais que
evitem a degradaccedilatildeo quiacutemica coloraccedilatildeo excessiva ou mudanccedilas na solubilidade do
produto (Margaritis amp Pace 1985) O biopoliacutemero seco eacute entatildeo moiacutedo a uma
granulometria preacute-determinada dependendo da aplicaccedilatildeo do produto
Figura 3 ndash Aspecto do EPS precipitado sintetizado a partir do ISOL 14 (a) e do CIAT 899 (b) com 168 horas de cultivo
(a) (b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Viscosidade aparente
As propriedades reoloacutegicas foram avaliadas atraveacutes da anaacutelise de viscosidade
aparente para verificar o comportamento reoloacutegico dos EPS produzidas a temperatura
de 20 degC comparando-se nos tempos de fermentaccedilatildeo de 96 e 168 horas
Os resultados obtidos podem ser visualizados nas figuras 4 e 5 onde as soluccedilotildees
das gomas apresentaram comportamento pseudoplaacutestico isto eacute a viscosidade
aparente decresceu com o aumento da taxa de cisalhamento De acordo com a
literatura esse comportamento tem sido encontrado em soluccedilotildees polimeacutericas de
polissacariacutedeos microbianos (Amanullah et al 1996 Cacik et al 2001 Padilha 2003)
0
005
01
015
02
025
03
035
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110Taxa Cisalhamento (s-1)
Visc
osid
ade
apar
ente
(Pa
s)
ISOL 1
ISOL 2
ISOL 3
ISOL 4
ISOL 6
ISOL 11
ISOL 14
ISOL 16
CIAT899
Figura 4 Variaccedilatildeo da viscosidade aparente em funccedilatildeo da taxa de cisalhamento de soluccedilotildees aquosas de EPS 25 (vv) de 8 isolados de Rhizobium e uma estirpe padratildeo CIAT 899 a 20 degC com tempo de fermentaccedilatildeo de 96 h determinada com viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
0
005
01
015
02
025
03
035
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
Taxa cisalhamento (s-1)
Visc
osid
ade
apar
ente
(Pa
s)ISOL 1
ISOL 2
ISOL 3
ISOL 4
ISOL 6
ISOL 11
ISOL 14
ISOL 16
CIAT 899
Atraveacutes dos graacuteficos comparativos entre as leituras de viscosidade aparente das
soluccedilotildees aquosas das diferentes gomas produzidas pode-se visualizar que o CIAT
899 ISOL 3 e ISOL 16 apresentaram os valores de viscosidade mais elevados em
ambos os tempos de processo poreacutem em 168 horas as viscosidades tiveram um
aumento comparando-se a 96 horas (Figura 4 e 5)
A diminuiccedilatildeo da viscosidade com o aumento da taxa de cisalhamento eacute uma
caracteriacutestica comum aos biopoliacutemeros bacterianos Beyer et al (1987) observaram que
em soluccedilotildees a 1 do polissacariacutedeo produzido por Rhizobium CB744 medidas a 25 degC
e 65 degC tambeacutem houve um decreacutescimo da viscosidade com taxa de cisalhamento e
temperatura Vendruscolo (1995) estudou o comportamento reoloacutegico das soluccedilotildees
aquosas a 6 do biopoliacutemero Beijerinckia 7070 produzido por fermentaccedilatildeo com meio
VIII contendo 5 de sacarose medido nas temperaturas de 25 45 e 65 deg C Verificou
que a viscosidade eacute dependente da temperatura e que decresce com o aumento desta
poreacutem o biopoliacutemero recupera as suas caracteriacutesticas reoloacutegicas quando a viscosidade
eacute medida novamente na temperatura inicial no caso 25 degC
Figura 5 Variaccedilatildeo da viscosidade aparente em funccedilatildeo da taxa de cisalhamento de soluccedilotildees aquosas de EPS 25 (vv) de 8 isolados de Rhizobium e uma estirpe padratildeo CIAT 899 a 20 degC com tempo de fermentaccedilatildeo de 168 h determinada com viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Em estudo realizado por Bueno amp Garcia-Cruz (2000) com a bacteacuteria do gecircnero
Pseudomonas foi verificada a influecircncia do tempo de cultivo em 24 48 e 72 horas
utilizando-se dois caldos de fermentaccedilatildeo diferentes Em um caldo a fonte de carbono
utilizada foi a glicose e no outro a sacarose na concentraccedilatildeo de 20 Os
biopoliacutemeros apresentaram comportamento pseudoplaacutestico e a maior viscosidade
aparente obtida foi em 72 horas de cultivo O meio contendo sacarose produziu fluidos
mais viscosos em 24 e 48 horas e o contendo de glicose produziu fluidos mais viscosos
somente apoacutes 72 horas de cultivo
As propriedades reoloacutegicas do biopoliacutemero devem ser estaacuteveis durante mudanccedilas
na temperatura pH e forccedila iocircnica O conhecimento sobre as propriedades dos
biopoliacutemeros principalmente a viscosidade e o comportamento reoloacutegico satildeo
importantes para futuras aplicaccedilotildees industriais refletem sua estrutura quiacutemica primaacuteria
e servem para predizer em quais produtos podem ser utilizados (Scamparini et al
1997)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
54 Conclusotildees
Eacute possiacutevel produzir biopoliacutemeros a partir de Rhizobium sp utilizando-se meio
suplementado (sacarose 30 gL)
A condiccedilatildeo maximizada para a produccedilatildeo de biopoliacutemeros sintetizados por
Rhizobium sp a partir do meio suplementado dentro das faixas estudadas foi 28
degC 200 rpm 168 horas de fermentaccedilatildeo em meio contendo 25 (vv) inoculo
A produccedilatildeo obtida nessa condiccedilatildeo foi 185 gL-1 para a estirpe CIAT 899 166
gL-1 para o ISOL 14 e 132 gL-1 para o ISOL 16
Os biopoliacutemeros sintetizados por Rhizobium sp apresentaram comportamento
reoloacutegico caracteriacutestico de soluccedilotildees polimeacutericas de polissacariacutedeos microbianos
apresentando os valores mais elevados de viscosidade aparente para CIAT 899
ISOL 3 e ISOL 16 respectivamente para soluccedilotildees aquosas de goma sintetizadas
a partir de sacarose 30 gL medidos a 20 degC em 168 horas de processo
Estudos viscosiacutemetricos de soluccedilotildees do polissacariacutedeo revelaram seu
comportamento pseudoplaacutestico mesmo em baixas concentraccedilotildees
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
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isolated from sunflower roots Applied and Environmental Microbiology August 66(8)
3393-3398
Zevenhuizen LPTM (1997) Succionoglycan and galactoglucan Carbohydrate Polymers
33 139-144
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
6 CAPIacuteTULO 2
CINEacuteTICA MICROBIANA E COMPOSICcedilAtildeO QUIacuteMICA DOS EPSs PRODUZIDOS POR Rhizobium sp
Barreto M C S 12 Figueiredo M V B 2Oliveira J P2 Lima-Filho J L 1
1Universidade Federal de Pernambuco Rua Nelson Chaves sn Cidade Universitaacuteria
Recife ndash PE Brasil
2Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria ndash IPA Laboratoacuterio Biologia do
Solo Av Gal San Martin 1371 Bongi Recife ndash PE Brasil
O manuscrito a seguir seraacute submetido agrave revista Scientia Agraacuteria
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
RESUMO Os exopolissacariacutedeos (EPSs) satildeo definidos como polissacariacutedeos extracelulares
produzidos por alguns fungos e bacteacuterias Alguns EPSs satildeo sintetizados durante todo o
crescimento bacteriano enquanto que outros satildeo produzidos somente durante a fase
logariacutetmica ou na fase estacionaacuteria O objetivo deste trabalho foi avaliar o crescimento
microbiano e dosagem de sacarose assim como determinar a composiccedilatildeo quiacutemica das
melhores estirpes obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp em diferentes tempos de
cultivo O biopoliacutemero foi obtido atraveacutes de agitaccedilatildeo em incubador rotatoacuterio As
condiccedilotildees foram 28 degC 200 rpm por 96 e 168 horas em meio YM modificado Foram
avaliados a cineacutetica microbiana pela contagem do nuacutemero de unidades formadoras de
colocircnias (UFC) e por densidade oacutetica assim como consumo de substrato (sacarose)
pelo meacutetodo glicose-oxidase e determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo quiacutemica por cromatografia
gaacutes liacutequido (GLC) Os resultados mostraram que a cineacutetica de crescimento microbiano
apresentou na fase logariacutetmica valores correspondentes a uma concentraccedilatildeo celular
meacutedia de 109 UFCmL para todos os isolados e estirpe padratildeo CIAT 899 apoacutes 72 horas
de incubaccedilatildeo O consumo de substrato em 168 horas de fermentaccedilatildeo foi de de 455
gL e 478 gL para o ISOL 14 e CIAT 899 respectivamente A composiccedilatildeo dos
accedilucares dos exopolissacariacutedeos do ISOL 14 apresentou valores superiores de
ramnose manose galactose glicose e aacutecidos urocircnicos na moleacutecula em relaccedilatildeo a
estirpe padratildeo CIAT 899
Palavras Chave Exopolissacariacutedeos glicose rizoacutebio sacarose unidades formadoras de colocircnias (UFC)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
61 Introduccedilatildeo
Os exopolissacariacutedeos (EPSs) chamados de biopoliacutemeros ou gomas
hidrossoluacuteveis satildeo produzidos por uma grande variedade de microrganismos e
possuem propriedades fiacutesicas estruturais e quiacutemicas bastante homogecircneas em
relaccedilatildeo aos derivados de algas e plantas (Margaritis Pace 1985)
A produccedilatildeo de EPS pode ser limitada por certas condiccedilotildees como quantidade de
carboidratos nitrogecircnio cofatores no meio temperatura pH e condiccedilotildees de aeraccedilatildeo
Entretanto os efeitos destas condiccedilotildees natildeo podem ser generalizados para todas as
estirpes bacterianas deve-se levar em consideraccedilatildeo as particularidades de cada uma
Os EPSs formam uma camada protetora para as ceacutelulas protegendo-as da
desidrataccedilatildeo e de substacircncias toacutexicas e servem como fonte de carbono e energia aleacutem
de manterem os microrganismos perto das fontes alimentares
Os primeiros estudos nutricionais sobre a composiccedilatildeo do meio de produccedilatildeo foram
realizados por Davidson (1978) em cultivo contiacutenuo e por Souw amp Demain (1979) em
batelada Souw amp Demain (1979) estudaram diferentes fontes de carbono e nitrogecircnio e
concluiacuteram que as melhores fontes de carbono satildeo accediluacutecares especialmente glicose e
sacarose Aleacutem do tipo de substrato utilizado a concentraccedilatildeo inicial deste no meio de
cultivo parece ser um fator decisivo para o sucesso do processo fermentativo
Thomart et al (1985) concluiacuteram que a produccedilatildeo de poliacutemero eacute altamente
dependente da concentraccedilatildeo inicial de accediluacutecar enquanto o crescimento do
microrganismo independe desta concentraccedilatildeo inicial de accediluacutecar Foi relatada uma
produccedilatildeo decrescente de poliacutemero agrave medida em que a concentraccedilatildeo inicial de glicose
foi aumentada caindo rapidamente a razatildeo poliacutemerobiomassa para concentraccedilotildees
iniciais maiores que 3
Diversas pesquisas tecircm tentado elucidar a rota biossinteacutetica as condiccedilotildees de
crescimento e a fisiologia bacteriana que leva agrave produccedilatildeo de polissacariacutedeos Alguns
EPSs satildeo sintetizados durante todo o crescimento bacteriano enquanto que outros satildeo
produzidos somente durante a fase logariacutetmica ou na fase estacionaacuteria A siacutentese de
todos esses EPSs eacute um processo intracelular utilizando accedilucares difosfato nucleotiacutedios
(De Souza Sutherland 1994)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Tem sido observado que as limitaccedilotildees da fonte de nitrogecircnio fosfato ou enxofre em
presenccedila de excesso de carboidrato podem conduzir a um aumento na siacutentese de
polissacariacutedeo embora a quantidade seja tambeacutem afetada pelo teor de oxigecircnio pH e
temperatura Cada cepa bacteriana difere em sua resposta ao efeito destas mudanccedilas
ambientais e agrave fonte de carbono utilizada (Faria 2002) Portanto a utilizaccedilatildeo do meio
de fermentaccedilatildeo mais adequado para a produccedilatildeo de EPS iraacute refletir nas propriedades
funcionais de cada polissacariacutedeo obtido
Para a produccedilatildeo de EPS podem ser usados os mais diversos substratos glicose
frutose sacarose lactose amido hidrolisado metanol diferentes hidrocarbonetos O
custo de produccedilatildeo eacute dependente destes substratos (Margaritis Pace 1985) De todos
estes produtos a sacarose eacute o de mais faacutecil obtenccedilatildeo e mais vantajoso
economicamente O rendimento da conversatildeo de sacarose com ceacutelulas pelo R
leguminosarum bv phaseoli oscila entre 04 e 05 g de ceacutelulas por grama de sacarose
(Boiardi 1983 Balatti 1992 IPT 1993 a) A sacarose (C12H22O11) eacute um dissacariacutedeo
natildeo redutor o qual por hidroacutelise com aacutecidos muito diluiacutedos resinas de troca catiocircnica ou
a enzima invertase fornece proporccedilotildees equimolares de D-Glicose e D-Frutose
Geralmente concentraccedilotildees limitantes de alguns nutrientes e excesso de
carboidrato favorecem a produccedilatildeo de polissacariacutedeos (Sutherland 1979) Obteacutem-se um
alto rendimento quando ocorre a conversatildeo de 70-80 da fonte de carbono utilizada
em biopoliacutemero (Margaritis Pace 1985)
Um aspecto de extrema importacircncia em relaccedilatildeo aos EPSs eacute a necessidade de
um riacutegido controle das condiccedilotildees de fermentaccedilotildees uma vez que diferentes paracircmetros
de produccedilatildeo levam agrave obtenccedilatildeo de produtos com caracteriacutesticas heterogecircneas
Assim eacute fundamental que qualquer estudo para a produccedilatildeo de EPS seja
acompanhado pela caracterizaccedilatildeo do material produzido principalmente a composiccedilatildeo
quiacutemica uma vez que pequenas variaccedilotildees quiacutemicas na moleacutecula teratildeo grande efeito
para determinadas aplicaccedilotildees
Dentro deste contexto este trabalho teve como objetivo geral avaliar a cineacutetica
microbiana obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp e uma estirpe padratildeo Rhizobium
tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo determinar a dosagem da sacarose
do ISOL 14 e a estirpe padratildeo CIAT 899 e a composiccedilatildeo quiacutemica do ISOL 14
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
selecionadas como as estirpes maiores produtoras de EPS em estudos realizados
anteriormente por Barreto et al (2008) (submetido agrave publicaccedilatildeo)
62 Material e Meacutetodos
Microrganismos
Foram utilizadas as bacteacuterias pertencentes ao gecircnero Rhizobium 8 isolados (nativos
da regiatildeo do sertatildeo de Pernambuco ndash Araripina) do banco de germoplasma da
Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria - IPA resistentes a alta
temperatura e formadoras de goma e uma estirpes padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899)
obtidas do Centro Nacional de Pesquisa em Agrobiologia - CNPAB EMBRAPA
As estirpes descritas na Tabela 1 foram mantidas em meio YMA (Vincent 1970)
modificado contendo (gL-1) sacarose (30 g) Extrato de Levedura (04 g) 1 mL de
K2HPO4 a 10 4 mL de KH2PO4 a 10 2 mL de MgSO47H2O a 10 1 mL de NaCl
a 10 5 mL de azul de bromotimol 025 em KOH a 02N ou 10 mL de vermelho do
congo a 025
Para as determinaccedilotildees da sacarose foram analisados apenas o ISOL 14 e a estirpe
padratildeo CIAT 899 e a composiccedilatildeo quiacutemica apenas o ISOL 14 selecionadas como as
estirpes maiores produtoras de EPS em estudos realizados por Barreto et al (2008)
(submetido agrave publicaccedilatildeo)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOLADOS ESTIRPE
HOSPEDEIRO ORIGEM
ISOL-1 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-2 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-3 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-4 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-6 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-11 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-14 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-16 Phaseolus vulgaris
CIAT 899 Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
Cali-CO
Inoacuteculo
As estirpes descritas na tabela 7 foram purificadas por repicagem em placas de
Petri contendo o meio de cultura Agar sacarose extrato de levedura (Vincent 1970 -
modificado) utilizando o corante vermelho do congo como indicador Apoacutes a
purificaccedilatildeo as bacteacuterias foram repicadas em tubos inclinados em meio de cultura sem o
indicador vermelho do congo as quais foram incubados a 28 degC por 48 horas em
estufa e armazenadas a plusmn4 degC
A partir dessas culturas os experimentos foram conduzidos em duas etapas
Primeiro preparou-se um preacute-inoacuteculo partindo de uma alccedilada de cultura crescida sobre
meio YMA e incubada em estufa por 48 h a 28 plusmn 1 degC Transcorrido este periacuteodo
preparou-se o inoacuteculo atraveacutes da transferecircncia asseacuteptica em Erlenmeyer de 250 mL
com 80 mL de meio de produccedilatildeo contendo 25 (vv) de uma cultura do preacute-inoacuteculo
crescida ateacute a fase logariacutetma e incubados em agitador rotatoacuterio a 200 rpm a 28 plusmn 1 degC
em triplicata
Tabela 7 Isolados de rizoacutebios e estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Curva de crescimento microbiano O crescimento celular foi avaliado atraveacutes da leitura de absorbacircncia em
comprimento de onda de 560 nm em espectrofotocircmetro contra um branco constituiacutedo
de meio YM O plaqueamento das bacteacuterias foi efetuado em meio YMA contendo o
indicador vermelho do congo atraveacutes do meacutetodo da gota (ldquoDrop-platerdquo) As curvas de
crescimento microbiano foram construiacutedas a partir dos dados de absorbacircncia e
contagem de ceacutelulas viaacuteveis (UFCmL) A Figura 5 mostra o procedimento efetuado
para a contagem de UFC e totais (densidade oacutetica)
Figura 6 Procedimento para contagem de ceacutelulas viaacuteveis (UFC) e totais (densidade oacutetica)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Determinaccedilatildeo quantitativa da sacarose
A sacarose presente no mosto foi hidrolisada para obter glicose e frutose Para
isso foram preparados tubos de ensaio contendo 1 mL de meio fermentado 1 mL de
aacutegua destilada e 1 mL de HCl 2 N deixando-se reagir por 10 minutos a 60 degC Em
seguida resfriou-se rapidamente e neutralizou com 3 mL de NaOH 1 N O caacutelculo da
concentraccedilatildeo de sacarose em gL foi efetuado de acordo com a Equaccedilatildeo 1 (Arauacutejo et
al 2005)
Csac = fator de calibraccedilatildeo meacutedia da leitura (absorbacircncia)D (1100)19 (1)
Em seguida procedeu de acordo com o descrito para dosagem de glicose cujas
determinaccedilotildees foram realizadas por meacutetodo enzimaacutetico utilizando o Kit glicose-oxidase
PAP da LABTEST
Apoacutes a reaccedilatildeo enzimaacutetica a intensidade da cor da soluccedilatildeo foi medida a 505 nm
em espectrofotocircmetro usando cubetas de vidro de 1 cm de percurso oacuteptico
considerando como branco a soluccedilatildeo da glicose-oxidase Esse meacutetodo eacute especiacutefico
para a glicose e se baseia na oxidaccedilatildeo da mesma de acordo com a seguinte reaccedilatildeo
catalizada pela glicose-oxidase (GOD)
GOD
Glicose + O2 + H2O rarr Aacutecido Glucocircnico + H2O2
O peroacutexido de hidrogecircnio formado reage com 4-aminoantipirina e fenol sob accedilatildeo
catalizadora da peroxidase (POD) atraveacutes de uma reaccedilatildeo oxidativa de acoplamento
formando uma antipirilquinona vermelha cuja intensidade de cor eacute proporcional agrave
concentraccedilatildeo da glicose na amostra Esse composto de tonalidade vermelha apresenta
a sua maacutexima absorccedilatildeo de luz na faixa de 505 nm
POD
2 H2O2 + 4-Aminoantipirina + fenol rarr Antipirilquinonimina + 4 H2O
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Determinaccedilatildeo da Composiccedilatildeo Quiacutemica
Agravecido urocircnico A dosagem de aacutecido urocircnico foi efetuada pelo meacutetodo descrito por Blumenkrantz
amp Asbol-Hansen (1973) usando aliacutequotas de 04 mL de uma soluccedilatildeo a 100 mgmL do
polissacariacutedeo e aacutecido D-glucurocircnico como padratildeo O meacutetodo utiliza m-fenilfenol (o
qual promove a formaccedilatildeo de composto corado que absorvem em 520 nm)
As leituras das medidas de absorbacircncia foram realizadas a 520 nm em
espectrofotocircmetro Spectronic 20 Genesys Spectronic Instruments Todas as
determinaccedilotildees foram realizadas em triplicata
Determinaccedilatildeo quantitativa de monossacariacutedeos
Os monossacariacutedeos presentes nas amostras de biopoliacutemeros de Rhizobium
sp foram determinados sob a forma de acetato de alditoacuteis (Sawardeker et al 1965) por
cromatografia gaacutes liacutequido (GLC) Os acetatos derivados foram analisados por
cromatografia gasosa (cromatoacutegrafo a gaacutes modelo 5890S11 (Hewllet-Packard)) a 220
degC com uma coluna capilar DB-210 (025 mm di x 30 m) e filme de espessura igual a
025 microm A temperatura de injeccedilatildeo da amostra e a do FID foi 250 degC e foi utilizado como
gaacutes carreador N2 Para a realizaccedilatildeo desta anaacutelise aproximadamente 10 mg das
amostras foram hidrolisadas reduzidas e acetiladas A hidroacutelise foi efetuada com aacutecido
sulfuacuterico
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
63 Resultados e Discussatildeo Curva de crescimento microbiano
Com base nos resultados obtidos neste estudo que podem ser visualizados nas
Figuras 6 a 14 (a) pode-se observar que houve diferenccedilas quanto ao crescimento
populacional entre os isolados A curva de crescimento dos isolados e da estirpe
padratildeo CIAT 899 de Rhizobium sp em meio utilizando sacarose como fonte de carbono
mostrou que apoacutes 72 horas de incubaccedilatildeo o crescimento foi maacuteximo Pode-se observar
que o oacutetimo da fase log ocorre entre 72 a 120 horas de incubaccedilatildeo agrave temperatura de 28
degC com agitaccedilatildeo de 200 rpm variando conforme a linhagem estudada Esta faixa de
tempo de incubaccedilatildeo corresponde a uma concentraccedilatildeo celular meacutedia de 109 UFCmL
As relaccedilotildees cineacuteticas entre o crescimento e a formaccedilatildeo de produtos satildeo
importantes para determinar o modo de operaccedilatildeo mais econocircmico Segundo Hiss
(2001) sem o conhecimento da cineacutetica torna-se inviaacutevel a transposiccedilatildeo de um
experimento de laboratoacuterio para a escala industrial
Desta forma inicialmente as curvas nos propiciam informaccedilotildees tais como a
faixa de absorbacircncia (560 nm) correspondente ao oacutetimo da fase log e a concentraccedilatildeo
celular que esta faixa corresponde
Pereira (2002) analisando o crescimento das estirpes de Rhizobium em meio
YMA com manitol observou um acentuado crescimento exponencial entre 24 e 48
horas de cultivo de 7 estirpes
Barberi et al (2004) avaliaram as curvas de crescimento de Bradyrhizobium
elkanii (BR 29) de acordo com o pH e com a composiccedilatildeo do meio de cultura Com base
no nuacutemero maacuteximo de UFC mL-1 para o meio (Lorda amp Balatti 1996) modificado o
melhor crescimento ocorreu apoacutes 72 horas para o tratamento com pH inicial de 60 e
no meio Lopreto (1972) citado por Urenha et al (1994) o tratamento com pH inicial 55
foi o que apresentou os valores de nuacutemero maacuteximo de ceacutelulas ocorrendo em 161 horas
de cultivo As meacutedias de log dos nuacutemeros de UFC mL-1 apresentadas por Barberi et al
(2004) foram superiores aos encontrados por Miguel e Moreira (2001) que foram
aproximadamente 109 Isso eacute explicado pela melhor utilizaccedilatildeo da fonte de carbono do
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
meio Lorda e Balatti (1996) em que em sua composiccedilatildeo possui glicerol em
comparaccedilatildeo com o manitol utilizado no meio YM (Vincent 1970) utilizado por esses
autores
Nas figuras 6 a 14 (b) mostram os resultados da Densidade Oacutetica (DO) onde a
curva de crescimento construiacuteda a partir da contagem de ceacutelulas totais demonstrou que
apoacutes 72 horas de cultivo o crescimento permaneceu crescente para a maioria das
estirpes estudadas Provavelmente o aumento da curva deve-se a presenccedila dos EPSs
Segundo Cunningham e Munns (1984) a produccedilatildeo de EPS eacute uma resposta de
vaacuterias espeacutecies da bacteacuteria a uma gama de fatores limitantes que em geral sugerem
estarem implicados em suprimir a reaccedilatildeo da defesa da planta e parecem ser requeridos
para formaccedilatildeo do cordatildeo de infecccedilatildeo Os EPSs pode ter um papel integral por permitir
que um organismo sobreviva sob uma variedade de circunstacircncias estressantes
Miguel e Moreira (2001) utilizando meio YM obtiveram maior densidade oacutetica para
o tratamento com pH igual a 60 do que no pH 68 utilizando o mesmo nuacutemero-base
(1088 UFC mL-1) o que provavelmente estaacute relacionado com a diferente composiccedilatildeo
dos meios principalmente com relaccedilatildeo agrave fonte de carbono Cunningham e Munns
(1984) em meio YMA (modificado por Keyser e Munns 1979) obtiveram maior
quantidade de EPS em estirpes de Rhizobium tolerantes agrave acidez do meio quando
expostas a meio aacutecido
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 1
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 1
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(5
60nm
)
Figura 7- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 1 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
b)
a)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 2
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 2
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 8- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 2 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 3
000E+00500E+08100E+09150E+09
200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 3
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 9- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 3 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 4
000E+00500E+08
100E+09150E+09
200E+09250E+09
300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 4
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 10- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 4 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 6
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 6
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 11- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 6 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 11
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 11
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 12- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 11 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 14
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 14
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 13- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 14 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 16
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 16
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 14- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 16 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
CIAT 899
000E+00500E+08
100E+09150E+09
200E+09250E+09
300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
CIAT 899
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 15- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do CIAT 899 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Determinaccedilatildeo quantitativa da sacarose
Analisando os resultados obtidos para a dosagem da sacarose verificou-se que a
estirpe CIAT 899 (padratildeo) apresentou maior consumo de substrato para o meio de
produccedilatildeo empregado durante 168 horas de fermentaccedilatildeo apresentando um consumo
final de 455 gL Neste ponto a massa celular corresponde a 076 gL (Figura 15)
Entretanto o ISOL 14 apresentou resultados proacuteximos da estirpe padratildeo com consumo
de 478 gL e massa celular de 086 gL no mesmo tempo (Figura 16)
Deu-se preferecircncia agrave utilizaccedilatildeo de um meacutetodo especiacutefico para glicose ao inveacutes de
um para determinaccedilatildeo de accediluacutecares redutores o que garante a detecccedilatildeo da liberaccedilatildeo
especificamente de glicose a partir da hidroacutelise por sacarose do EPS
ISOL 14
0
2
4
6
8
10
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Glic
ose
gL
Figura 16 Concentraccedilatildeo de glicose durante a produccedilatildeo de EPS por Rhizobium sp (ISOL 14)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
CIAT 899
0
2
4
6
8
10
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Glic
ose
gL
Determinaccedilatildeo da Composiccedilatildeo Quiacutemica dos EPS
Na tabela 8 observa-se os accediluacutecares determinados das gomas produzidas pelas
estirpes ISOL 14 e CIAT 899 onde revelaram maiores concentraccedilotildees dos
monossacariacutedeos galactose e glicose para a estirpe ISOL 14 em relaccedilatildeo a estirpe
padratildeo CIAT 899 Tambeacutem foram observados traccedilos de manose e ramnose na
composiccedilatildeo das gomas das estirpes estudadas
Amostras
Ac urocircnico
()
Manose
Accediluacutecares
Ramnose
(mg100g)
Galactose
Glicose
ISOL 14
410
098
016
1260
3695
CIAT 899
-
020
010
895
1680
Castellane amp Lemos (2007)
Tabela 8 Constituintes quiacutemicos da goma produzida pela estirpe de Rhizobium sp (ISOL 14)
Figura 17 Concentraccedilatildeo de glicose durante a produccedilatildeo de EPS por Rhizobium sp (CIAT 899)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Lima (1999) analisando a composiccedilatildeo quiacutemica da goma xantana produzida por
linhagens de Xanthomonas campestris pv campestris verificou a presenccedila de glicose e
manose nas concentraccedilotildees 3322 5778 respectivamente para a linhagem NRRL
B-1459 apresentando componentes tiacutepicos da goma xantana
Whitfield et al (1981) caracterizando cinco amostras de goma xantana
produzidas por diferentes linhagens de Xanthomonas campestris pv campestris
encontraram valores de glicose variando entre 22-42 manose de 12-38 e aacutecido
urocircnico de 9-20 Com relaccedilatildeo agrave ramnose apenas trecircs amostras de xantana
apresentaram este accediluacutecar com valores que oscilam entre 12-22 Outro accediluacutecar
identificado pelos pesquisadores foi a galactose com valores entre 24-28 Em todas
as amostras estudadas por estes autores foram observados os grupamentos piruvato e
acetila Lowson e Symes (1977) relataram a presenccedila de ramnose na xantana
produzida por X juglandis Sugere-se que a presenccedila desse accediluacutecar seja uma
caracteriacutestica desejaacutevel pois em geral os poliacutemeros dos quais faz parte possuem
capacidade de formar geacuteis verdadeiros (Mcnelly e Kang 1977) A goma xantana
comercial natildeo apresenta ramnose na sua composiccedilatildeo (Casas et al2000)
De acordo com Casas et al (2000) a composiccedilatildeo do meio de cultura utilizado na
fermentaccedilatildeo exerce um profundo efeito na siacutentese do produto oligomeacuterico e polimeacuterico
Portanto a quantidade de manose glicose e aacutecido glucurocircnico sintetizados e inseridos
no EPS pelas enzimas durante fermentaccedilatildeo podem sofrer variaccedilotildees dependendo da
composiccedilatildeo do substrato e das condiccedilotildees utilizadas na fermentaccedilatildeo
No presente trabalho o percentual de aacutecido urocircnico produzido pela estirpe ISOL
14 foi de 41 enquanto o apresentado na goma xantana por Lima (1999) foi de 847
Os meacutetodos de anaacutelises de polissacariacutedeos complexos baseiam-se
principalmente na determinaccedilatildeo dos constituintes dos resiacuteduos obtidos apoacutes hidroacutelise
quiacutemica dos poliacutemeros nativos (Wei amp Fang 1990 Ruitter et al 1992 Scamparini et al
2000) Esses satildeo compostos de inuacutemeros resiacuteduos de accediluacutecares interligados por
ligaccedilotildees glicosiacutedicas (α e β) que podem diferir consideravelmente na sua
suscetibilidade agrave hidroacutelise aacutecida Aacutecidos urocircnicos satildeo frequentemente envolvidos por
fortes ligaccedilotildees glicosiacutedicas particularmente nos tipos de ligaccedilotildees dos aacutecidos
aldobiurocircnicos (Druzian 2000)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Moreira et al (1998) analisando a composiccedilatildeo de dois biopoliacutemeros comerciais
gelanareg e xantanareg e um biopoliacutemero produzido a clairana identificou o aacutecido
glicurocircnico (em todas as amostras) e os monossacariacutedeos esperados para a clairana
(glicose galactose e fucose) gelana (glicose e ramnose) e xantana (glicose e manose)
A ramnose estaacute presente na acetana gelana welana e ransana que possuem
estrutura quiacutemica similar agrave da xantana e possui propriedades de espessante e agente
de suspensatildeo semelhantes agravequelas atribuiacutedas para xantana (Kennedy amp Sutherland
1994) A goma welana apresenta como cadeia lateral unidades de manose e ramnose
distribuiacutedas de modo aleatoacuterio Aproximadamente dois terccedilos das unidades quiacutemicas
repetidas do poliacutemero conteacutem ramnose como cadeia lateral enquanto que o restante
das ramificaccedilotildees eacute composto por unidades de manose (Jansson et al 1985)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
64 Conclusotildees
A curva do crescimento microbiano apresentou na fase logariacutetmica valores
correspondentes a uma concentraccedilatildeo celular viaacuteveis meacutedia de 109 UFCmL para
todos os isolados e estirpe padratildeo CIAT 899 apoacutes 72 horas de incubaccedilatildeo a uma
temperatura de 28 degC com agitaccedilatildeo de 200 rpm variando conforme a linhagem
estudada
As estirpes apresentaram valores do consumo de substrato para o meio de
produccedilatildeo empregado de 455 gL para a CIAT 899 e 478 gL para o ISOL 14
em 168 horas de fermentaccedilatildeo
A composiccedilatildeo dos accedilucares da goma do ISOL 14 apresentou valores superiores
de ramnose manose galactose glicose e aacutecidos urocircnicos na moleacutecula em
relaccedilatildeo a estirpe padratildeo CIAT 899
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
65 Referecircncias Bibliograacuteficas
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7 ANEXOS
Normas da Revista World Journal of Microbiology and Biotechnology
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MICROBIOLOGY AND
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References Citation Reference list
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Negotiation research spans many disciplines (Thompson 1990)
This result was later contradicted (Becker and Seligman 1996)
This effect has been widely studied (Abbott 1991 Barakat et al 1995 Kelso and Smith 1998 Medvec et al 1993)
Reference list The list of references should only include works that are cited in the text and that have been published or accepted for publication Personal communications and unpublished works should only be mentioned in the text Do not use footnotes or endnotes as a substitute for a reference list Reference list entries should be alphabetized by the last names of the first author of each work
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Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
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Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Normas da Revista Scientia Agraacuteria
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Trabalhos apresentados no 24ordm Congresso Brasileiro de Microbiologia - 3 a 6 de Outubro de 2007 em
Brasiacutelia - Centro de Convenccedilotildees Ulysses Guimaratildees ndash Brasiacutelia DF
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
MICROBIOLOGIA GERAL K03 METABOLISMO MICROBIANO E SEUS PRODUTOS 609 Biopoliacutemero sintetizados por Rhizobium sp em diferentes tempos de cultivo comportamento reoloacutegico BARRETO M D C S1 FIGUEIREDO M D V B2 BURITY H A2 OLIVEIRA J P2 COELHO A C D1 LIMA-FILHO J L L1 UFPE
Resumo
Os polissacariacutedeos extracelulares sintetizados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium tem sido estudados na tentativa de melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose leguminosa x Rhizobium uma vez que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes da especificidade simbioacutetica A viscosidade que pode ser tomada como paracircmetro de qualidade eacute influenciada em funccedilatildeo das estirpes da colocircnia bacteriana do meio de fermentaccedilatildeo utilizado e das condiccedilotildees operacionais na produccedilatildeo Com base no exposto o objetivo deste trabalho foi verificar o comportamento reoloacutegico em diferentes tempos de cultivo de 8 isolados de Rhizobium sp e da estirpe padratildeo de Rhizobium tropici (CIAT 899) As bacteacuterias foram incubadas em agitador rotatoacuterio (200rpm agrave 28ordmC) em Erlenmeyers de 250mL contendo 15 de meio YM modificado por um periacuteodo de 96 e 168 horas Foram avaliados a determinaccedilatildeo da viscosidade da soluccedilatildeo aquosa dos biopoliacutemeros a 25 (vv) obtidas em diferentes tempos de cultivo e medidas a 20ordmC em viscosiacutemetro rotacional Brookfield modelo RVT com spindle 2 nas seguintes velocidades de deformaccedilatildeo 10 20 50 e 100rpm a viscosidade aparente a vaacuterias taxas de cisalhamento dos mostos fermentados Os resultados mostraram que os estudos viscosimeacutetricos de soluccedilotildees de polissacariacutedeo dos isolados e da CIAT 899 revelam seu comportamento natildeo tixotroacutepico pseudoplaacutestico mesmo em baixas concentraccedilotildees e caraacuteter polieletroliacutetico e que as medidas de viscosidade do mosto em funccedilatildeo do tempo de agitaccedilatildeo mostra que a viscosidade aparente do meio de cultivo alcanccedila um valor patamar com 168 horas de processo para todos os microrganismos poreacutem os isolados 3 e 16 e CIAT 899 apresentaram maiores valores no aumento da viscosidade
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
MICROBIOLOGIA GERAL K03 METABOLISMO MICROBIANO E SEUS PRODUTOS 1751 Biopoliacutemero sintetizados por Rhizobium sp em diferentes tempos de cultivo produccedilatildeo BARRETO M D C S1 FIGUEIREDO M D V B2 BURITY H A2 SILVA M L R B1 CALAZANS G M T1 LIMA-FILHO J L L1 UFPE
Resumo
A produccedilatildeo de exopolissacariacutedeos (EPS) microbianos tem sido objeto de intensa pesquisa tendo em vista seu elevado potencial de aplicaccedilatildeo em diferentes setores pois natildeo se encontra exposta agraves alteraccedilotildees climaacuteticas ou agrave problemas nas colheitas que prejudicam a oferta e alteram o custo de produccedilatildeo das gomas tradicionais No processo de produccedilatildeo de polissacariacutedeos deve-se considerar desde o microrganismo em estudo ateacute a determinaccedilatildeo dos paracircmetros de agitaccedilatildeo onde se destaca o meio de produccedilatildeo e sua influecircncia na siacutentese no rendimento e na composiccedilatildeo dos EPS O objetivo deste trabalho foi avaliar a produccedilatildeo de biopoliacutemeros (gLh) obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp e da estirpe padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo pela massa do produto seco por volume de meio As bacteacuterias foram purificadas em meio YMA e apoacutes foram incubadas em agitador rotatoacuterio (200rpm agrave 28ordm C) em Erlenmeyers de 250mL contendo 15 de meio YM modificado por um periacuteodo de 96 e 168 horas Foram avaliados o peso seco da soluccedilatildeo aquosa dos biopoliacutemeros a 25 (vv) obtidos em diferentes tempos de cultivo atraveacutes da teacutecnica do peso seco onde o aacutelcool etiacutelico foi adicionado ao mosto ateacute atingir a concentraccedilatildeo de 80 na soluccedilatildeo hidroalcooacutelica formada e posterior precipitaccedilatildeo do EPS Apoacutes a filtraccedilatildeo a secagem do produto foi realizada em dissecador (30ordmC) ateacute peso constante comparando-se os diferentes tempos de cultivo Os resultados mostraram que a produccedilatildeo total do biopoliacutemero dos isolados e da estirpe padratildeo CIAT 899 apresentaram maacutexima produccedilatildeo no periacuteodo de 168 horas de processo para todos os microrganismos poreacutem os isolados 3 e 14 e a CIAT 899 foram as que resultaram em maior produtividade (13 17 e 2gL-1h-1) respectivamente
- Barreto Maria do Carmo Silva
-
- Inclui bibliografia
- 5771 CDU (2ed) UFPE
-
- 13 Simbiose rizoacutebio- leguminosa
-
- 14 Polissacariacutedeos de Rizoacutebio
-
- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
-
Barreto Maria do Carmo Silva Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemero com viabilidade para inoculante rizobiano Maria do Carmo Silva Barreto ndash Recife O Autor 2008
92 folhas il fig tab
Dissertaccedilatildeo (mestrado) ndash Universidade Federal de Pernambuco CCB Ciecircncias Bioloacutegicas 2008
Inclui bibliografia
1 Bioquiacutemica 2 Leguminosas 3 Biopoliacutemeros 4 Rhizobia I Tiacutetulo 5771 CDU (2ed) UFPE
572 CDD (22 ed) CCB ndash 2008-085
Dedico esta dissertaccedilatildeo aos meus pais pelo apoio ao longo de todos os caminhos que passei com amor
Agradecimentos
A Deus por ter me dado perseveranccedila paciecircncia paz de espiacuterito para transpor mais esta etapa na minha vida profissional e pessoal
Aos meus Pais Joseacute Ribeiro Barreto e Maria Almerinda Barreto pela
minha vida educaccedilatildeo apoio carinho e incentivo e a minha irmatilde Glauciene Barreto e cunhado Joatildeo Rodrigues pelas palavras de apoio e incentivo dado0
Ao Dr Joseacute Luiz de Lima Filho por ter acreditado em mim por todo o seu
apoio e confianccedila depositada durante o Mestrado
A Dra Maacutercia do Vale Barreto Figueiredo pelos ensinamentos conselho amor e confianccedila refletidos em trabalhos Por sempre nos demonstrar com exemplos que qualquer objetivo pode ser alcanccedilado com responsabilidade trabalho seacuterio e organizaccedilatildeo Meus mais sinceros agradecimentos
Ao Dr Helio Almeida Burity pela acolhida no Laboratoacuterio Biologia do Solo
ndash IPA agradeccedilo pelo conviacutevio amizade ensinamentos por facilitar a conclusatildeo dos trabalhos desenvolvidos no laboratoacuterio sempre tendo uma palavra que nos reconforta e ajuda A Dra Francisca Pessoa Franccedila pela ajuda esclarecimentos e apoio despendidos
Ao Dr Joseacute de Paula Oliveira pela amizade ajuda atenccedilatildeo e contribuiccedilatildeo despendida durante todo o trabalho
A Dra Maria Luiza Bastos pela amizade apoio incentivo e carinho
Aos Doutores Adaacutelia Cavalcanti Eidy Simotildees Maria do Carmo
Catanho Socircnia Formiga da Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria ndash IPA pela convivecircncia troca de conhecimentos e amizade
Aos meus Amigos do Laboratoacuterio Marcela Vila Nova Emmanuella Vila
Nova Elisacircngela Cabral Rafael Barboza Sue Ellen Aniacutebia Vicente Helane Costa Tathiana Alves Andreacute Sueldo por todos os memoraacuteveis momentos compartilhados tanto no laboratoacuterio como fora dele muito obrigado agrave todos
Agrave Profordf e Dra Carolina Etienne pela amizade e ajuda na revisatildeo deste trabalho uma pessoa querida que estaacute sempre pronta para ajudar meu muito obrigada
Ao Prof e Dr Cosme Rafael pela ajuda aconselhamento e correccedilotildees que foram indispensaacuteveis para o ecircxito deste trabalho muito obrigada
Ao Dr Odemar Reis ndash Estatiacutestico do IPA pela ajuda despendida durante
os trabalhos pelas palavras de confianccedila e ensinamentos
Aos funcionaacuterios do IPA Almira pela ajuda na aquisiccedilatildeo de material bibliograacutefico Rosa Morais pela ajuda e amizade Waldemar Arauacutejo pela amizade palavras de confianccedila e forccedila Luacutecia Maacuterio e Rita pelo conviacutevio no dia a dia pela ajuda carinho e amizade
As Profa Dra Gliacutecia Calazans e Profa Dra Janete Magali pela ajuda e
obtenccedilatildeo do equipamento uacuteteis para a conclusatildeo dos trabalhos muito obrigada
A Coordenadora do Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Ciecircncias Bioloacutegicas CCBUFPE Profa Dra Suely Lins Galdino pelo apoio e informaccedilotildees indispensaacuteveis para o funcionamento do mestrado
A Secretaacuteria da Poacutes-graduaccedilatildeo Adenilda Eugecircnia pela ajuda e amizade despendida ao longo do curso
Agrave CAPESFACEPE pelo apoio financeiro no fomento da bolsa de mestrado
A todos aqueles que mesmo natildeo mencionados estiveram ao meu lado
contribuindo para a minha formaccedilatildeo e para a realizaccedilatildeo deste estudo o meu mais sincero agradecimento
LISTA DE FIGURAS Fig 1
Classificaccedilatildeo dos Fluidos segundo seu comportamento reoloacutegico 16
Fig 2 Curvas de escoamento de fluidos newtoniano e natildeo newtonianos de propriedades independentes do tempo de cisalhamento 16
Fig 3 Aspecto do EPS precipitado sintetizado a partir do ISOL 14 (a) e do CIAT 899(b) com 168 horas de cultivo 47
Fig 4
Variaccedilatildeo da viscosidade aparente em funccedilatildeo da taxa de cisalhamento de soluccedilotildees aquosas de EPS 25 (vv) de 8 isolados de Rhizobium e uma estirpe padratildeo CIAT 899 a 20 degC com tempo de fermentaccedilatildeo de 96 h determinada com viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT) 48
Fig 5
Variaccedilatildeo da viscosidade aparente em funccedilatildeo da taxa de cisalhamento de soluccedilotildees aquosas de EPS 25 (vv) de 8 isolados de Rhizobium e uma estirpe padratildeo CIAT 899 a 20 degC com tempo de fermentaccedilatildeo de 168 h determinada com viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT)
49
Fig 6 Procedimento para contagem de ceacutelulas viaacuteveis (UFC) e totais (Densidade oacutetica) 63
Fig 7 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 1 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 68
Fig 8 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 2 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 69
Fig 9 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoculo do Isolado 3 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 70
Fig 10 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoculo do Isolado 4 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 71
Fig 11 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoculo do Isolado 6 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 72
Fig 12 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 11 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 73
Fig 13 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 14 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 74
Fig 14 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 16 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 75
Fig 15 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do CIAT 899 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 76
Fig 16 Concentraccedilatildeo de glicose durante a produccedilatildeo de EPS por Rhizobium sp (ISOL 14) 77
Fig 17 Concentraccedilatildeo de glicose durante a produccedilatildeo de EPS por Rhizobium sp (CIAT 899) 78
Paacuteginas
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 Caracteriacutesticas morfofisioloacutegicas dos Isolados de rizoacutebios e estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici
40
Tabela 2 Valores das constantes kat e kγ (Mitshka 1982) 42
Tabela 3 Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para experimentos em 96 e 168 horas 43
Tabela 4 Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para grupo de experimentos 44
Tabela 5 Resultados da anaacutelise de variacircncia da produccedilatildeo de biopoliacutemero sintetizados por Rhizobium cultivados em 96 e 168 horas de cultivo 45
Tabela 6 Dados meacutedios das anaacutelises individuais e do grupo de experimento 45
Tabela 7 Isolados de rizoacutebios e estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici 62
Tabela 8 Constituintes quiacutemicos da goma produzida pela estirpe de Rhizobium sp (ISOL 14) 78
SUMAacuteRIO AGRADECIMENTOS LISTA DE FIGURAS LISTA DE TABELAS SUMAacuteRIO 1 Introduccedilatildeo 1
11 Feijoeiro (Phaseolus vulgaris L) 1
12 Rhizobium sp 3
13 Simbiose rizoacutebio-leguminosa 5
14 Polissacariacutedeos de rizoacutebio 8
15 Reologia 13
2 Justificativa 19 3 Objetivos 20
31Geral 20
32 Especiacuteficos 20
4 Referecircncias 21 5 Capiacutetulo 1 34
Resumo 35
Abstract 36
51 Introduccedilatildeo 37
52 Material e Meacutetodos 39
53 Resultados e Discussatildeo 44
54 Conclusotildees 51
55 Referecircncias 52
6 Capiacutetulo 2 57 Resumo 58
61 Introduccedilatildeo 59
62 Material e Meacutetodos 61
63 Resultados e Discussatildeo 66
64 Conclusotildees 81
65 Referecircncias 82
7 Anexos 87
Normas da Revista World Journal of Microbiology and Biotechnology
Submissatildeo do Artigo
Normas da Revista Scientia Agraacuteria
Trabalhos apresentados no 24ordm Congresso Brasileiro de Microbiologia - 3 a 6 de Outubro de 2007 em Brasiacutelia - Centro de Convenccedilotildees Ulysses Guimaratildees ndash Brasiacutelia DF
1 INTRODUCcedilAtildeO
11 Feijoeiro (Phaseolus vulgaris L)
O feijoeiro eacute cultivado em cerca de 100 paiacuteses em todo o mundo envolvendo
grande nuacutemero de gecircneros e espeacutecies dificultando uma anaacutelise comparativa dos
iacutendices de produtividade por espeacutecie Considerando somente o Phaseolus vulgaris L o
Brasil eacute o maior produtor seguido do Meacutexico Entretanto a produccedilatildeo brasileira de feijatildeo
tem sido insuficiente para abastecer o mercado interno devido agrave reduccedilatildeo na aacuterea
plantada da ordem de 35 nos uacuteltimos 17 anos (Yokoyama amp Stone 2000) A falta de
tecnologia e o cultivo em solos marginais devido ao baixo retorno econocircmico da
cultura contribuem decisivamente para a baixa produtividade do feijoeiro e nesse
quadro o fornecimento adequado de nutrientes particularmente o nitrogecircnio (N) e o
foacutesforo (P) representam um dos fatores limitantes agrave obtenccedilatildeo de maiores rendimentos
no Brasil (Arauacutejo 1994)
No Brasil o feijoeiro eacute cultivado nos mais variados tipos de solos e clima sendo
plantado preferencialmente como cultura de subsistecircncia em pequenas propriedades
O feijatildeo eacute importante fonte de nutrientes (proteiacutenas minerais vitaminas) e calorias na
dieta brasileira (Hungria et al 2000) Aleacutem de apresentar alto conteuacutedo de carboidratos
componentes de fibra (celulose hemicelulose e lignina) e digeriacuteveis (amido e sacarose)
encontram-se no feijatildeo alguns oligossacariacutedeos (rafinose estaquiose verbascose) O
feijatildeo tambeacutem eacute uma fonte importante de vitaminas hidrossoluacuteveis como a tiamina a
riboflavina a niacina e a folacina que satildeo vitaminas do complexo B envolvidas na
prevenccedilatildeo de certos defeitos fetais cardiovasculares e certos tipos de cacircncer (Costa amp
Vieira 2000)
O feijoeiro eacute originaacuterio das Ameacutericas com centros de origens e domesticaccedilatildeo na
Meso Ameacuterica (Meacutexico-Guatemala) e na Zona Leste dos Andes Seu cultivo foi
delineado haacute mais de 7000 anos entre os nativos do Peru sugerindo seleccedilatildeo da
espeacutecie para a agricultura (Gepts 1990) As aacutereas de diferenciaccedilatildeo e domesticaccedilatildeo do
feijoeiro ocorrem em altitudes entre 500 e 1800 m na Ameacuterica Central e norte da
Ameacuterica do Sul Diversos tipos selvagens satildeo registrados em altitudes proacuteximas a
1200m (Miranda 1974) Os feijoeiros provenientes desses materiais mostram grande
amplitude de caracteriacutesticas morfoloacutegicas e fisioloacutegicas O gecircnero Phaseolus conteacutem
mais de uma centena de espeacutecies mas apenas P vulgaris L P coccineus L P
acutifolius Gray var Latifolius Freeman e P lunatus var lunatous satildeo cultivadas
comercialmente (Zimmermann amp Teixeira 1988) Dessas o feijoeiro comum P vulgaris
L eacute a espeacutecie de maior importacircncia econocircmica contribuindo com cerca de 95 da
produccedilatildeo mundial de Phaseolus No Brasil em uma rota inversa agrave do traacutefico de
escravos P vulgaris chegou agrave Aacutefrica e provavelmente em tempos anteriores agrave Aacutesia
via Filipinas No seacuteculo XVI foi introduzido na Europa e na Califoacuternia levado por
intermeacutedio dos espanhoacuteis trazido da Ameacuterica Central (Mariot 1989)
Os teores de N nos solos do Brasil satildeo baixos de um modo geral situando-se na
faixa de 005 a 03 Com a intensificaccedilatildeo da agricultura as exigecircncias de adiccedilatildeo
de N bem como a sua remoccedilatildeo satildeo ampliadas e consequentemente se o N retirado
do solo pelas plantas natildeo for reposto o teor desse nutriente decresceraacute rapidamente
Quanto aos fertilizantes nitrogenados existe um custo elevado para a siacutentese dos
mesmos de cerca de seis barris de petroacuteleo para cada tonelada de amocircnio produzido
bem como gastos com o transporte e distribuiccedilatildeo do fertilizante aleacutem de outros
(Hungria et al1997) Considerando que o feijoeiro eacute cultivado principalmente por
pequenos agricultores em solos muitas vezes deficientes em N mineral esforccedilos para
a melhoria do processo de simbiose da cultura com rizoacutebios inoculados nas sementes
podem corresponder a aumentos significativos no rendimento de gratildeos Essa via
bioloacutegica se torna ainda mais importante quando se leva em consideraccedilatildeo os custos
elevados do N mineral limitando a sua utilizaccedilatildeo principalmente pelos pequenos
agricultores Praacuteticas alternativas para diminuir esses custos precisam ser procuradas
principalmente no Brasil que importa fertilizante nitrogenado para satisfazer agrave demanda
interna (Hungria et al 2001) Um outro agravante na utilizaccedilatildeo de fertilizantes
nitrogenados reside na baixa eficiecircncia de sua utilizaccedilatildeo pelas plantas raramente
ultrapassando 50 Deve-se considerar ainda que o uso indiscriminado de fertilizantes
nitrogenados resulta em poluiccedilatildeo ambiental pois a lixiviaccedilatildeo do N ocorre contaminaccedilatildeo
no lenccedilol freaacutetico que resultam em acuacutemulo de formas nitrogenadas podendo atingir
niacuteveis toacutexicos a peixes e ao homem (Hungria et al 2001)
Dentro deste contexto destaca-se a necessidade do desenvolvimento de
tecnologias de baixo custo capazes de melhorar os niacuteveis de produtividade dos
pequenos agricultores responsaacuteveis pela quase totalidade da produccedilatildeo mundial desta
leguminosa essencial na dieta de grande parte da populaccedilatildeo brasileira (Dakora 2003)
12 Rhizobium sp
Este gecircnero foi classificado em 1932 por Fred et al e apresenta como
caracteriacutestica ceacutelulas em forma de bastonete curto Gram-negativas com dimensotildees
que variam entre 05 e 09 microm por 12 a 30 microm ocorrendo isolados ou aos pares
moacuteveis por flagelos polares subpolares ou peritriquiais natildeo formam esporos e em
culturas envelhecidas apresentam granulaccedilotildees de poli-β-hidroxibutirato (Urenha et al
1994) Apresentam bom crescimento em meio com manitol sacarose e levedura
podendo em meios gelificados desenvolver colocircnias planas convexas ou umbilicadas
apresentam normalmente coloraccedilatildeo branca e opaca por vezes transluacutecidas
apresentando frequentemente produccedilatildeo de goma de natureza polissacariacutedica A
inclusatildeo de Vermelho do Congo no meio de cultura natildeo conduz a uma forte absorccedilatildeo
deste corante pelas colocircnias podendo certas estirpes apresentar ligeira absorccedilatildeo As
estirpes de crescimento raacutepido produzem colocircnias de 4 a 6 mm de diacircmetro em 5 dias
de incubaccedilatildeo a 26-30 degC provocando acidificaccedilatildeo do meio de cultura As estirpes de
crescimento lento produzem colocircnias com 1 mm de diacircmetro em 10 dias de incubaccedilatildeo
a 28-30 degC provocando a alcalinizaccedilatildeo do meio de cultura Induzem a formaccedilatildeo de
noacutedulos na raiz de leguminosas compatiacuteveis colonizando-os e podendo aiacute desenvolver
atividade diazotroacutefica em simbiose utilizam oxigecircnio como receptor final de eleacutetrons na
cadeia respiratoacuteria satildeo microrganismos aeroacutebios estrito e a faixa de pH oacutetimo para seu
desenvolvimento estaacute entre 6 e 7 (Hungria amp Arauacutejo1994)
A literatura relata a presenccedila de reaccedilatildeo aacutecida durante o cultivo promovendo
queda do pH do meio de cultura (Jordan 1984) No entanto dados experimentais de
cultivo desta bacteacuteria em fermentador na presenccedila de sacarose glutamato
monossoacutedico e extrato de levedura mostram comportamento oposto As velocidades
especiacuteficas maacuteximas de crescimento desta bacteacuteria oscilam em torno de 020h o que
resulta num tempo de geraccedilatildeo de aproximadamente 35 h
Entre as bacteacuterias fixadoras de nitrogecircnio presentes no solo cujas populaccedilotildees
satildeo altamente influenciadas pela rizosfera das plantas o rizoacutebio eacute considerado o grupo
mais importante na agricultura tropical pela sua associaccedilatildeo com as leguminosas Esta
simbiose eacute responsaacutevel por uma substancial parte talvez a maior do fluxo global de
nitrogecircnio atmosfeacuterico fixado nas formas de amocircnia nitrato e compostos orgacircnicos
(Kahindi et al 1997) Certamente esta associaccedilatildeo eacute a mais estudada mas simbioses
envolvendo actinomicetos do gecircnero Frankia cianobacteacuterias especialmente a
associaccedilatildeo Azolla-Anabaena e organismos heterotoacuteficos fixadores de nitrogecircnio de vida
livre e associativos podem tambeacutem fixar quantidades significativas de nitrogecircnio sob
condiccedilotildees especiacuteficas (Straliotto amp Rumjanek1999)
Atualmente os rizoacutebios estatildeo classificados como pertencentes agrave domiacutenio
Bacteria Filo Proteobacteria Classe Alfaproteobacteria Ordem Rhiobiales e
distribuiacutedos nas Famiacutelias Rhizobiaceae Phyllobacteriaceae Bradyrhizobiaceae e
Hiphomicrobiaceae (Garrity amp Holt 2001) Aleacutem disso algumas bacteacuterias capazes de
nodular e fixar N2 em simbiose com leguminosas foram recentemente identificadas
como pertencentes agrave Classe das Betaproteobacteria Ordem Burkholderiales Famiacutelia
Burkholderiaceae Gecircnero Burkholderia (Moulin et al 2001) e tambeacutem pertencentes agrave
Classe das Alfaproteobacterias Ordem Rhizobiales Famiacutelia Methylobacteriaceae
Gecircnero Methylobacterium (Sy et al 2001)
As bacteacuterias que nodulam o feijoeiro foram classificadas inicialmente como
Rhizobium phaseoli poreacutem com uma melhor caracterizaccedilatildeo fisioloacutegica bioquiacutemica e
geneacutetica essas bacteacuterias foram reclassificadas apoacutes 50 anos na espeacutecie Rhizobium
leguminosarum bv phaseoli (Jordan 1984) Com o estudo de outros isolados e o
avanccedilo nas teacutecnicas de biologia molecular em um curto periacuteodo de tempo foi
constatado que as bacteacuterias que nodulavam o feijoeiro apresentavam claramente
caracteriacutesticas fisioloacutegicas e geneacuteticas distintas permitindo a sua separaccedilatildeo em dois
grupos denominadas Tipo I e Tipo II (Martiacutenez et al 1985 Quinto et al 1985 Brom et
al 1988) Essas e outras diferenccedilas levaram em 1991 agrave definiccedilatildeo de uma nova
espeacutecie R tropici (trorsquo pi ci Gr n tropikos troacutepicos) que incluiria as estirpes do Tipo
II que foi subdividido em IIA e IIB (Martinez-Romero et al 1991) As bacteacuterias dessa
nova espeacutecie foram descritas como aeroacutebias Gram-negativas com pH oacutetimo para
crescimento variando entre 5 e 7 crescendo em temperatura de ateacute 40 degC As estirpes
estudadas foram isoladas de regiotildees tropicais nodulam e fixam N2 com P vulgaris L
Leucaena esculenta e L leucocephala
A estirpe IIB CIAT 899 (= ATCC 49672 = UMR 1899 = SEMIA 4077) foi
designada como estirpe padratildeo (ldquotype strainrdquo) e a estirpe representativa do grupo IIA eacute
a CFN 299 A estirpe CIAT 899 assim como as outras do Tipo IIB tambeacutem eacute resistente
a metais pesados e aos antibioacuteticos clorofenicol espectinomicina carbenicilina e
estreptomicina (Martiacutenez-Romero et al 1991) e apresenta maior toleracircncia agrave acidez
(Graham et al 1994) e a temperaturas elevadas (Hungria et al 1993 Mercante et al
2002) Somente as estirpes do Tipo IIB crescem em meio Luria-Bertani (LB) (Martiacutenez-
Romero et al 1991) Alguns estudos tecircm descrito diferenccedilas entre os Tipos IIA e IIB
incluindo anaacutelise de PCR com sequumlecircncias repetitivas como REP ERIC BOX (van
Berkum et al 1996) e a presenccedila de megaplasmiacutedeos (Geniaux et al 1995)
13 Simbiose rizoacutebio- leguminosa
Haacute uma grande diversidade de bacteacuterias capazes de formar simbioses com as
diferentes leguminosas sendo que ateacute o momento encontram-se distribuiacutedas dentro de
trecircs ramos filogeneacuteticos principais que satildeo os gecircneros Bradyrhizobium Azorhizobium e
os chamados rizoacutebios de crescimento raacutepido Estes atualmente encontram-se divididos
em trecircs gecircneros Rhizobium Mesorhizobium e Sinorhizobium sendo que R galegae
deve ser brevemente renomeado como um novo gecircnero (Young amp Haukka 1996
Lindstroumlm et al 1998) O rizoacutebio induz em suas hospedeiras a formaccedilatildeo de estruturas
especializadas chamadas noacutedulos onde o nitrogecircnio molecular eacute reduzido a amocircnia
Os estudos tecircm demonstrado o alto grau de especializaccedilatildeo desenvolvido durante o
processo evolutivo desta simbiose havendo importantes relaccedilotildees de especificidade e
grandes possibilidades de manipulaccedilatildeo deste conhecimento visando melhorar a
eficiecircncia simbioacutetica Devido agrave sua importacircncia econocircmica os estudos da interaccedilatildeo
rizoacutebio-leguminosas tem tido um bom suporte econocircmico quando comparado agraves demais
aacutereas de pesquisa agronocircmica em diversas partes do mundo sendo que atualmente eacute
a interaccedilatildeo planta-microrganismo mais bem estudada (Straliotto amp Rumjanek1999)
Sob condiccedilatildeo de limitaccedilatildeo de nitrogecircnio mineral as bacteacuterias do gecircnero
Rhizobium Bradyrhizobium Mesorhizobium Sinorhizobium Allorhizobium
coletivamente chamadas de riacutezoacutebio formam noacutedulos simbioacuteticos nas raiacutezes de
leguminosas Nos anos recentes outras α-proteobacterias tem sido apresentadas como
produtoras de noacutedulos em leguminosas (Moullin et al 2002) Methylobacterium (Sy et
al 2001) Blastobacter (Van Berkun e Eardly 2002) e Devosia (Rivas et al 2002)
Nestes noacutedulos simbioacuteticos a bacteacuteria na forma de bacteroacuteides convertem o N
atmosfeacuterico em amocircnia que eacute incorporada em diversas formas de N orgacircnico para a
utilizaccedilatildeo por plantas da famiacutelia das leguminosas
O nitrogecircnio eacute o elemento mais abundante na atmosfera terrestre (em torno de
79 ) estando presente principalmente na forma diatocircmica (N2) e eacute um dos principais
macronutrientes dos vegetais Algumas bacteacuterias que coexistem em simbiose ou natildeo
nas raiacutezes de plantas possuem enzimas com a capacidade de reduccedilatildeo do nitrogecircnio
atmosfeacuterico transformando-o em amocircnia e posteriormente em elementos essenciais
(Lodeiro et al 2000)
As leguminosas tecircm ao seu dispor duas fontes de nitrogecircnio o mineral
proveniente do solo eou fertilizante e o nitrogecircnio fixado biologicamente atraveacutes da
simbiose com os rizoacutebios Entretanto a subida vertiginosa dos preccedilos dos adubos
nitrogenados devido ao consumo de energia foacutessil em sua fabricaccedilatildeo aliada aos graves
problemas de poluiccedilatildeo causados pelo uso intensivo desses adubos tem deixado agrave
agricultura dos paiacuteses em desenvolvimento e dos desenvolvidos apenas as alternativas
de maximizar a fixaccedilatildeo bioloacutegica de nitrogecircnio otimizar a distribuiccedilatildeo e emprego dos
compostos nitrogenados dentro das plantas e tornar mais eficiente a utilizaccedilatildeo de
carboidratos pelos noacutedulos (Neves 1992)
O crescimento e a produccedilatildeo das leguminosas satildeo pelo menos em parte o
resultados da interaccedilatildeo entre as cultivares das plantas as estirpes de Rhizobium e as
condiccedilotildees ambientais em que o sistema simbioacutetico se desenvolve e que afetam a
assimilaccedilatildeo distribuiccedilatildeo e utilizaccedilatildeo do carbono e nitrogecircnio pelas plantas A
disponibilidade de nitrogecircnio para as sementes em desenvolvimento determina a
produccedilatildeo e depende de uma fixaccedilatildeo de nitrogecircnio que se prolongue ateacute o periacuteodo de
enchimento dos gratildeos (Neves amp Rumjanek 1995 Rumjanek et al 2002)
As plantas dependentes da fixaccedilatildeo bioloacutegica do N requerem mais fosfato (P) que
as plantas que usam exclusivamente N mineral Os niacuteveis baixos de P podem afetar a
simbiose ao diminuir o suplemento de fotossintato ao noacutedulo reduzir a taxa de
crescimento bacteriano e a populaccedilatildeo total de Rhizobium e Bradyrhizobium (Keyser amp
Munns 1979)
A fixaccedilatildeo bioloacutegica do nitrogecircnio dar-se-aacute mediante a presenccedila de noacutedulos nas
raiacutezes induzidos pela infecccedilatildeo das raiacutezes pelas bacteacuterias (Uribe 1994) O
desenvolvimento dos noacutedulos seratildeo iniciados pela troca de sinais quiacutemicos moleculares
entre a planta e o simbionte (Singleton et al 1992 Hungria et al 2000)
Os noacutedulos e a planta hospedeira satildeo perfeitamente interligados por meio de
vasos xilemaacuteticos e floemaacuteticos e portanto totalmente integrados em termos hormonais
e nutricionais O processo de fixaccedilatildeo do nitrogecircnio tambeacutem requer um suprimento
contiacutenuo de carboidratos que fornecem tanto a energia para a reduccedilatildeo do nitrogecircnio
quantos os esqueletos de carbono necessaacuterios agrave assimilaccedilatildeo da amocircnia produzida
Durante os processos de infecccedilatildeo e desenvolvimento dos noacutedulos energia eacute
necessaacuteria agraves divisotildees celulares e eacute obtida da oxidaccedilatildeo dos carboidratos produzidos
na parte aeacuterea da planta hospedeira (Neves 1992 Silveira et al 2001 Moreira amp
Siqueira 2006)
Devido agrave existecircncia de uma grande diversidade de espeacutecies nativas de bacteacuterias
fixadoras de nitrogecircnio eacute necessaacuteria a obtenccedilatildeo de estirpes de Rhizobium de alta
qualidade capazes de sobreviver e competir pela fixaccedilatildeo eficiente do nitrogecircnio
atmosfeacuterico na leguminosa alvo (Moawad et al 1998 Silveira et al 2001 Figueiredo et
al 2001 2002)
A nodulaccedilatildeo eacute um processo de multi-passos que envolvem plantas especiacuteficas e
expressatildeo geneacutetica bacteriana compatiacutevel Os resultados de vaacuterias trabalhos tecircm
indicado a participaccedilatildeo de mediadores quiacutemicos no periacuteodo inicial do processo de
infecccedilatildeo das raiacutezes das leguminosas Flavonoides especiacuteficos satildeo reconhecidos pelo
rizoacutebio e em alguns casos este eacute um importante aspecto de reconhecimento do
hospedeiro Se o flavonoide for reconhecido ocorreraacute a siacutentese de sacariacutedeos nas
ceacutelulas bacterianas atraveacutes da accedilatildeo de vaacuterios produtos de genes e resultando a
produccedilatildeo de uma pequena famiacutelia de lipo-oligossacariacutedeos A estrutura dos tipos de
lipo-oligossacariacutedeos eacute o maior determinante da especificidade do hospedeiro
(Laeremans amp Vanderleyden 1998 Diouf et al 2000 Dakora 2003)
14 Polissacariacutedeos de Rizoacutebio
Biopoliacutemeros satildeo polissacariacutedeos microbianos tambeacutem conhecidos como gomas ou
exopolissacariacutedeos (EPS) que tem a capacidade de fornar geacuteis e soluccedilotildees viscosas em
meio aquoso (Moreira et al 2003) Tendo sido observados nas uacuteltimas deacutecadas
progressos significativos em relaccedilatildeo agrave identificaccedilatildeo caracterizaccedilatildeo e utilizaccedilatildeo de
polissacariacutedeos sintetizados por microrganismos (Padilha 1997)
Kay et al (1993) enfatizam que os biopoliacutemeros satildeo na sua maioria compostos
atoacutexicos biodegradaacuteveis produzidos extracelularmente por microrganismos natildeo
patogecircnicos a partir de fermentaccedilotildees em batelada com eficiecircncia proacutexima a 50 na
conversatildeo do substrato
O termo goma tal como usado tecnicamente pelas induacutestrias refere-se aos
polissacariacutedeos de origem vegetal ou microbiana e seus derivados de alto peso
molecular que quando solubilizados em aacutegua fria ou quente produzem suspensotildees ou
soluccedilotildees viscosas podendo formar geacuteis a baixas concentraccedilotildees (Lopes 1989 Whistler
amp BeMiller 1993)
As bacteacuterias Gram-negativas apresentam a parede celular mais fina consequumlecircncia
da menor quantidade de peptidoglicano em comparaccedilatildeo agraves Gram-positivas e tem
como maior componente um macropoliacutemero denominado lipopolissacariacutedeo A
presenccedila do lipopolissacariacutedeo fornece uma barreira hidrofiacutelica agrave superfiacutecie celular Em
muitas bacteacuterias a hidrofilicidade da superfiacutecie celular eacute aumentada pela presenccedila de
uma camada de EPS O EPS pode estar organizado de modo a formar uma camada
coesiva e aderente denominada ldquocaacutepsulardquo ou consistir em um polissacariacutedeo livre e
ldquomucilaginosordquo (slime) com pouca ou nenhuma aderecircncia celular O termo EPS ou
exopolissacariacutedeo pode ser usado tanto para descrever o polissacariacutedeo mucilaginoso
como o capsular (Portilho 2002)
Vaacuterias bacteacuterias pertencentes agrave famiacutelia Rhizobiaceae satildeo produtoras de EPS na
cultura esses EPS rizobianos satildeo heteropolissacariacutedeos de espeacutecie ou estirpe-
especiacuteficos compostos de diferentes tipos de monossacariacutedeos (Becker amp Puumlhler
1998) Existem evidecircncias de que a composiccedilatildeo de EPS varia natildeo soacute entre os diversos
gecircneros mas tambeacutem com mudanccedilas no meio ambiente bacteriano (Karr et al 2000)
e alteraccedilotildees na constituiccedilatildeo das unidades repetitivas podem afetar a habilidade
simbioacutetica do bacterioacuteide (Wielbo et al 2004) Poreacutem os mecanismos de
desenvolvimento simbioacutetico e de infecccedilatildeo ainda natildeo estatildeo claros e por isso existe
contiacutenuo interesse em se elucidar a geneacutetica a biologia molecular e a bioquiacutemica de
EPS e de superfiacutecie de origem bacteriana
Os polissacariacutedeos sintetizados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium tais como
succinoglicanas e galactoglucanas (Zevenhuizen 1997) tecircm sido extensivamente
estudados na tentativa de melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose Muitos
trabalhos tecircm sido desenvolvidos com o objetivo de revelar a composiccedilatildeo quiacutemica a
biossiacutentese e informaccedilotildees geneacuteticas destas biomoleacuteculas e relacionar suas estruturas
quiacutemicas agraves propriedades de infestaccedilatildeo das bacteacuterias nas plantas hospedeiras (Canter
Cremers et al 1991) uma vez que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes da
especificidade simbioacutetica (Gil-Serrano et al 1992)
Os EPSs segundo Costerton (1987) possibilitam vida livre agrave bacteacuteria permitindo a
aderecircncia e colonizaccedilatildeo agrave superfiacutecies soacutelidas onde nutrientes se acumulam Eles
envolvem as membranas das ceacutelulas protegendo-as do dessecamento e outros
estresses ambientais aleacutem de poder ajudar na fixaccedilatildeo de minerais e nutrientes
proacuteximos agrave bacteacuteria (Sutherland 1988 Whitfield 1988)
Rhizobia de raacutepido crescimento sintetizam diferentes EPS EPS de alta massa
molecular o qual eacute excretado para o meio e resulta no aumento da viscosidade do
meio de cultivo CPS neutro e insoluacutevel depositado como uma massa volumosa ao
redor da ceacutelula e β-1 2-glucanas ciacuteclicas acumuladas no espaccedilo periplasmaacutetico e
excretadas para o meio (Zevenhuizen 1986) Os EPS despertam maior interesse
porque podem ser recolhidos diretamente do meio para o qual satildeo secretados Esses
microrganismos podem tambeacutem formar glucanas neutras unidas glicosidicamente por
ligaccedilotildees tipo β-14 presentes como microfibrilas celuloacutesicas de baixo massa molecular
(Zevenhuizen1986 Breedveld et al 1993) e algumas vezes no meio de cultura
podem ser encontrados compostos de baixa massa molecular semelhantes aos das
unidades monomeacutericas do EPS (Breedveld et al 1990)
A siacutentese de EPS aacutecido CPS neutro e poli-β-hidroxibutirato (PHB) por Rhizobium
eacute fortemente dependente das condiccedilotildees de cultivo das linhagens utilizadas assim
como da fase de crescimento levando a resultados que podem variar
consideravelmente (Zevenhuizen 1981 1986 Tombolini amp Nuti 1989) A produccedilatildeo de
EPS por Rhizobium leguminosarum R phaseoli e R trifolii segue associada ao
crescimento enquanto que R meliloti excreta principalmente polissacariacutedeos de baixa
massa molecular quando a proliferaccedilatildeo celular estaacute limitada pela falta de nitrogecircnio em
excesso de fonte de carbono ainda presente no meio
Zevenhuizen (1986) investigando a influecircncia das condiccedilotildees de cultivo nas
quantidades de EPS CPS e glucanas sintetizadas por Sinorhizobium meliloti TA-1
atraveacutes de cultivos em meio de sais contendo aacutecido glutacircmico (01 ) e manitol (1 )
em frascos de 100 mL agitados a 25 ordmC verificou que determinadas condiccedilotildees
direcionavam a siacutentese polissacariacutedica para um produto especiacutefico A produccedilatildeo de EPS
era favorecida em ar saturado com O2 a de CPS sob condiccedilotildees limitantes de nitrogecircnio
e moderado suprimento de O2 e a produccedilatildeo de β-12-glucanas em meio contendo uma
concentraccedilatildeo quatro vezes maior da fonte de nitrogecircnio produzindo uma alta
densidade celular e consequentemente uma limitaccedilatildeo severa de O2
Em todas as linhagens o acuacutemulo de glicogecircnio celular β-12-glucana e PHB
satildeo apenas iniciados sob condiccedilotildees limitantes do crescimento celular (Zevenhuizen amp
Ebbink1974) Quando haacute exaustatildeo da fonte de carbono externa glicogecircnio e PHB satildeo
metabolizados pelas ceacutelulas sustentando assim sua longevidade e atuando como
material de reserva (Zevenhuizen1981)
Ceacutelulas de R leguminosarum bv phaseoli e bv trifolii sintetizam EPS contendo
aacutecido urocircnico PHB eou glicogecircnio e ainda CPS natildeo metabolizaacutevel e pequenas
quantidades de β-12-glucana R melioti sintetiza EPS livre de aacutecido urocircnico PHB eou
glicogecircnio e elevadas concentraccedilotildees de β-12-glucana (Zevenhuizen 1981)
EPS aacutecidos elaborados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium apresentam exceto
por pequenas diferenccedilas uma viscosidade extraordinaacuteria na composiccedilatildeo e nas
propriedades estruturais entre linhagens de diferentes espeacutecies (Zevenhuizen
19711973 e Zevenhuizen amp Scholten-Koerselman1979) Os dois tipos mais comuns de
EPS de rizoacutebio (espeacutecies de raacutepido crescimento) obtidos apoacutes a precipitaccedilatildeo com 3
volumes de etanol satildeo EPS (da S meliloti) sem aacutecido urocircnico e que apresenta na
composiccedilatildeo molar D-glucose D-galactose aacutecido piruacutevico (711) denominado de
polissacariacutedeop Tipo I e EPS (da R leguminosarum bv phaseoli e bv trifolii) com
composiccedilatildeo molar D-glucoseD-galactoseaacutecido D-glucurocircnicoaacutecido piruacutevico (5122)
denominado de polissacariacutedeo Tipo II (Zevenhuizen1981)
As fraccedilotildees polimeacutericas precipitaacuteveis com trecircs volumes de etanol satildeo produtos de
elevada massa molecular com caraacuteter aacutecido os quais resultam em soluccedilotildees aquosas
altamente viscosas Polissacariacutedeos do Tipo I satildeo produtos comuns excretados de
linhagens de S meliloti e de Agrobacterium (Hisamatsu et al1982) sendo tambeacutem
sintetizados por bacteacuterias de origem totalmente diferente tal como Alcaligenes faecalis
(Harada amp Amemura 1981) S melioti sintetiza geralmente um EPS de elevada massa
molecular do tipo succinoglicana com a composiccedilatildeo glucose galactose piruvato
succinato acetato (71111) (Cinquini Dantas 1992 Matulovaacute et al 1994 Ridoult et
al1997)
Algumas linhagens de Rhizobium apresentam composiccedilotildees de EPS desviadas
dos tipos mais comuns mencionados acima tais como R leguminosarum bv phaseoli
linhagem K-82 com EPS de composiccedilatildeo molar D-glucoseD-galactose aacutecido urocircnico
aacutecido piruacutevico (1111) e S meliloti SU-234 que produz EPS correspondente ao
polissacariacutedeo Tipo II (Zevenhuizen 1981)
Um consideraacutevel nuacutemero de polissacariacutedeos produzidos por muitas linhagens de
rizoacutebio natildeo estaacute disperso livremente no meio mas sim presente como um material
viscoso amorfo ao redor da ceacutelula Tais polissacariacutedeos como a curdlana podem ser
extraiacutedos com a simples adiccedilatildeo de NaOH 05 M seguida de precipitaccedilatildeo pela
neutralizaccedilatildeo com HCl Curdlana uma β-13-glucana linear gelificante pode ser
produzida por Agrobacterium e por algumas linhagens de Rhizobium (Harada amp
Amemura 1981 Zevenhuizen 1986) assim como pela bacteacuteria Alcaligenes faecalis
bv myxogenes (Harada et al 1966 Phillips et al1983 Lawford amp Rousseau1989) O
derivado sulfatado deste homopoliacutemero apresenta atividades anticoagulantes e
antitromboacuteticas aleacutem de exibir efeito inibitoacuterio agrave infecccedilatildeo in vitro do viacuterus HIV-1
(Jagodzinsski et al 1994) Aleacutem dos polissacariacutedeos neutro e aacutecido de elevada massa
molecular as espeacutecies de Rhizobium assim como bacteacuterias do gecircnero Agrobacterium
excretam carboidratos de baixa massa molecular os quais tem sido caracterizados
como β-12-glucanas (York et al 1980) Estas glucanas se acumulam
preferencialmente no espaccedilo periplaacutesmico da ceacutelula (Abe et al 1982) mas satildeo
tambeacutem excretadas para o meio juntamente com EPS aacutecidos Aparentemente estes
carboidratos natildeo apresentam uma funccedilatildeo especiacutefica uma vez que experimentos
realizados natildeo sugerem a sua utilizaccedilatildeo como fonte de carbono ou de energia pelas
ceacutelulas apoacutes a exaustatildeo da fonte de carbono exoacutegena Entretanto acredita-se que β-
12-glucanas sejam importantes durante processo de infestaccedilatildeo de raiacutezes de plantas
Ceacutelulas mutantes de S meliloti natildeo sintetizadoras de β-12-glucanas induziram somente
a formaccedilatildeo de pseudonoacutedulos em alfafa (Breedveld et al1990)
As β-12-glucanas ciacuteclicas satildeo moleacuteculas com grande potencial de utilizaccedilatildeo
dado o espaccedilo interno relativamente hidrofoacutebico podendo ser apropriadas como
agentes de inclusatildeo comparaacuteveis agraves ciclodextrinas constituiacutedas de 6 a 8 resiacuteduos de
glucose unidos por ligaccedilotildees α-14 Os espaccedilos internos de ambas as moleacuteculas satildeo
praticamente semelhantes Contudo a solubilidade da β-12-glucana ciacuteclica eacute maior em
relaccedilatildeo agrave ciclodextrinas (Breedveld et al 1990)
Glicogecircnio e PHB estatildeo presentes nas ceacutelulas de Rhizobium sendo que
algumas vezes ocorre separadamente em diferentes linhagens mas na sua maioria
ambos os compostos aparecem juntos em ceacutelulas de uma mesma linhagem
Vaacuterios biopoliacutemeros tem sido produzidos e utilizados comercialmente entre eles
Dextrana (produzida por bacteacuterias dos gecircneros Leuconostoc e Streptococcus) Xantana
(produzida por bacteacuterias do gecircnero Xanthomonas) Curdulana (produzida pelas
bacteacuterias Alcaligenes faecalis bv mixogenes e Agrobacterium radiobacter) Alginato
bacteriano (produzido por bacteacuterias dos gecircneros Azotobacter principalmente
Azotobacter vinelandii e Pseudomonas) Zanflo (produzido pela bacteacuteria Erwinia
tahitica) Gelana (produzida pela bacteacuteria Sphingomonas paucimobilis anteriormente
classificada como Pseudomonas elodea) Welana (produzida por espeacutecies de
Alcaligenes) Escleroglucana (produzida por diferentes espeacutecies de Sclerotium)
Pululana (produzida pelo fungo Aureobasidium pullulans) Celulose bacteriana
(produzida pela bacteacuteria Acetobacter xilinum) (Sutherland 1992 Martins amp Saacute-Correia
1993 Giavasis el al 2000 Maugeri 2001 Giavasis et al 2003 Kalogiannis et al
2003 Campbell et al 2003)
Outros biopoliacutemeros que estatildeo em estudo natildeo sendo produzidos em escala
industrial podem ser citados tais como indicana (produzida por Beijerinckia indica)
emulsana (produzida por Acinetobacter calcoaceticus) pululana (produzida pela
levedura Rhodotorula bacarum) ciclossoforanas (produzidas por Rhizobium
Agrobacterium e algumas espeacutecies de Xanthomonas) clairana (produzida por
Beijerinckia sp) diutana (produzida pelo gecircnero Sphingomonas) (Maugeri 2001
Navarrete amp Shah 2001 Chi amp Zhao 2003 Moreira et al 2003) Ateacute o momento
dextrana e xantana satildeo praticamente os uacutenicos polissacariacutedeos microbianos
comercializados em larga escala A goma gelana eacute o terceiro polissacariacutedeo produzido
comercialmente por biossiacutentese microbiano utilizado na induacutestria de alimentos
(Maugeri 2001)
15 Reologia
A etmologia da palavra rheologia tem raiz e busca significado nos vocaacutebulos
gregos rheo = deformaccedilatildeo e logia = ciecircncia ou estudo Portanto reologia eacute a ciecircncia
que estuda como a mateacuteria se deforma ou escoa quando submetida a esforccedilos
originados por forccedilas externas Schlumberger (1982) Estuda o comportamento
deformacional e do fluxo de mateacuteria submetido a tensotildees sob determinadas condiccedilotildees
termodinacircmicas ao longo de um intervalo de tempo Inclui propriedades como
elasticidade viscosidade e plasticidade No caso mais simples a propriedade reoloacutegica
de interesse no caso de soacutelidos eacute a sua elasticidade e nos fluidos eacute a viscosidade que
pode ser interpretada como a resistecircncia interna ou fricccedilatildeo interna do fluido oferece
para escoar ou tambeacutem como a medida da fricccedilatildeo interna de um fluiacutedo Quanto mais
viscosa o fluido mais difiacutecil de escoar e maior o seu coeficiente de viscosidade
(Pasquel1999)
As propriedades reoloacutegicas das soluccedilotildees de poliacutemeros mudam com a natureza
do soluto dependem da massa molecular meacutedia da estrutura molecular dos grupos
acetil ou piruvato (Casas et al 2000 Moradi-Araghi 2000 Diltz amp Zeller 2001
Navarrete et al 2001)
Viscoelasticidade eacute uma das propriedades reoloacutegicas mais simples de
substacircncias de comportamento reoloacutegico complexo como satildeo os biopoliacutemeros uma
vez que soluccedilotildees de biopoliacutemeros com interesse de aplicaccedilatildeo comercial exibem
propriedades viscoelaacutesticas isto eacute a capacidade de formar geacuteis verdadeiros em baixas
concentraccedilotildees e portanto com caracteriacutesticas intermediaacuterias entre soacutelidos e fluiacutedos
(Szczesniak 1993)
Entretanto uma das importantes indicaccedilotildees de que um biopoliacutemero tem
propriedades funcionais com viabilidade de aplicaccedilatildeo comercial como agente
espessante estruturante ou gelificante eacute o resultado da medida da viscosidade
aparente de suas soluccedilotildees aquosas (Szczesniak 1993)
A viscosidade de uma soluccedilatildeo polimeacuterica eacute uma funccedilatildeo do tamanho e da forma e
conformaccedilatildeo que adotam suas moleacuteculas no solvente sendo que no caso de alimentos
e bebidas o solvente eacute uma soluccedilatildeo de outros solutos Assim sendo as soluccedilotildees das
gomas satildeo dispersotildees de moleacuteculas hidratadas eou agregados de moleacuteculas
hidratadas e seu comportamento reoloacutegico eacute determinado pelo tamanho forma
facilidade de deformaccedilatildeo ou flexibilidade e presenccedila e magnitude da carga eleacutetrica
nessas moleacuteculas hidratadas eou agregados As soluccedilotildees de polissacariacutedeos exibem
dois tipos gerais de comportamento reoloacutegico pseudoplaacutestico e tixotropia As soluccedilotildees
da maioria das gomas experimentam uma diminuiccedilatildeo da viscosidade com o aumento da
temperatura sendo que a goma xantana eacute uma exceccedilatildeo entre 0 e 100 ordm C (Pasquel
1999)
Na Viscoelasticidade os liacutequidos viscosos natildeo possuem forma geomeacutetrica
definida e escoam irreversivelmente quando submetidos a forccedilas externas Por outro
lado os soacutelidos elaacutesticos apresentam forma geomeacutetrica bem definida e se deformados
pela accedilatildeo de forccedilas externas assumem outra forma geomeacutetrica de equiliacutebrio Muitos
materiais apresentam um comportamento mecacircnico intermediaacuterio entre estes dois
extremos evidenciando tanto caracteriacutesticas viscosas como elaacutesticas e por este
motivo satildeo conhecidos como viscoelaacutesticos
Quanto agrave deformaccedilatildeo os fluidos podem ser classificados em
Reversiacuteveis ou elaacutesticos satildeo sistemas que natildeo escoam sua deformaccedilatildeo eacute
reversiacutevel e o sistema obedece agrave Lei de Hooke
Irreversiacuteveis ou viscosos satildeo sistemas que escoam sua deformaccedilatildeo eacute
irreversiacutevel e o sistema obedece agrave Lei de Newton de viscosidade constante
Tambeacutem podem ser classificados quanto agrave relaccedilatildeo entre a taxa de deformaccedilatildeo e a
tensatildeo de cisalhamento
Fluidos Newtonianos sua viscosidade eacute constante seguem a Lei de
Newton Esta classe abrange todos os gases e liacutequidos natildeo polimeacutericos e
homogecircneos A relaccedilatildeo entre a taxa de deformaccedilatildeo e a tensatildeo de cisalhamento
eacute linear e o coeficiente angular da reta eacute a viscosidade (Severs 1962)
Ex aacutegua leite soluccedilotildees de sacarose oacuteleos vegetais
Fluidos Natildeo Newtonianos a relaccedilatildeo entre a taxa de deformaccedilatildeo e a tensatildeo de
cisalhamento natildeo eacute constante A relaccedilatildeo eacute natildeo linear e o coeficiente angular
(viscosidade) varia com a taxa de deformaccedilatildeo (Severs 1962)
Aleacutem disso os fluidos natildeo newtonianos ainda podem ser classificados em
viscoelaacutesticos dependentes e independentes do tempo (Figura 1)
A Figura 2 mostra o comportamento reoloacutegicos do fluido newtoniano e dos fluidos
natildeo newtonianos independentes do tempo
O comportamento reoloacutegico dos fluidos pode ser caracterizado atraveacutes da
relaccedilatildeo entre a tensatildeo de cisalhamento (forccedilaaacuterea cisalhada) e a taxa de deformaccedilatildeo
Normalmente os poliacutemeros em soluccedilatildeo diluiacuteda demonstram um comportamento de
liacutequido newtoniano Em soluccedilatildeo concentrada ou no estado fundido os poliacutemeros
apresentam um comportamento reoloacutegico distinto que lhes confere a denominaccedilatildeo de
fluidos natildeo-newtonianos (Tager 1978)
Dependentes do tempo
Independentes do tempo
Tixotroacutepicos
Sem tensatildeo de cisalhamento
inicial
Natildeo Newtoniano
Com tensatildeo de cisalhamento
inicial
Dilatantes
Herschel-Bulkley
Fluidos
Newtoniano
Viscoelaacutesticos
Reopeacuteticosticos
Pseudoplaacutesticos
Plaacutesticos de Bingham
Figura 1 Classificaccedilatildeo dos Fluidos segundo seu comportamento reoloacutegico
Figura 2 Curvas de escoamento de fluidos newtoniano e natildeo newtonianos de propriedades independentes do tempo de cisalhamento
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Os fluidos natildeo-newtonianos cujas propriedades reoloacutegicas satildeo independentes do
tempo temos diversos tipos de comportamento de materiais que satildeo denominados
viscoplaacutesticos ou de Bingham dilatante e pseudoplaacutesticos
Os materiais viscoplaacutesticos ou de Bingham necessitam de uma tensatildeo inicial
para comeccedilarem a deformaccedilatildeo cisalhamento mantendo entatildeo a relaccedilatildeo entre tensatildeo
e taxa de deformaccedilatildeo que pode ser constante ou natildeo Em soluccedilotildees de poliacutemeros de
alto peso molecular muitas vezes uma tensatildeo de cisalhamento miacutenima se faz
necessaacuteria a fim de vencer as interaccedilotildees intermoleculares existentes Soacute apoacutes o
colapso destas ligaccedilotildees ocorre o escoamento do fluido Como exemplos destes fluidos
podem ser citados a margarina polpa de papel e a maioria das tintas (Bretas 1987)
Os materiais com comportamento dilatante ou pseudoplaacutestico natildeo necessitam de
uma tensatildeo miacutenima para escoarem mas a viscosidade destes fluidos varia de forma
natildeo linear com a taxa de deformaccedilatildeo (Cheremisinoff 1993)
Os materiais pseudoplaacutesticos incluem a maioria dos fluidos natildeo-newtonianos
como por exemplo soluccedilotildees polimeacutericas acetato de celulose maionese suspensotildees
de polpa de papel e pigmentos (Cheremisinoff 1993) A maioria dos poliacutemeros
sinteacuteticos no seu estado fundido e das soluccedilotildees aquosas de polissacariacutedeos satildeo
exemplos de materiais pseudoplaacutesticos (Lopes 1989)
O termo dilatacircncia eacute empregado normalmente para descrever tanto uma
expansatildeo de volume sob cisalhamento como para caracterizar o aumento de
viscosidade de certos fluidos com o aumento da velocidade de cisalhamento Neste
uacuteltimo aspecto a dilatacircncia eacute observada como fenocircmeno inverso agrave pseudoplasticidade
(Bauer amp Collins 1967) O comportamento dilatante pode ser observado em
suspensotildees muito concentradas em que as partiacuteculas constituintes satildeo irregulares e
natildeo se orientam facilmente ou em poliacutemeros fundidos onde haacute formaccedilatildeo de cristais
durante o processo de escoamento (Lopes e Andrade 1991) Como exemplos de
dilatantes podemos citar as suspensotildees aquosas de dioacutexido de titacircnio suspensotildees de
amido de milho em etilenoglicolaacutegua goma araacutebica areia de praia molhada entre
outros (Lopes e Andrade 1991 Cheremisinoff 1993)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Os fluidos natildeo-newtonianos cujas propriedades reoloacutegicas satildeo dependentes do
tempo temos diversos tipos de comportamento de materiais que satildeo denominados de
reopeacuteticos e tixotroacutepicos Materiais que se tornam mais viscosos durante a
transformaccedilatildeo em cisalhamento suave satildeo chamados reopeacuteticos exibem um aumento
da viscosidade com o aumento da velocidade de cisalhamento a uma velocidade de
cisalhamento constante (suspensatildeo de gesso solos) e os que se tornam menos
viscosos satildeo chamados tixotroacutepicos (tinturas vaacuterios lubrificntes) (Cheremisinoff 1993)
Os materiais tixotroacutepicos satildeo inevitavelmente pseudoplaacutesticos mas nem todo
pseudoplaacutestico eacute tixotroacutepico (Lenk 1978)
Uma outra categoria de fluidos natildeo-newtoniano eacute representada pelos fluidos
viscoeslaacutesticos Um material eacute descrito como viscoelaacutestico quando em suas
propriedades mecacircnicas parte da energia eacute armazenada e outra parte eacute dissipada
como calor Na verdade todos os corpos reais satildeo viscoelaacutesticos (Graessley 1984)
Um fluido viscoelaacutestico em equiliacutebrio quando submetido agrave uma tensatildeo cisalhante
responde de dois modos sobrepostos Primeiro o material exibe uma resposta elaacutestica
que corresponde ao deslocamento das moleacuteculas de sua posiccedilatildeo inicial para uma nova
posiccedilatildeo de equiliacutebrio Isto ocorre logo apoacutes a aplicaccedilatildeo da tensatildeo e eacute chamado de
tempo de relaxamento O segundo modo de resposta agrave tensatildeo eacute o escoamento viscoso
iniciando-se tambeacutem logo que esta eacute aplicada O escoamento viscoso eacute por
conseguinte irreversiacutevel espontaneamente podendo continuar mesmo apoacutes o aliacutevio da
tensatildeo (Tager 1978) Como exemplos desta classe de fluiacutedos poliacutemeros como o
naacuteilon vaacuterias soluccedilotildees polimeacutericas e geleacuteias (Cheremisinoff 1993)
O estudo reoloacutegico de sistemas polimeacutericos tem auxiliado tanto na compreensatildeo
da estrutura molecular de muitos tipos de poliacutemeros quanto na forma como esta
conformaccedilatildeo estrutural afeta o comportamento reoloacutegico quer em condiccedilotildees
permanentes quer em deformaccedilatildeo intermitente A viscosidade e a elasticidade satildeo as
duas faces que tendem a caracterizar a maneira como um material reage a uma tensatildeo
imposta (Machado 2002)
A estrutura quiacutemica de cada biopoliacutemero bem como os grupos substituintes que
ele possui determinam suas caracteriacutesticas reoloacutegicas e portanto suas potenciais
aplicaccedilotildees (Pace 1991)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Os polissacariacutedeos microbianos variam consideravelmente em suas
propriedades fiacutesicas incluindo as caracteriacutesticas reoloacutegicas influenciando
marcadamente o processo fermentativo (Sutherland 1990)
2 JUSTIFICATIVA
A relevacircncia deste trabalho consiste na necessidade do desenvolvimento de
tecnologias de baixo custo capazes de melhorar os niacuteveis de produtividade do feijoeiro
podendo ser favorecido pelo estudo do comportamento da produccedilatildeo de polissacariacutedeos
por Rhizobium sp onde os resultados permitiratildeo avaliar a produccedilatildeo do biopoliacutemero
sintetizado como uma alternativa viaacutevel e promissora principalmente pelo uso de
bioproduto para formulaccedilatildeo de inoculante visando incrementar a contribuiccedilatildeo no
processo da Fixaccedilatildeo Bioloacutegica de Nitrogecircnio podendo gerar no futuro insumos
bioloacutegicos capazes de promover saltos qualitativos para a agricultura
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
3 OBJETIVOS 31 Geral Obter isolados de rizoacutebios para maior eficiecircncia no desenvolvimento da planta visando
selecionar microrganismos para produccedilatildeo de polissacariacutedeos extracelulares e que
possuam capacidade para produzir biopoliacutemero
32 Especiacuteficos
Estudo cineacutetico do cultivo de rizoacutebios para determinar as condiccedilotildees culturais que
assegurem uma produccedilatildeo eficiente de polissacariacutedeos
Determinar quais os melhores isolados produtores de polissacariacutedeo em meio
liacutequido (gL-1)
Estudar paracircmetros na produccedilatildeo de exopolissacariacutedeo formado pelas estirpes de
rizoacutebio tais como volume de inoacuteculo e o comportamento viscosimeacutetrico da
dispersatildeo do polissacariacutedeo
Avaliar a influecircncia do tempo na produccedilatildeo do polissacariacutedeo pelo
acompanhamento de consumo de substrato e de formaccedilatildeo do produto
Determinar a composiccedilatildeo quimica e a dosagem de sacarose das melhores
estirpes produtoras de polissacariacutedeo
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
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Pseudomonas Antonie van Leeuwenhoek v 40 p 103-120 1974
______________________ amp Scholten-Koerselman H J Surface carbohydrates of
Rhizobium I β-12-Glucans Antonie van Leeuwenhoek v 45 p165-175 1979
ZIMMERMANN MJO amp TEIXEIRA MG Origem e evoluccedilatildeo In Zimmermann MJO
Rocha M Yamada T eds Cultura do feijoeiro Fatores que afetam a produtividade Piracicaba Associaccedilatildeo Brasileira para Pesquisa da Potassa e do
Fosfato 1988 p50-79
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
5 CAPIacuteTULO 1
BIOPOLIacuteMEROS SINTETIZADOS POR Rhizobium sp PRODUCcedilAtildeO E COMPORTAMENTO REOLOacuteGICO
Barreto M C S 12 Figueiredo M V B 2 Burity H A2 Lima-Filho J L 1
1Universidade Federal de Pernambuco Rua Nelson Chaves sn Cidade Universitaacuteria
Recife ndash PE Brasil
2Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria ndash IPA Laboratoacuterio Biologia do
Solo Av Gal San Martin 1371 Bongi Recife ndash PE Brasil
Autor de correspondecircncia Maria do Carmo Silva Barreto Empresa Pernambucana de Pesquisa
Agropecuaacuteria ndash IPA Laboratoacuterio Biologia do Solo Av Gal San Martin 1371 Bongi Recife ndash PE
Brasil E-mail mcsbarretogmailcom
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
RESUMO Os biopoliacutemeros polissacariacutedicos de origem microbiana sintetizados por bacteacuterias
fungos e leveduras satildeo tambeacutem conhecidos como goma devido a sua capacidade de
formar soluccedilotildees viscosas e geacuteis em meio aquoso A produccedilatildeo de exopolissacariacutedeos
(EPS) microbianos tem sido objeto de intensa pesquisa tendo em vista seu elevado
potencial de aplicaccedilatildeo em diferentes setores No entanto os polissacariacutedeos
sintetizados por bacteacuterias do grupo Rhizobium tem sido estudados na tentativa de
melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose leguminosa X Rhizobium uma vez
que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes da especificidade simbioacutetica
entretanto a precisa funccedilatildeo destas moleacuteculas ainda estaacute sendo investigada No
processo de produccedilatildeo e viscosidade de polissacariacutedeo a ser obtido deve-se considerar
desde o microrganismo em estudo ateacute a determinaccedilatildeo dos paracircmetros de agitaccedilatildeo
tempo de incubaccedilatildeo excesso ou ausecircncia de carboidratos e volume de inoculo onde
se destaca o meio de produccedilatildeo e sua influecircncia na siacutentese no rendimento e na
composiccedilatildeo dos EPS O objetivo deste trabalho foi avaliar a produccedilatildeo e viscosidade de
biopoliacutemeros obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp comparados com a estirpe padratildeo
Rhizobium tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo O biopoliacutemero foi obtido
atraveacutes de agitaccedilatildeo em incubador agitador As condiccedilotildees foram 28 degC 200 rpm por 96
e 168 horas em meio YM modificado Foram avaliados a produccedilatildeo pela massa seca
da soluccedilatildeo aquosa dos biopoliacutemeros a 25 (vv) atraveacutes da teacutecnica da massa seca e
apoacutes a secagem do produto foi realizada em dissecador agrave temperatura de 30 degC ateacute
massa constante Para medidas de viscosidade as amostras foram determinadas em
viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT Spindle 1) a 20 degC a diferentes taxas
de cisalhamento Os resultados mostraram que os isolados no tempo de fermentaccedilatildeo
de 168 horas apresentou maior produccedilatildeo de EPS Com o aumento do tempo tambeacutem
houve um aumento da viscosidade para todos os isolados
Palavras Chave Exopolissacariacutedeos (EPS) reologia rizoacutebio
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ABSTRACT
The biopolymers are polysaccharide from microbial origin synthesized by bacteria fungi
and yeast They are also known as gums due to their capacity to produce viscous
solutions and gel in an acquoso medium The production of microbial Exopolysaccharide
(EPS) has been an object of intensive research due to its high application and potential
in different fields However the polysaccharide synthesized by bacteria from
Rhizobium have been studied to help understand their participation in the leguminous
symbiosis X Rhizobium since these biopolymers seem to determine the symbiotic
specificity however the precise function of those molecules are still to be seen to
During the process of production and viscosity of polysaccharide it should be
considered from the microorganism being studied to the determination of rotatory
parameters time of incubation excess or lack of carbohydrates and inocule volume in
which the production medium and its influence on the synthesis is highlighted in the
yield and composition of exopolysaccharides The aim of this research is to evaluate the
production and viscosity of biopolymers obtained form 8 isolated Rhizobium sp
compared to standard strain Rhizobium tropici (CIAT 899) in different culture timing The
biopolymer was obtained through rotation in shakers The conditions were 28degC
200rpm per 96 and 168 hours in modified YM medium The following items were
evaluated the production via dry weight of acquoso solution of biopolymers at 25
(vv) through the technique of dry weight and after drying the product which was done in
a dessicator at 30degC with constant weight For measuring viscosity the samples were
identified by using a rotational Brookfield (model RVT Spindle 1) viscometer at 20degC
and shear rate The results showed that the isolated ones had a bigger production within
168 hours of fermentation time Besides by increasing the time there was also an
increase of viscosity for all the isolated ones
Keywords Exopolysaccharide(EPS) rheology rhizobia
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
51 Introduccedilatildeo
Os biopoliacutemeros polissacariacutedicos de origem microbiana sintetizados por bacteacuterias
fungos e leveduras satildeo tambeacutem conhecidos como goma devido a sua capacidade de
formar soluccedilotildees viscosas e geacuteis em meio aquoso Esses polissacariacutedeos de cadeia
complexa tambeacutem satildeo conhecidos como gomas devido a sua capacidade de formar
soluccedilotildees viscosas e geacuteis em meio aquoso
Um grande nuacutemero de bacteacuterias conhecidas produz quantidades abundantes de
exopolissacariacutedeos (EPS) particularmente as patogecircnicas de plantas como as
Xanthomonas Erwinia e as bacteacuterias fixadoras de nitrogecircnio Rhizobium Beijerinkia e
Azotobacter (Vermani et al 1995) Destas os exopolissacariacutedeos de Xanthomonas
campestris (xantana) Sphingomonas paucimobilis e Pseudomonas elodea (gelana)
Acetobacter xylinum (celulose) e Rhizobium sp (succinoglucana) estatildeo sendo
comercializados (Sutherland 2001)
Os polissacariacutedeos extracelulares sintetizados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium
tecircm sido estudados na tentativa de melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose
leguminosa x Rhizobium uma vez que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes
da especificidade simbioacutetica entretanto a precisa funccedilatildeo destas moleacuteculas ainda estaacute
sendo investigada
Segundo Costerton (1987) os EPS possibilitam vida livre agrave bacteacuteria permitindo a
aderecircncia e colonizaccedilatildeo agrave superfiacutecies soacutelidas onde os nutrientes se acumulam Eles
envolvem as membranas das ceacutelulas protegendo-as do dessecamento e outros
estresses ambientais aleacutem de poder ajudar na fixaccedilatildeo de minerais e nutrientes proacuteximo
a bacteacuteria (Sutherland 1988 Whitfield 1988) Ainda segundo Costerton (1987) os
EPS podem ser homopoliacutemeros ou heteropoliacutemeros e possuem uma variedade de
substituintes natildeo carboidratados Entre os homopoliacutemeros encontrados em bacteacuterias
que interagem com plantas as mais comuns satildeo as glucanas periplasmaacuteticas β (1-2)
que estatildeo presentes em Rhizobiaceae (Otoboni 2001)
Os polissacariacutedeos bacterianos hidrossoluacuteveis vecircm sendo utilizados pelas induacutestrias
como emulsificantes estabilizantes espessantes agentes de suspensatildeo e dependendo
de sua natureza quiacutemica as gomas microbianas podem tambeacutem ser empregadas como
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
promotoras de gelificaccedilatildeo No entanto os polissacariacutedeos sintetizados por bacteacuterias do
gecircnero Rhizobium tais como succinoglicanas e galactoglucanas (Zevenhuizen 1997
Younes et al 2000) tecircm sido estudados na tentativa de melhor compreender sua
participaccedilatildeo na simbiose
A produccedilatildeo de EPS microbianos tem sido objeto de intensa pesquisa tendo em
vista seu elevado potencial de aplicaccedilatildeo em diferentes setores pois natildeo se encontra
exposta agraves alteraccedilotildees climaacuteticas ou agrave problemas nas colheitas que prejudicam a oferta
e alteram o custo de produccedilatildeo das gomas tradicionais No processo de produccedilatildeo de
polissacariacutedeos deve-se considerar desde o microrganismo em estudo ateacute a
determinaccedilatildeo dos paracircmetros de agitaccedilatildeo tempo de incubaccedilatildeo excesso ou ausecircncia
de carboidratos e volume de inoacuteculo onde se destaca o meio de produccedilatildeo e sua
influecircncia na siacutentese no rendimento e na composiccedilatildeo dos EPS (Faria 2002)
Na literatura estatildeo descritos vaacuterios meios de produccedilatildeo entretanto a composiccedilatildeo
qualitativa eacute a mesma e cada suplemento apresenta uma determinada funccedilatildeo na
produccedilatildeo de polissacariacutedeo Basicamente os meios para produccedilatildeo de polissacariacutedeos
apresentam uma fonte de foacutesforo e potaacutessio (fosfato de potaacutessio) e nitrogecircnio (sulfato
de amocircnio) em concentraccedilotildees adequadas para o crescimento do microrganismo uma
fonte de carbono (glicose sacarose manose frutose e outras) como reserva energeacutetica
e ainda oligoelementos como Na1+ K1+ Ca2+ Mg2+ Fe2+ e outros os quais tecircm um
papel importante como cofatores enzimaacuteticos nas vias de produccedilatildeo do polissacariacutedeo
(Martins et al 1990 Wong 1993 Madi et al 1997)
Soluccedilotildees de biopoliacutemeros bacterianos com propriedades reoloacutegicas interessantes
do ponto de vista industrial geralmente exibem propriedades pseudoplaacutesticas
viscoelaacutesticas e tensatildeo residual elevada (Sutherland 2001) poreacutem a viscosidade
aparente do caldo de fermentaccedilatildeo era o paracircmetro utilizado para avaliar a qualidade do
biopoliacutemero (Scamparini 1991 Bueno amp Garcia-Cruz 2000) Dos paracircmetros que
interferem na viscosidade dos poliacutemeros pode-se citar o tipo de estrutura molecular e
concentraccedilatildeo de poliacutemero A viscosidade da soluccedilatildeo aquosa de um polissacariacutedeo estaacute
diretamente relacionada com a rigidez de sua moleacutecula que por sua vez depende da
sua estrutura principalmente da estrutura primaacuteria e secundaacuteria a qual estaacute
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
diretamente relacionada agrave bacteacuteria utilizada e agraves condiccedilotildees operacionais do processo
de produccedilatildeo (Bradshaw et al 1983)
A seleccedilatildeo de microrganismos que produzam polissacariacutedeos com propriedades
funcionais economicamente interessantes bem como os estudos para otimizar o
rendimento e a produtividade dos processos fermentativos na obtenccedilatildeo destes eacute um
desafio constante (Boza 2002) A seleccedilatildeo da linhagem deveria ser o primeiro passo
quando se tenta um processo especiacutefico de produccedilatildeo
Dentro deste contexto este trabalho teve como objetivo geral avaliar a produccedilatildeo e
viscosidade de EPS obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp comparados com a estirpe
padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo
52 Material e Meacutetodos
Microrganismos
Foram utilizadas as bacteacuterias pertencentes ao gecircnero Rhizobium 8 isolados (nativos
da regiatildeo do sertatildeo de Pernambuco ndash Araripina) do banco de germoplasma da
Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria - IPA resistentes a alta
temperatura e formadoras de goma e uma estirpes padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899)
obtidas do Centro Nacional de Pesquisa em Agrobiologia - CNPAB EMBRAPA
As estirpes descritas na Tabela 1 foram mantidas em meio YMA (Vincent 1970 -
modificado) contendo (gL-1) sacarose (30 g) extrato de levedura (04 g) 1 mL de
K2HPO4 a 10 4 mL de KH2PO4 a 10 2 mL de MgSO47H2O a 10 1 mL de NaCl
a 10 5 mL de Azul de Bromotimol 025 em KOH a 02N ou 10 mL de Vermelho
Congo a 025
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Inoacuteculo
As estirpes descritas na Tabela 1 foram purificadas por repicagem em placas de
petri contendo o meio YMA (Vincent 1970 - modificado) utilizando o corante vermelho
do congo como indicador Apoacutes a purificaccedilatildeo as bacteacuterias foram repicadas em tubos
inclinados em meio de cultura sem o indicador vermelho de congo as quais foram
incubados a 28 degC por 48 horas em estufa e armazenadas a plusmn4 degC
A partir dessas culturas os experimentos foram conduzidos em duas etapas
Primeiro preparou-se um preacute-inoacuteculo partindo de uma alccedilada de cultura crescida sobre
meio YMA e incubada em estufa por 48 h a 28 plusmn 1 degC Transcorrido este periacuteodo
Isolados
Estirpe
Tamanho
das colocircnias
Tempo
Crescimento (dias)
pH
Transparecircncia
Hospedeiro
Origem
ISOL-1
gt 1 mm
2
Alcalino
Transluacutecido
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-2
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-3
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-4
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-6
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-11
gt 1 mm
2
Aacutecido
Transluacutecido
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-14
lt 1 mm
2
Levemente
Aacutecido
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-16
gt 1 mm
2
Levemente
Aacutecido
Opaco
Phaseolus vulgaris
CIAT 899
gt 1 mm
2
Aacutecido
Transluacutecido
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
Cali-CO
Tabela 1 Caracteriacutesticas morfofisioloacutegicas dos Isolados de rizoacutebios e da estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
preparou-se o inoacuteculo atraveacutes da transferecircncia asseacuteptica em Erlenmeyer de 250 mL
com 80 mL de meio de produccedilatildeo contendo 25 (vv) de uma cultura do preacute-inoacuteculo
crescida ateacute a fase logariacutetma e incubados em agitador rotatoacuterio a 200 rpm a 28 plusmn 1 degC
em triplicata
Produccedilatildeo e recuperaccedilatildeo de biopoliacutemero
A produccedilatildeo total dos biopoliacutemeros [g(Lh)-1] obtidos nos diferentes tempos de
cultivo foram avaliados pela massa do produto seco por volume de meio YM
modificado em Incubadora refrigerada com agitaccedilatildeo Modelo TE-421 TECNAL A
quantidade produzida de EPS durante a fermentaccedilatildeo foi determinada atraveacutes da
teacutecnica da massa seca Apoacutes centrifugaccedilatildeo aacutelcool etiacutelico PA foi adicionado ao mosto
fermentado ateacute atingir a concentraccedilatildeo de 80 na soluccedilatildeo hidroalcooacutelica formada
Apoacutes a total precipitaccedilatildeo do EPS presente no meio fermentado foi realizado a secagem
do produto em dissecador agrave temperatura 30 degC ateacute massa constante Todas as
determinaccedilotildees foram efetuadas em triplicata
Viscosidade
A caracterizccedilatildeo reoloacutegica do biopoliacutemero produzido foi determinada em um
viscosiacutemetro rotacional Brookfield modelo RVT com spindle 1 a 20 degC acoplados a
um banho-maria termostatizado modelo TE-184 TECNAL Foram determinadas as
viscosidades aparentes e a avaliaccedilatildeo do comportamento pseudoplaacutestico As equaccedilotildees
e procedimentos especiacuteficos aplicados para os caacutelculos das taxas de cisalhamento em
funccedilatildeo da rotaccedilatildeo aplicada no material foram obtidos atraveacutes dos meacutetodos verificados
por Mitschka (1982) citado por Morais (1999) para reocircmetros deste modelo (RV)
O modelo reoloacutegico adotado foi de Ostwald-de Waele (power-law)
n
kibull
= γτ )(
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Pelo meacutetodo utilizado a tensatildeo de cisalhamento eacute calculada pela multiplicaccedilatildeo da
leituras de torque pela constante tabelada kat (funccedilatildeo do rotor) e a taxa de cisalhamento
pela constante kγ (funccedilatildeo do rotor e iacutendice da potecircncia) (Morais 1999)
)()( iLKi at=τ
)()()( iWnKi γγ =
Os valores das constantes das constantes de Mitschka se encontram na tabela 2
seguinte
Tabela 2 Valores das constantes kat e kγ (Mitshka 1982)
Rotor 1 2 3 4 5 6 7
kat 0035 0119 0279 0539 105 235 84
n=01 1728 1431 1457 1492 1544 1366 1936
02 0967 0875 0882 0892 0907 0851 1007
03 0705 0656 0656 0658 0663 0629 0681
kγ 04 0576 0535 0530 0529 0528 0503 0515
05 0499 0458 0449 0445 0442 0421 0413
06 0449 0404 0392 0387 0382 0363 0346
07 0414 0365 0350 0343 0338 0320 0297
08 0387 0334 0317 0310 0304 0286 0261
09 0367 0310 0291 0283 0276 0260 0232
10 0351 0291 0270 0262 0254 0238 0209
Anaacutelise Estatiacutestica Para as anaacutelises individuais do experimento foi utilizado um delineamento
inteiramente casualizado com nove (n = 9) bacteacuterias e trecircs repeticcedilotildees (r =3) O modelo
matemaacutetico utilizado foi o aditivo linear
Yij = micro + bi + lij onde
Yij eacute a variaacutevel resposta (produccedilatildeo de biopoliacutemero) da i-eacutesima bacteacuteria na j-eacutesima
repeticcedilatildeo
micro eacute a meacutedia geral do experimento
bi eacute o efeito da i-eacutesima bacteacuteria
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
lij eacute o componente aleatoacuterio (erro experimental ou resiacuteduo) para a i-eacutesima bacteacuteria e j-
eacutesima repeticcedilatildeo Considerando eij independente e normalmente distribuiacutedo com meacutedia
zero e variacircncia σe2
O esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia utilizado para os experimentos de 96
e 168 horas pode ser visto na Tabela abaixo
Para a anaacutelise de Grupo de experimentos foi utilizado o modelo matemaacutetico Yijk = micro + bi + ti + (bt)ik + lijk onde
Yijk eacute a variaacutevel resposta (produccedilatildeo de biopoliacutemero) da i-eacutesima bacteacuteria no k-eacutesimo
tempo da j-eacutesima repeticcedilatildeo
micro eacute a meacutedia geral dos experimentos
bi eacute o efeito da i-eacutesima bacteacuteria
tk eacute o efeito do k-eacutesimo tempo
(bt)ik eacute o efeito da interaccedilatildeo hierarquica da i-eacutesima bacteacuteria com o k-eacutesimo tempo
lijk eacute o componente aleatoacuterio (erro experimental ou resiacuteduo) para a i-eacutesima bacteacuteria do
k-eacutesimo tempo na j-eacutesima repeticcedilatildeo Considerando lijk independente e normalmente
distribuiacutedo com meacutedia zero e variacircncia σe2
Fonte de variaccedilatildeo
GL
SQ
QM
F
Bacteacuterias
Resiacuteduos
1minusn
( )1minusrn
Total
1minusnr
sum=
minus
n
iCbir 1
21
Diferenccedila
CYij
r
j
n
iminussumsum
==
2
11
1Q
2Q
21
Tabela 3 ndash Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para experimentos em 96 e 168 horas
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
O esquema teoacuterico da decomposiccedilatildeo da variacircncia utilizado pode ser visto na Tabela 3
1minusnrt
53 Resultados e Discussatildeo
Produccedilatildeo de biopoliacutemero
As Tabelas 5 e 6 apresentam os resultados da anaacutelise de variacircncia e dos dados
meacutedios das anaacutelises individuais e do grupo de experimento da produccedilatildeo de biopoliacutemero
(gL-1) para os tempos de cultivo (96 e 168 horas) respectivamente
A Tabela 6 apresenta a produccedilatildeo meacutedia (gL-1) das fermentaccedilotildees realizadas em
triplicata para a produccedilatildeo do biopoliacutemero durante 96 e 168 horas de cultivo dos 8
isolados e da estirpe padratildeo CIAT 899 e a meacutedia do grupo de experimento das
mesmas Nesta observa-se que a produccedilatildeo maacutexima no periacuteodo de 168 horas de
processo ocorreu para todas as estirpes poreacutem a bacteacuteria CIAT 899 (padratildeo)
apresentou a maior produccedilatildeo em relaccedilatildeo aos demais tratamentos ( ISOL 14 ISOL 16 e
ISOL 3 ) pelo teste de Tukey a niacutevel de 1 de probabilidade Isto sugere que com o
aumento do tempo (168 horas) ocorre um aumento da produccedilatildeo o que mostra que a
Fonte de variaccedilatildeo
GL
SQ
QM
F
Bacteacuterias (B)
1minusn
_
1Q
41 QQ
Tempo (T) 1minust _ 2Q 42 QQ
Interaccedilatildeo (BxT) ( )( )11 minusminus tn _ 3Q
43
Resiacuteduo ( )1minusrnt _ 4Q
Tabela 4 ndash Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para grupo de experimentos
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
condiccedilatildeo de 30 g de sacarose 200 rpm 168 horas e 28 degC eacute a condiccedilatildeo maximizada
para a produccedilatildeo do biopoliacutemero realizada neste estudo No entanto em relaccedilatildeo a
meacutedia das produccedilotildees de 96 e 168 horas a estirpe CIAT 899 natildeo apresentou diferenccedila
significativa pelo teste de Tukey (plt001) em relaccedilatildeo ao ISOL 14 A menor produccedilatildeo
de biopoliacutemero ocorreu com o ISOL 1
FV GL
Quadrado Meacutedio 96 horas
168 horas
Bacteacuteria
Resiacuteduo
8
18
04366
00099
08720
00213
Significacircncia ao niacutevel (plt001) para o teste de F CV () 1525 (96 horas) CV() 1420 (168 horas)
Bacteacuterias
Produccedilatildeo
(gL-1) 96 horas
Produccedilatildeo
(gL-1) 168 horas
Meacutedia Produccedilatildeo
(gL-1) 96 e 168 horas
CIAT 899 12520 a 18542 a 15531 a
ISOL 14 10575 ab 16608 ab 13592 a
ISOL 16 08237 bc 13225 bc 10731 ab
ISOL 3 08825 bc 11746 cd 10285 ab
ISOL 11 06241 cd 08463 d 07352 bc
ISOL 4 04958 de 09429 cd 07194 bc
ISOL 6 04029 def 08479 d 06254 bc
ISOL 2 02162 ef 03217 e 02690 c
ISOL 1 01229 f 02779 e 02004 c
Tabela 6 Dados meacutedios das anaacutelises individuais e do grupo de experimento da produccedilatildeo de biopoliacutemeros por Rhizobium sp
Tabela 5 Resultados da anaacutelise de variacircncia da produccedilatildeo de biopoliacutemeros sintetizados por Rhizobium cultivados por 96 e 168 horas de cultivo
As meacutedias (3 repeticcedilotildees) seguidas de mesma letra natildeo diferem estatisticamente entre si pelo teste de Tukey (plt001) CV () 1525 (96 horas) CV () 1420 (168 horas) CV () 1487 (96 e 168 horas)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Entretanto sabe-se que a produccedilatildeo eacute influenciada pela linhagem do
microrganismo tempo e meio de fermentaccedilatildeo (Antunes et al 2000 Souza amp
Vendruscolo 2000 Torres et al 1993) Neste estudo a fonte de carbono utilizada como
substrato foi agrave sacarose que eacute bastante utilizada em experimentos de fermentaccedilatildeo As
fermentaccedilotildees foram realizadas com o meio de produccedilatildeo elaborado a partir do meio YM
(Vincent 1970) suplementado com uma dosagem maior de sacarose (30 gL) no intuito
de incrementar a produccedilatildeo das linhagens testadas
As bacteacuterias do gecircnero Rhizobium satildeo capazes de utilizar uma ampla gama de
produtos como fontes de carbono A literatura cita cultivos com glicose galactose
frutose arabinose xilose ramnose maltose sacarose lactose trealose rafinose
manitol furamato malato succinato citrato e piruvato (Jordan 1984) De todos estes
produtos a sacarose eacute o de mais faacutecil obtenccedilatildeo e mais vantajoso economicamente
Segundo Sutherland (2002) a glicose e sacarose satildeo usadas como fontes de carbono
preferenciais para a produccedilatildeo de biopoliacutemeros O rendimento da conversatildeo de
sacarose em ceacutelulas pelo R leguminosarum bv phaseoli oscila entre 04 e 05 g de
ceacutelulas por grama de sacarose (Boiardi 1983 Balatti 1992 IPT 1993a)
Padilha (2003) tambeacutem verificou que os resultados de fermentaccedilatildeo obtidos em
duas linhagens de Xanthomonas demonstraram a influecircncia do tempo de incubaccedilatildeo na
produccedilatildeo do biopoliacutemero onde a linhagem X axonopodis pv manihotis 289 apresentou
maior concentraccedilatildeo em ambas as condiccedilotildees testadas 72 e 96 horas 69 gL-1 e 79
gL-1 respectivamente em relaccedilatildeo agrave linhagem de X campestris pv campestris CA110
que produziu 63 gL-1 e 68 gL-1 respectivamente
Apoacutes a fermentaccedilatildeo os biopoliacutemeros foram purificados (por
centrifugaccedilatildeo) recuperados e avaliados visualmente para verificar as diferenccedilas
quanto agrave coloraccedilatildeo e estrutura das duas estirpes maiores produtoras de goma (CIAT
899 e ISOL 14) apoacutes a precipitaccedilatildeo com etanol A Figura 3 apresenta o aspecto dos
EPS precipitados a partir da produccedilatildeo onde pode-se observar diferenccedilas quanto ao
aspecto da goma precipitada Observa-se que os poliacutemeros sintetizado pelo ISOL 14
apresenta um aspecto transluacutecido enquanto que o CIAT 899 um aspecto mais opaco e
denso Quanto agrave coloraccedilatildeo natildeo foi detectada pigmentaccedilatildeo nas gomas obtidas
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Segundo Sandford (1979) os meacutetodos usados para a recuperaccedilatildeo de um
biopoliacutemero dependem sobretudo das caracteriacutesticas do microrganismo utilizado do
tipo de polissacariacutedeo e do grau de pureza desejado
Smith amp Pace (1982) revisaram esquemas de recuperaccedilatildeo para polissacariacutedeos
microbianos A precipitaccedilatildeo (baseada no caraacuteter polieletriliacutetico do polissacariacutedeo) tem
sido realizada pela adiccedilatildeo de caacutetions (como eletroacutelito) mono e polivalentes bem como
pela utilizaccedilatildeo de diversos tipos de solventes (acetona metanol etanol isopropanol 1-
butanol ou 111-tricloroetano) como agentes precipitantes
Os soacutelidos obtidos neste estaacutegio de separaccedilatildeo satildeo lavados com soluccedilatildeo
(etanolaacutegua) para remoccedilatildeo de grande parte das impurezas (Sais inorgacircnicos e
pigmentos) sendo entatildeo secos agrave vaacutecuo ou pela passagem forccedilada de ar quente ou
gaacutes inerte (Pace amp Righelato 1981) As condiccedilotildees de secagem devem ser tais que
evitem a degradaccedilatildeo quiacutemica coloraccedilatildeo excessiva ou mudanccedilas na solubilidade do
produto (Margaritis amp Pace 1985) O biopoliacutemero seco eacute entatildeo moiacutedo a uma
granulometria preacute-determinada dependendo da aplicaccedilatildeo do produto
Figura 3 ndash Aspecto do EPS precipitado sintetizado a partir do ISOL 14 (a) e do CIAT 899 (b) com 168 horas de cultivo
(a) (b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Viscosidade aparente
As propriedades reoloacutegicas foram avaliadas atraveacutes da anaacutelise de viscosidade
aparente para verificar o comportamento reoloacutegico dos EPS produzidas a temperatura
de 20 degC comparando-se nos tempos de fermentaccedilatildeo de 96 e 168 horas
Os resultados obtidos podem ser visualizados nas figuras 4 e 5 onde as soluccedilotildees
das gomas apresentaram comportamento pseudoplaacutestico isto eacute a viscosidade
aparente decresceu com o aumento da taxa de cisalhamento De acordo com a
literatura esse comportamento tem sido encontrado em soluccedilotildees polimeacutericas de
polissacariacutedeos microbianos (Amanullah et al 1996 Cacik et al 2001 Padilha 2003)
0
005
01
015
02
025
03
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0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110Taxa Cisalhamento (s-1)
Visc
osid
ade
apar
ente
(Pa
s)
ISOL 1
ISOL 2
ISOL 3
ISOL 4
ISOL 6
ISOL 11
ISOL 14
ISOL 16
CIAT899
Figura 4 Variaccedilatildeo da viscosidade aparente em funccedilatildeo da taxa de cisalhamento de soluccedilotildees aquosas de EPS 25 (vv) de 8 isolados de Rhizobium e uma estirpe padratildeo CIAT 899 a 20 degC com tempo de fermentaccedilatildeo de 96 h determinada com viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
0
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01
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0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
Taxa cisalhamento (s-1)
Visc
osid
ade
apar
ente
(Pa
s)ISOL 1
ISOL 2
ISOL 3
ISOL 4
ISOL 6
ISOL 11
ISOL 14
ISOL 16
CIAT 899
Atraveacutes dos graacuteficos comparativos entre as leituras de viscosidade aparente das
soluccedilotildees aquosas das diferentes gomas produzidas pode-se visualizar que o CIAT
899 ISOL 3 e ISOL 16 apresentaram os valores de viscosidade mais elevados em
ambos os tempos de processo poreacutem em 168 horas as viscosidades tiveram um
aumento comparando-se a 96 horas (Figura 4 e 5)
A diminuiccedilatildeo da viscosidade com o aumento da taxa de cisalhamento eacute uma
caracteriacutestica comum aos biopoliacutemeros bacterianos Beyer et al (1987) observaram que
em soluccedilotildees a 1 do polissacariacutedeo produzido por Rhizobium CB744 medidas a 25 degC
e 65 degC tambeacutem houve um decreacutescimo da viscosidade com taxa de cisalhamento e
temperatura Vendruscolo (1995) estudou o comportamento reoloacutegico das soluccedilotildees
aquosas a 6 do biopoliacutemero Beijerinckia 7070 produzido por fermentaccedilatildeo com meio
VIII contendo 5 de sacarose medido nas temperaturas de 25 45 e 65 deg C Verificou
que a viscosidade eacute dependente da temperatura e que decresce com o aumento desta
poreacutem o biopoliacutemero recupera as suas caracteriacutesticas reoloacutegicas quando a viscosidade
eacute medida novamente na temperatura inicial no caso 25 degC
Figura 5 Variaccedilatildeo da viscosidade aparente em funccedilatildeo da taxa de cisalhamento de soluccedilotildees aquosas de EPS 25 (vv) de 8 isolados de Rhizobium e uma estirpe padratildeo CIAT 899 a 20 degC com tempo de fermentaccedilatildeo de 168 h determinada com viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Em estudo realizado por Bueno amp Garcia-Cruz (2000) com a bacteacuteria do gecircnero
Pseudomonas foi verificada a influecircncia do tempo de cultivo em 24 48 e 72 horas
utilizando-se dois caldos de fermentaccedilatildeo diferentes Em um caldo a fonte de carbono
utilizada foi a glicose e no outro a sacarose na concentraccedilatildeo de 20 Os
biopoliacutemeros apresentaram comportamento pseudoplaacutestico e a maior viscosidade
aparente obtida foi em 72 horas de cultivo O meio contendo sacarose produziu fluidos
mais viscosos em 24 e 48 horas e o contendo de glicose produziu fluidos mais viscosos
somente apoacutes 72 horas de cultivo
As propriedades reoloacutegicas do biopoliacutemero devem ser estaacuteveis durante mudanccedilas
na temperatura pH e forccedila iocircnica O conhecimento sobre as propriedades dos
biopoliacutemeros principalmente a viscosidade e o comportamento reoloacutegico satildeo
importantes para futuras aplicaccedilotildees industriais refletem sua estrutura quiacutemica primaacuteria
e servem para predizer em quais produtos podem ser utilizados (Scamparini et al
1997)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
54 Conclusotildees
Eacute possiacutevel produzir biopoliacutemeros a partir de Rhizobium sp utilizando-se meio
suplementado (sacarose 30 gL)
A condiccedilatildeo maximizada para a produccedilatildeo de biopoliacutemeros sintetizados por
Rhizobium sp a partir do meio suplementado dentro das faixas estudadas foi 28
degC 200 rpm 168 horas de fermentaccedilatildeo em meio contendo 25 (vv) inoculo
A produccedilatildeo obtida nessa condiccedilatildeo foi 185 gL-1 para a estirpe CIAT 899 166
gL-1 para o ISOL 14 e 132 gL-1 para o ISOL 16
Os biopoliacutemeros sintetizados por Rhizobium sp apresentaram comportamento
reoloacutegico caracteriacutestico de soluccedilotildees polimeacutericas de polissacariacutedeos microbianos
apresentando os valores mais elevados de viscosidade aparente para CIAT 899
ISOL 3 e ISOL 16 respectivamente para soluccedilotildees aquosas de goma sintetizadas
a partir de sacarose 30 gL medidos a 20 degC em 168 horas de processo
Estudos viscosiacutemetricos de soluccedilotildees do polissacariacutedeo revelaram seu
comportamento pseudoplaacutestico mesmo em baixas concentraccedilotildees
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
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Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
6 CAPIacuteTULO 2
CINEacuteTICA MICROBIANA E COMPOSICcedilAtildeO QUIacuteMICA DOS EPSs PRODUZIDOS POR Rhizobium sp
Barreto M C S 12 Figueiredo M V B 2Oliveira J P2 Lima-Filho J L 1
1Universidade Federal de Pernambuco Rua Nelson Chaves sn Cidade Universitaacuteria
Recife ndash PE Brasil
2Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria ndash IPA Laboratoacuterio Biologia do
Solo Av Gal San Martin 1371 Bongi Recife ndash PE Brasil
O manuscrito a seguir seraacute submetido agrave revista Scientia Agraacuteria
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
RESUMO Os exopolissacariacutedeos (EPSs) satildeo definidos como polissacariacutedeos extracelulares
produzidos por alguns fungos e bacteacuterias Alguns EPSs satildeo sintetizados durante todo o
crescimento bacteriano enquanto que outros satildeo produzidos somente durante a fase
logariacutetmica ou na fase estacionaacuteria O objetivo deste trabalho foi avaliar o crescimento
microbiano e dosagem de sacarose assim como determinar a composiccedilatildeo quiacutemica das
melhores estirpes obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp em diferentes tempos de
cultivo O biopoliacutemero foi obtido atraveacutes de agitaccedilatildeo em incubador rotatoacuterio As
condiccedilotildees foram 28 degC 200 rpm por 96 e 168 horas em meio YM modificado Foram
avaliados a cineacutetica microbiana pela contagem do nuacutemero de unidades formadoras de
colocircnias (UFC) e por densidade oacutetica assim como consumo de substrato (sacarose)
pelo meacutetodo glicose-oxidase e determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo quiacutemica por cromatografia
gaacutes liacutequido (GLC) Os resultados mostraram que a cineacutetica de crescimento microbiano
apresentou na fase logariacutetmica valores correspondentes a uma concentraccedilatildeo celular
meacutedia de 109 UFCmL para todos os isolados e estirpe padratildeo CIAT 899 apoacutes 72 horas
de incubaccedilatildeo O consumo de substrato em 168 horas de fermentaccedilatildeo foi de de 455
gL e 478 gL para o ISOL 14 e CIAT 899 respectivamente A composiccedilatildeo dos
accedilucares dos exopolissacariacutedeos do ISOL 14 apresentou valores superiores de
ramnose manose galactose glicose e aacutecidos urocircnicos na moleacutecula em relaccedilatildeo a
estirpe padratildeo CIAT 899
Palavras Chave Exopolissacariacutedeos glicose rizoacutebio sacarose unidades formadoras de colocircnias (UFC)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
61 Introduccedilatildeo
Os exopolissacariacutedeos (EPSs) chamados de biopoliacutemeros ou gomas
hidrossoluacuteveis satildeo produzidos por uma grande variedade de microrganismos e
possuem propriedades fiacutesicas estruturais e quiacutemicas bastante homogecircneas em
relaccedilatildeo aos derivados de algas e plantas (Margaritis Pace 1985)
A produccedilatildeo de EPS pode ser limitada por certas condiccedilotildees como quantidade de
carboidratos nitrogecircnio cofatores no meio temperatura pH e condiccedilotildees de aeraccedilatildeo
Entretanto os efeitos destas condiccedilotildees natildeo podem ser generalizados para todas as
estirpes bacterianas deve-se levar em consideraccedilatildeo as particularidades de cada uma
Os EPSs formam uma camada protetora para as ceacutelulas protegendo-as da
desidrataccedilatildeo e de substacircncias toacutexicas e servem como fonte de carbono e energia aleacutem
de manterem os microrganismos perto das fontes alimentares
Os primeiros estudos nutricionais sobre a composiccedilatildeo do meio de produccedilatildeo foram
realizados por Davidson (1978) em cultivo contiacutenuo e por Souw amp Demain (1979) em
batelada Souw amp Demain (1979) estudaram diferentes fontes de carbono e nitrogecircnio e
concluiacuteram que as melhores fontes de carbono satildeo accediluacutecares especialmente glicose e
sacarose Aleacutem do tipo de substrato utilizado a concentraccedilatildeo inicial deste no meio de
cultivo parece ser um fator decisivo para o sucesso do processo fermentativo
Thomart et al (1985) concluiacuteram que a produccedilatildeo de poliacutemero eacute altamente
dependente da concentraccedilatildeo inicial de accediluacutecar enquanto o crescimento do
microrganismo independe desta concentraccedilatildeo inicial de accediluacutecar Foi relatada uma
produccedilatildeo decrescente de poliacutemero agrave medida em que a concentraccedilatildeo inicial de glicose
foi aumentada caindo rapidamente a razatildeo poliacutemerobiomassa para concentraccedilotildees
iniciais maiores que 3
Diversas pesquisas tecircm tentado elucidar a rota biossinteacutetica as condiccedilotildees de
crescimento e a fisiologia bacteriana que leva agrave produccedilatildeo de polissacariacutedeos Alguns
EPSs satildeo sintetizados durante todo o crescimento bacteriano enquanto que outros satildeo
produzidos somente durante a fase logariacutetmica ou na fase estacionaacuteria A siacutentese de
todos esses EPSs eacute um processo intracelular utilizando accedilucares difosfato nucleotiacutedios
(De Souza Sutherland 1994)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Tem sido observado que as limitaccedilotildees da fonte de nitrogecircnio fosfato ou enxofre em
presenccedila de excesso de carboidrato podem conduzir a um aumento na siacutentese de
polissacariacutedeo embora a quantidade seja tambeacutem afetada pelo teor de oxigecircnio pH e
temperatura Cada cepa bacteriana difere em sua resposta ao efeito destas mudanccedilas
ambientais e agrave fonte de carbono utilizada (Faria 2002) Portanto a utilizaccedilatildeo do meio
de fermentaccedilatildeo mais adequado para a produccedilatildeo de EPS iraacute refletir nas propriedades
funcionais de cada polissacariacutedeo obtido
Para a produccedilatildeo de EPS podem ser usados os mais diversos substratos glicose
frutose sacarose lactose amido hidrolisado metanol diferentes hidrocarbonetos O
custo de produccedilatildeo eacute dependente destes substratos (Margaritis Pace 1985) De todos
estes produtos a sacarose eacute o de mais faacutecil obtenccedilatildeo e mais vantajoso
economicamente O rendimento da conversatildeo de sacarose com ceacutelulas pelo R
leguminosarum bv phaseoli oscila entre 04 e 05 g de ceacutelulas por grama de sacarose
(Boiardi 1983 Balatti 1992 IPT 1993 a) A sacarose (C12H22O11) eacute um dissacariacutedeo
natildeo redutor o qual por hidroacutelise com aacutecidos muito diluiacutedos resinas de troca catiocircnica ou
a enzima invertase fornece proporccedilotildees equimolares de D-Glicose e D-Frutose
Geralmente concentraccedilotildees limitantes de alguns nutrientes e excesso de
carboidrato favorecem a produccedilatildeo de polissacariacutedeos (Sutherland 1979) Obteacutem-se um
alto rendimento quando ocorre a conversatildeo de 70-80 da fonte de carbono utilizada
em biopoliacutemero (Margaritis Pace 1985)
Um aspecto de extrema importacircncia em relaccedilatildeo aos EPSs eacute a necessidade de
um riacutegido controle das condiccedilotildees de fermentaccedilotildees uma vez que diferentes paracircmetros
de produccedilatildeo levam agrave obtenccedilatildeo de produtos com caracteriacutesticas heterogecircneas
Assim eacute fundamental que qualquer estudo para a produccedilatildeo de EPS seja
acompanhado pela caracterizaccedilatildeo do material produzido principalmente a composiccedilatildeo
quiacutemica uma vez que pequenas variaccedilotildees quiacutemicas na moleacutecula teratildeo grande efeito
para determinadas aplicaccedilotildees
Dentro deste contexto este trabalho teve como objetivo geral avaliar a cineacutetica
microbiana obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp e uma estirpe padratildeo Rhizobium
tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo determinar a dosagem da sacarose
do ISOL 14 e a estirpe padratildeo CIAT 899 e a composiccedilatildeo quiacutemica do ISOL 14
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
selecionadas como as estirpes maiores produtoras de EPS em estudos realizados
anteriormente por Barreto et al (2008) (submetido agrave publicaccedilatildeo)
62 Material e Meacutetodos
Microrganismos
Foram utilizadas as bacteacuterias pertencentes ao gecircnero Rhizobium 8 isolados (nativos
da regiatildeo do sertatildeo de Pernambuco ndash Araripina) do banco de germoplasma da
Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria - IPA resistentes a alta
temperatura e formadoras de goma e uma estirpes padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899)
obtidas do Centro Nacional de Pesquisa em Agrobiologia - CNPAB EMBRAPA
As estirpes descritas na Tabela 1 foram mantidas em meio YMA (Vincent 1970)
modificado contendo (gL-1) sacarose (30 g) Extrato de Levedura (04 g) 1 mL de
K2HPO4 a 10 4 mL de KH2PO4 a 10 2 mL de MgSO47H2O a 10 1 mL de NaCl
a 10 5 mL de azul de bromotimol 025 em KOH a 02N ou 10 mL de vermelho do
congo a 025
Para as determinaccedilotildees da sacarose foram analisados apenas o ISOL 14 e a estirpe
padratildeo CIAT 899 e a composiccedilatildeo quiacutemica apenas o ISOL 14 selecionadas como as
estirpes maiores produtoras de EPS em estudos realizados por Barreto et al (2008)
(submetido agrave publicaccedilatildeo)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOLADOS ESTIRPE
HOSPEDEIRO ORIGEM
ISOL-1 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-2 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-3 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-4 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-6 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-11 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-14 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-16 Phaseolus vulgaris
CIAT 899 Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
Cali-CO
Inoacuteculo
As estirpes descritas na tabela 7 foram purificadas por repicagem em placas de
Petri contendo o meio de cultura Agar sacarose extrato de levedura (Vincent 1970 -
modificado) utilizando o corante vermelho do congo como indicador Apoacutes a
purificaccedilatildeo as bacteacuterias foram repicadas em tubos inclinados em meio de cultura sem o
indicador vermelho do congo as quais foram incubados a 28 degC por 48 horas em
estufa e armazenadas a plusmn4 degC
A partir dessas culturas os experimentos foram conduzidos em duas etapas
Primeiro preparou-se um preacute-inoacuteculo partindo de uma alccedilada de cultura crescida sobre
meio YMA e incubada em estufa por 48 h a 28 plusmn 1 degC Transcorrido este periacuteodo
preparou-se o inoacuteculo atraveacutes da transferecircncia asseacuteptica em Erlenmeyer de 250 mL
com 80 mL de meio de produccedilatildeo contendo 25 (vv) de uma cultura do preacute-inoacuteculo
crescida ateacute a fase logariacutetma e incubados em agitador rotatoacuterio a 200 rpm a 28 plusmn 1 degC
em triplicata
Tabela 7 Isolados de rizoacutebios e estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Curva de crescimento microbiano O crescimento celular foi avaliado atraveacutes da leitura de absorbacircncia em
comprimento de onda de 560 nm em espectrofotocircmetro contra um branco constituiacutedo
de meio YM O plaqueamento das bacteacuterias foi efetuado em meio YMA contendo o
indicador vermelho do congo atraveacutes do meacutetodo da gota (ldquoDrop-platerdquo) As curvas de
crescimento microbiano foram construiacutedas a partir dos dados de absorbacircncia e
contagem de ceacutelulas viaacuteveis (UFCmL) A Figura 5 mostra o procedimento efetuado
para a contagem de UFC e totais (densidade oacutetica)
Figura 6 Procedimento para contagem de ceacutelulas viaacuteveis (UFC) e totais (densidade oacutetica)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Determinaccedilatildeo quantitativa da sacarose
A sacarose presente no mosto foi hidrolisada para obter glicose e frutose Para
isso foram preparados tubos de ensaio contendo 1 mL de meio fermentado 1 mL de
aacutegua destilada e 1 mL de HCl 2 N deixando-se reagir por 10 minutos a 60 degC Em
seguida resfriou-se rapidamente e neutralizou com 3 mL de NaOH 1 N O caacutelculo da
concentraccedilatildeo de sacarose em gL foi efetuado de acordo com a Equaccedilatildeo 1 (Arauacutejo et
al 2005)
Csac = fator de calibraccedilatildeo meacutedia da leitura (absorbacircncia)D (1100)19 (1)
Em seguida procedeu de acordo com o descrito para dosagem de glicose cujas
determinaccedilotildees foram realizadas por meacutetodo enzimaacutetico utilizando o Kit glicose-oxidase
PAP da LABTEST
Apoacutes a reaccedilatildeo enzimaacutetica a intensidade da cor da soluccedilatildeo foi medida a 505 nm
em espectrofotocircmetro usando cubetas de vidro de 1 cm de percurso oacuteptico
considerando como branco a soluccedilatildeo da glicose-oxidase Esse meacutetodo eacute especiacutefico
para a glicose e se baseia na oxidaccedilatildeo da mesma de acordo com a seguinte reaccedilatildeo
catalizada pela glicose-oxidase (GOD)
GOD
Glicose + O2 + H2O rarr Aacutecido Glucocircnico + H2O2
O peroacutexido de hidrogecircnio formado reage com 4-aminoantipirina e fenol sob accedilatildeo
catalizadora da peroxidase (POD) atraveacutes de uma reaccedilatildeo oxidativa de acoplamento
formando uma antipirilquinona vermelha cuja intensidade de cor eacute proporcional agrave
concentraccedilatildeo da glicose na amostra Esse composto de tonalidade vermelha apresenta
a sua maacutexima absorccedilatildeo de luz na faixa de 505 nm
POD
2 H2O2 + 4-Aminoantipirina + fenol rarr Antipirilquinonimina + 4 H2O
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Determinaccedilatildeo da Composiccedilatildeo Quiacutemica
Agravecido urocircnico A dosagem de aacutecido urocircnico foi efetuada pelo meacutetodo descrito por Blumenkrantz
amp Asbol-Hansen (1973) usando aliacutequotas de 04 mL de uma soluccedilatildeo a 100 mgmL do
polissacariacutedeo e aacutecido D-glucurocircnico como padratildeo O meacutetodo utiliza m-fenilfenol (o
qual promove a formaccedilatildeo de composto corado que absorvem em 520 nm)
As leituras das medidas de absorbacircncia foram realizadas a 520 nm em
espectrofotocircmetro Spectronic 20 Genesys Spectronic Instruments Todas as
determinaccedilotildees foram realizadas em triplicata
Determinaccedilatildeo quantitativa de monossacariacutedeos
Os monossacariacutedeos presentes nas amostras de biopoliacutemeros de Rhizobium
sp foram determinados sob a forma de acetato de alditoacuteis (Sawardeker et al 1965) por
cromatografia gaacutes liacutequido (GLC) Os acetatos derivados foram analisados por
cromatografia gasosa (cromatoacutegrafo a gaacutes modelo 5890S11 (Hewllet-Packard)) a 220
degC com uma coluna capilar DB-210 (025 mm di x 30 m) e filme de espessura igual a
025 microm A temperatura de injeccedilatildeo da amostra e a do FID foi 250 degC e foi utilizado como
gaacutes carreador N2 Para a realizaccedilatildeo desta anaacutelise aproximadamente 10 mg das
amostras foram hidrolisadas reduzidas e acetiladas A hidroacutelise foi efetuada com aacutecido
sulfuacuterico
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
63 Resultados e Discussatildeo Curva de crescimento microbiano
Com base nos resultados obtidos neste estudo que podem ser visualizados nas
Figuras 6 a 14 (a) pode-se observar que houve diferenccedilas quanto ao crescimento
populacional entre os isolados A curva de crescimento dos isolados e da estirpe
padratildeo CIAT 899 de Rhizobium sp em meio utilizando sacarose como fonte de carbono
mostrou que apoacutes 72 horas de incubaccedilatildeo o crescimento foi maacuteximo Pode-se observar
que o oacutetimo da fase log ocorre entre 72 a 120 horas de incubaccedilatildeo agrave temperatura de 28
degC com agitaccedilatildeo de 200 rpm variando conforme a linhagem estudada Esta faixa de
tempo de incubaccedilatildeo corresponde a uma concentraccedilatildeo celular meacutedia de 109 UFCmL
As relaccedilotildees cineacuteticas entre o crescimento e a formaccedilatildeo de produtos satildeo
importantes para determinar o modo de operaccedilatildeo mais econocircmico Segundo Hiss
(2001) sem o conhecimento da cineacutetica torna-se inviaacutevel a transposiccedilatildeo de um
experimento de laboratoacuterio para a escala industrial
Desta forma inicialmente as curvas nos propiciam informaccedilotildees tais como a
faixa de absorbacircncia (560 nm) correspondente ao oacutetimo da fase log e a concentraccedilatildeo
celular que esta faixa corresponde
Pereira (2002) analisando o crescimento das estirpes de Rhizobium em meio
YMA com manitol observou um acentuado crescimento exponencial entre 24 e 48
horas de cultivo de 7 estirpes
Barberi et al (2004) avaliaram as curvas de crescimento de Bradyrhizobium
elkanii (BR 29) de acordo com o pH e com a composiccedilatildeo do meio de cultura Com base
no nuacutemero maacuteximo de UFC mL-1 para o meio (Lorda amp Balatti 1996) modificado o
melhor crescimento ocorreu apoacutes 72 horas para o tratamento com pH inicial de 60 e
no meio Lopreto (1972) citado por Urenha et al (1994) o tratamento com pH inicial 55
foi o que apresentou os valores de nuacutemero maacuteximo de ceacutelulas ocorrendo em 161 horas
de cultivo As meacutedias de log dos nuacutemeros de UFC mL-1 apresentadas por Barberi et al
(2004) foram superiores aos encontrados por Miguel e Moreira (2001) que foram
aproximadamente 109 Isso eacute explicado pela melhor utilizaccedilatildeo da fonte de carbono do
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
meio Lorda e Balatti (1996) em que em sua composiccedilatildeo possui glicerol em
comparaccedilatildeo com o manitol utilizado no meio YM (Vincent 1970) utilizado por esses
autores
Nas figuras 6 a 14 (b) mostram os resultados da Densidade Oacutetica (DO) onde a
curva de crescimento construiacuteda a partir da contagem de ceacutelulas totais demonstrou que
apoacutes 72 horas de cultivo o crescimento permaneceu crescente para a maioria das
estirpes estudadas Provavelmente o aumento da curva deve-se a presenccedila dos EPSs
Segundo Cunningham e Munns (1984) a produccedilatildeo de EPS eacute uma resposta de
vaacuterias espeacutecies da bacteacuteria a uma gama de fatores limitantes que em geral sugerem
estarem implicados em suprimir a reaccedilatildeo da defesa da planta e parecem ser requeridos
para formaccedilatildeo do cordatildeo de infecccedilatildeo Os EPSs pode ter um papel integral por permitir
que um organismo sobreviva sob uma variedade de circunstacircncias estressantes
Miguel e Moreira (2001) utilizando meio YM obtiveram maior densidade oacutetica para
o tratamento com pH igual a 60 do que no pH 68 utilizando o mesmo nuacutemero-base
(1088 UFC mL-1) o que provavelmente estaacute relacionado com a diferente composiccedilatildeo
dos meios principalmente com relaccedilatildeo agrave fonte de carbono Cunningham e Munns
(1984) em meio YMA (modificado por Keyser e Munns 1979) obtiveram maior
quantidade de EPS em estirpes de Rhizobium tolerantes agrave acidez do meio quando
expostas a meio aacutecido
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 1
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 1
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(5
60nm
)
Figura 7- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 1 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
b)
a)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 2
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 2
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 8- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 2 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 3
000E+00500E+08100E+09150E+09
200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 3
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 9- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 3 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 4
000E+00500E+08
100E+09150E+09
200E+09250E+09
300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 4
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 10- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 4 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 6
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 6
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 11- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 6 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 11
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 11
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 12- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 11 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 14
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 14
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 13- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 14 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 16
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 16
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 14- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 16 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
CIAT 899
000E+00500E+08
100E+09150E+09
200E+09250E+09
300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
CIAT 899
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 15- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do CIAT 899 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Determinaccedilatildeo quantitativa da sacarose
Analisando os resultados obtidos para a dosagem da sacarose verificou-se que a
estirpe CIAT 899 (padratildeo) apresentou maior consumo de substrato para o meio de
produccedilatildeo empregado durante 168 horas de fermentaccedilatildeo apresentando um consumo
final de 455 gL Neste ponto a massa celular corresponde a 076 gL (Figura 15)
Entretanto o ISOL 14 apresentou resultados proacuteximos da estirpe padratildeo com consumo
de 478 gL e massa celular de 086 gL no mesmo tempo (Figura 16)
Deu-se preferecircncia agrave utilizaccedilatildeo de um meacutetodo especiacutefico para glicose ao inveacutes de
um para determinaccedilatildeo de accediluacutecares redutores o que garante a detecccedilatildeo da liberaccedilatildeo
especificamente de glicose a partir da hidroacutelise por sacarose do EPS
ISOL 14
0
2
4
6
8
10
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Glic
ose
gL
Figura 16 Concentraccedilatildeo de glicose durante a produccedilatildeo de EPS por Rhizobium sp (ISOL 14)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
CIAT 899
0
2
4
6
8
10
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Glic
ose
gL
Determinaccedilatildeo da Composiccedilatildeo Quiacutemica dos EPS
Na tabela 8 observa-se os accediluacutecares determinados das gomas produzidas pelas
estirpes ISOL 14 e CIAT 899 onde revelaram maiores concentraccedilotildees dos
monossacariacutedeos galactose e glicose para a estirpe ISOL 14 em relaccedilatildeo a estirpe
padratildeo CIAT 899 Tambeacutem foram observados traccedilos de manose e ramnose na
composiccedilatildeo das gomas das estirpes estudadas
Amostras
Ac urocircnico
()
Manose
Accediluacutecares
Ramnose
(mg100g)
Galactose
Glicose
ISOL 14
410
098
016
1260
3695
CIAT 899
-
020
010
895
1680
Castellane amp Lemos (2007)
Tabela 8 Constituintes quiacutemicos da goma produzida pela estirpe de Rhizobium sp (ISOL 14)
Figura 17 Concentraccedilatildeo de glicose durante a produccedilatildeo de EPS por Rhizobium sp (CIAT 899)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Lima (1999) analisando a composiccedilatildeo quiacutemica da goma xantana produzida por
linhagens de Xanthomonas campestris pv campestris verificou a presenccedila de glicose e
manose nas concentraccedilotildees 3322 5778 respectivamente para a linhagem NRRL
B-1459 apresentando componentes tiacutepicos da goma xantana
Whitfield et al (1981) caracterizando cinco amostras de goma xantana
produzidas por diferentes linhagens de Xanthomonas campestris pv campestris
encontraram valores de glicose variando entre 22-42 manose de 12-38 e aacutecido
urocircnico de 9-20 Com relaccedilatildeo agrave ramnose apenas trecircs amostras de xantana
apresentaram este accediluacutecar com valores que oscilam entre 12-22 Outro accediluacutecar
identificado pelos pesquisadores foi a galactose com valores entre 24-28 Em todas
as amostras estudadas por estes autores foram observados os grupamentos piruvato e
acetila Lowson e Symes (1977) relataram a presenccedila de ramnose na xantana
produzida por X juglandis Sugere-se que a presenccedila desse accediluacutecar seja uma
caracteriacutestica desejaacutevel pois em geral os poliacutemeros dos quais faz parte possuem
capacidade de formar geacuteis verdadeiros (Mcnelly e Kang 1977) A goma xantana
comercial natildeo apresenta ramnose na sua composiccedilatildeo (Casas et al2000)
De acordo com Casas et al (2000) a composiccedilatildeo do meio de cultura utilizado na
fermentaccedilatildeo exerce um profundo efeito na siacutentese do produto oligomeacuterico e polimeacuterico
Portanto a quantidade de manose glicose e aacutecido glucurocircnico sintetizados e inseridos
no EPS pelas enzimas durante fermentaccedilatildeo podem sofrer variaccedilotildees dependendo da
composiccedilatildeo do substrato e das condiccedilotildees utilizadas na fermentaccedilatildeo
No presente trabalho o percentual de aacutecido urocircnico produzido pela estirpe ISOL
14 foi de 41 enquanto o apresentado na goma xantana por Lima (1999) foi de 847
Os meacutetodos de anaacutelises de polissacariacutedeos complexos baseiam-se
principalmente na determinaccedilatildeo dos constituintes dos resiacuteduos obtidos apoacutes hidroacutelise
quiacutemica dos poliacutemeros nativos (Wei amp Fang 1990 Ruitter et al 1992 Scamparini et al
2000) Esses satildeo compostos de inuacutemeros resiacuteduos de accediluacutecares interligados por
ligaccedilotildees glicosiacutedicas (α e β) que podem diferir consideravelmente na sua
suscetibilidade agrave hidroacutelise aacutecida Aacutecidos urocircnicos satildeo frequentemente envolvidos por
fortes ligaccedilotildees glicosiacutedicas particularmente nos tipos de ligaccedilotildees dos aacutecidos
aldobiurocircnicos (Druzian 2000)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Moreira et al (1998) analisando a composiccedilatildeo de dois biopoliacutemeros comerciais
gelanareg e xantanareg e um biopoliacutemero produzido a clairana identificou o aacutecido
glicurocircnico (em todas as amostras) e os monossacariacutedeos esperados para a clairana
(glicose galactose e fucose) gelana (glicose e ramnose) e xantana (glicose e manose)
A ramnose estaacute presente na acetana gelana welana e ransana que possuem
estrutura quiacutemica similar agrave da xantana e possui propriedades de espessante e agente
de suspensatildeo semelhantes agravequelas atribuiacutedas para xantana (Kennedy amp Sutherland
1994) A goma welana apresenta como cadeia lateral unidades de manose e ramnose
distribuiacutedas de modo aleatoacuterio Aproximadamente dois terccedilos das unidades quiacutemicas
repetidas do poliacutemero conteacutem ramnose como cadeia lateral enquanto que o restante
das ramificaccedilotildees eacute composto por unidades de manose (Jansson et al 1985)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
64 Conclusotildees
A curva do crescimento microbiano apresentou na fase logariacutetmica valores
correspondentes a uma concentraccedilatildeo celular viaacuteveis meacutedia de 109 UFCmL para
todos os isolados e estirpe padratildeo CIAT 899 apoacutes 72 horas de incubaccedilatildeo a uma
temperatura de 28 degC com agitaccedilatildeo de 200 rpm variando conforme a linhagem
estudada
As estirpes apresentaram valores do consumo de substrato para o meio de
produccedilatildeo empregado de 455 gL para a CIAT 899 e 478 gL para o ISOL 14
em 168 horas de fermentaccedilatildeo
A composiccedilatildeo dos accedilucares da goma do ISOL 14 apresentou valores superiores
de ramnose manose galactose glicose e aacutecidos urocircnicos na moleacutecula em
relaccedilatildeo a estirpe padratildeo CIAT 899
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
65 Referecircncias Bibliograacuteficas
ARAUacuteJO T A A FRANCcedilA F P E CARDOSO V L Avaliaccedilatildeo do comportamento
reoloacutegico dos diferentes meios de produccedilatildeo de goma xantana a partir do caldo de cana
VI Congresso Brasileiro de Engenharia Quiacutemica em Iniciaccedilatildeo Cientiacutefica Campinas
24-27 julho 2005
BARBERI A MOREIRA F M S FLORENTINO L A RODRIGUES M I D
Crescimento de Bradyrhizobium elkanii estirpe BR 29 em meios de cultivo com
diferentes valores de pH inicial Ciecircnc Agrote Lavras v 28 n 2 p 399-408 2004
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7 ANEXOS
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References Citation Reference list
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Negotiation research spans many disciplines (Thompson 1990)
This result was later contradicted (Becker and Seligman 1996)
This effect has been widely studied (Abbott 1991 Barakat et al 1995 Kelso and Smith 1998 Medvec et al 1993)
Reference list The list of references should only include works that are cited in the text and that have been published or accepted for publication Personal communications and unpublished works should only be mentioned in the text Do not use footnotes or endnotes as a substitute for a reference list Reference list entries should be alphabetized by the last names of the first author of each work
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Trabalhos apresentados no 24ordm Congresso Brasileiro de Microbiologia - 3 a 6 de Outubro de 2007 em
Brasiacutelia - Centro de Convenccedilotildees Ulysses Guimaratildees ndash Brasiacutelia DF
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MICROBIOLOGIA GERAL K03 METABOLISMO MICROBIANO E SEUS PRODUTOS 609 Biopoliacutemero sintetizados por Rhizobium sp em diferentes tempos de cultivo comportamento reoloacutegico BARRETO M D C S1 FIGUEIREDO M D V B2 BURITY H A2 OLIVEIRA J P2 COELHO A C D1 LIMA-FILHO J L L1 UFPE
Resumo
Os polissacariacutedeos extracelulares sintetizados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium tem sido estudados na tentativa de melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose leguminosa x Rhizobium uma vez que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes da especificidade simbioacutetica A viscosidade que pode ser tomada como paracircmetro de qualidade eacute influenciada em funccedilatildeo das estirpes da colocircnia bacteriana do meio de fermentaccedilatildeo utilizado e das condiccedilotildees operacionais na produccedilatildeo Com base no exposto o objetivo deste trabalho foi verificar o comportamento reoloacutegico em diferentes tempos de cultivo de 8 isolados de Rhizobium sp e da estirpe padratildeo de Rhizobium tropici (CIAT 899) As bacteacuterias foram incubadas em agitador rotatoacuterio (200rpm agrave 28ordmC) em Erlenmeyers de 250mL contendo 15 de meio YM modificado por um periacuteodo de 96 e 168 horas Foram avaliados a determinaccedilatildeo da viscosidade da soluccedilatildeo aquosa dos biopoliacutemeros a 25 (vv) obtidas em diferentes tempos de cultivo e medidas a 20ordmC em viscosiacutemetro rotacional Brookfield modelo RVT com spindle 2 nas seguintes velocidades de deformaccedilatildeo 10 20 50 e 100rpm a viscosidade aparente a vaacuterias taxas de cisalhamento dos mostos fermentados Os resultados mostraram que os estudos viscosimeacutetricos de soluccedilotildees de polissacariacutedeo dos isolados e da CIAT 899 revelam seu comportamento natildeo tixotroacutepico pseudoplaacutestico mesmo em baixas concentraccedilotildees e caraacuteter polieletroliacutetico e que as medidas de viscosidade do mosto em funccedilatildeo do tempo de agitaccedilatildeo mostra que a viscosidade aparente do meio de cultivo alcanccedila um valor patamar com 168 horas de processo para todos os microrganismos poreacutem os isolados 3 e 16 e CIAT 899 apresentaram maiores valores no aumento da viscosidade
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MICROBIOLOGIA GERAL K03 METABOLISMO MICROBIANO E SEUS PRODUTOS 1751 Biopoliacutemero sintetizados por Rhizobium sp em diferentes tempos de cultivo produccedilatildeo BARRETO M D C S1 FIGUEIREDO M D V B2 BURITY H A2 SILVA M L R B1 CALAZANS G M T1 LIMA-FILHO J L L1 UFPE
Resumo
A produccedilatildeo de exopolissacariacutedeos (EPS) microbianos tem sido objeto de intensa pesquisa tendo em vista seu elevado potencial de aplicaccedilatildeo em diferentes setores pois natildeo se encontra exposta agraves alteraccedilotildees climaacuteticas ou agrave problemas nas colheitas que prejudicam a oferta e alteram o custo de produccedilatildeo das gomas tradicionais No processo de produccedilatildeo de polissacariacutedeos deve-se considerar desde o microrganismo em estudo ateacute a determinaccedilatildeo dos paracircmetros de agitaccedilatildeo onde se destaca o meio de produccedilatildeo e sua influecircncia na siacutentese no rendimento e na composiccedilatildeo dos EPS O objetivo deste trabalho foi avaliar a produccedilatildeo de biopoliacutemeros (gLh) obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp e da estirpe padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo pela massa do produto seco por volume de meio As bacteacuterias foram purificadas em meio YMA e apoacutes foram incubadas em agitador rotatoacuterio (200rpm agrave 28ordm C) em Erlenmeyers de 250mL contendo 15 de meio YM modificado por um periacuteodo de 96 e 168 horas Foram avaliados o peso seco da soluccedilatildeo aquosa dos biopoliacutemeros a 25 (vv) obtidos em diferentes tempos de cultivo atraveacutes da teacutecnica do peso seco onde o aacutelcool etiacutelico foi adicionado ao mosto ateacute atingir a concentraccedilatildeo de 80 na soluccedilatildeo hidroalcooacutelica formada e posterior precipitaccedilatildeo do EPS Apoacutes a filtraccedilatildeo a secagem do produto foi realizada em dissecador (30ordmC) ateacute peso constante comparando-se os diferentes tempos de cultivo Os resultados mostraram que a produccedilatildeo total do biopoliacutemero dos isolados e da estirpe padratildeo CIAT 899 apresentaram maacutexima produccedilatildeo no periacuteodo de 168 horas de processo para todos os microrganismos poreacutem os isolados 3 e 14 e a CIAT 899 foram as que resultaram em maior produtividade (13 17 e 2gL-1h-1) respectivamente
- Barreto Maria do Carmo Silva
-
- Inclui bibliografia
- 5771 CDU (2ed) UFPE
-
- 13 Simbiose rizoacutebio- leguminosa
-
- 14 Polissacariacutedeos de Rizoacutebio
-
- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
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- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
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-
Dedico esta dissertaccedilatildeo aos meus pais pelo apoio ao longo de todos os caminhos que passei com amor
Agradecimentos
A Deus por ter me dado perseveranccedila paciecircncia paz de espiacuterito para transpor mais esta etapa na minha vida profissional e pessoal
Aos meus Pais Joseacute Ribeiro Barreto e Maria Almerinda Barreto pela
minha vida educaccedilatildeo apoio carinho e incentivo e a minha irmatilde Glauciene Barreto e cunhado Joatildeo Rodrigues pelas palavras de apoio e incentivo dado0
Ao Dr Joseacute Luiz de Lima Filho por ter acreditado em mim por todo o seu
apoio e confianccedila depositada durante o Mestrado
A Dra Maacutercia do Vale Barreto Figueiredo pelos ensinamentos conselho amor e confianccedila refletidos em trabalhos Por sempre nos demonstrar com exemplos que qualquer objetivo pode ser alcanccedilado com responsabilidade trabalho seacuterio e organizaccedilatildeo Meus mais sinceros agradecimentos
Ao Dr Helio Almeida Burity pela acolhida no Laboratoacuterio Biologia do Solo
ndash IPA agradeccedilo pelo conviacutevio amizade ensinamentos por facilitar a conclusatildeo dos trabalhos desenvolvidos no laboratoacuterio sempre tendo uma palavra que nos reconforta e ajuda A Dra Francisca Pessoa Franccedila pela ajuda esclarecimentos e apoio despendidos
Ao Dr Joseacute de Paula Oliveira pela amizade ajuda atenccedilatildeo e contribuiccedilatildeo despendida durante todo o trabalho
A Dra Maria Luiza Bastos pela amizade apoio incentivo e carinho
Aos Doutores Adaacutelia Cavalcanti Eidy Simotildees Maria do Carmo
Catanho Socircnia Formiga da Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria ndash IPA pela convivecircncia troca de conhecimentos e amizade
Aos meus Amigos do Laboratoacuterio Marcela Vila Nova Emmanuella Vila
Nova Elisacircngela Cabral Rafael Barboza Sue Ellen Aniacutebia Vicente Helane Costa Tathiana Alves Andreacute Sueldo por todos os memoraacuteveis momentos compartilhados tanto no laboratoacuterio como fora dele muito obrigado agrave todos
Agrave Profordf e Dra Carolina Etienne pela amizade e ajuda na revisatildeo deste trabalho uma pessoa querida que estaacute sempre pronta para ajudar meu muito obrigada
Ao Prof e Dr Cosme Rafael pela ajuda aconselhamento e correccedilotildees que foram indispensaacuteveis para o ecircxito deste trabalho muito obrigada
Ao Dr Odemar Reis ndash Estatiacutestico do IPA pela ajuda despendida durante
os trabalhos pelas palavras de confianccedila e ensinamentos
Aos funcionaacuterios do IPA Almira pela ajuda na aquisiccedilatildeo de material bibliograacutefico Rosa Morais pela ajuda e amizade Waldemar Arauacutejo pela amizade palavras de confianccedila e forccedila Luacutecia Maacuterio e Rita pelo conviacutevio no dia a dia pela ajuda carinho e amizade
As Profa Dra Gliacutecia Calazans e Profa Dra Janete Magali pela ajuda e
obtenccedilatildeo do equipamento uacuteteis para a conclusatildeo dos trabalhos muito obrigada
A Coordenadora do Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Ciecircncias Bioloacutegicas CCBUFPE Profa Dra Suely Lins Galdino pelo apoio e informaccedilotildees indispensaacuteveis para o funcionamento do mestrado
A Secretaacuteria da Poacutes-graduaccedilatildeo Adenilda Eugecircnia pela ajuda e amizade despendida ao longo do curso
Agrave CAPESFACEPE pelo apoio financeiro no fomento da bolsa de mestrado
A todos aqueles que mesmo natildeo mencionados estiveram ao meu lado
contribuindo para a minha formaccedilatildeo e para a realizaccedilatildeo deste estudo o meu mais sincero agradecimento
LISTA DE FIGURAS Fig 1
Classificaccedilatildeo dos Fluidos segundo seu comportamento reoloacutegico 16
Fig 2 Curvas de escoamento de fluidos newtoniano e natildeo newtonianos de propriedades independentes do tempo de cisalhamento 16
Fig 3 Aspecto do EPS precipitado sintetizado a partir do ISOL 14 (a) e do CIAT 899(b) com 168 horas de cultivo 47
Fig 4
Variaccedilatildeo da viscosidade aparente em funccedilatildeo da taxa de cisalhamento de soluccedilotildees aquosas de EPS 25 (vv) de 8 isolados de Rhizobium e uma estirpe padratildeo CIAT 899 a 20 degC com tempo de fermentaccedilatildeo de 96 h determinada com viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT) 48
Fig 5
Variaccedilatildeo da viscosidade aparente em funccedilatildeo da taxa de cisalhamento de soluccedilotildees aquosas de EPS 25 (vv) de 8 isolados de Rhizobium e uma estirpe padratildeo CIAT 899 a 20 degC com tempo de fermentaccedilatildeo de 168 h determinada com viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT)
49
Fig 6 Procedimento para contagem de ceacutelulas viaacuteveis (UFC) e totais (Densidade oacutetica) 63
Fig 7 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 1 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 68
Fig 8 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 2 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 69
Fig 9 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoculo do Isolado 3 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 70
Fig 10 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoculo do Isolado 4 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 71
Fig 11 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoculo do Isolado 6 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 72
Fig 12 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 11 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 73
Fig 13 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 14 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 74
Fig 14 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 16 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 75
Fig 15 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do CIAT 899 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 76
Fig 16 Concentraccedilatildeo de glicose durante a produccedilatildeo de EPS por Rhizobium sp (ISOL 14) 77
Fig 17 Concentraccedilatildeo de glicose durante a produccedilatildeo de EPS por Rhizobium sp (CIAT 899) 78
Paacuteginas
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 Caracteriacutesticas morfofisioloacutegicas dos Isolados de rizoacutebios e estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici
40
Tabela 2 Valores das constantes kat e kγ (Mitshka 1982) 42
Tabela 3 Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para experimentos em 96 e 168 horas 43
Tabela 4 Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para grupo de experimentos 44
Tabela 5 Resultados da anaacutelise de variacircncia da produccedilatildeo de biopoliacutemero sintetizados por Rhizobium cultivados em 96 e 168 horas de cultivo 45
Tabela 6 Dados meacutedios das anaacutelises individuais e do grupo de experimento 45
Tabela 7 Isolados de rizoacutebios e estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici 62
Tabela 8 Constituintes quiacutemicos da goma produzida pela estirpe de Rhizobium sp (ISOL 14) 78
SUMAacuteRIO AGRADECIMENTOS LISTA DE FIGURAS LISTA DE TABELAS SUMAacuteRIO 1 Introduccedilatildeo 1
11 Feijoeiro (Phaseolus vulgaris L) 1
12 Rhizobium sp 3
13 Simbiose rizoacutebio-leguminosa 5
14 Polissacariacutedeos de rizoacutebio 8
15 Reologia 13
2 Justificativa 19 3 Objetivos 20
31Geral 20
32 Especiacuteficos 20
4 Referecircncias 21 5 Capiacutetulo 1 34
Resumo 35
Abstract 36
51 Introduccedilatildeo 37
52 Material e Meacutetodos 39
53 Resultados e Discussatildeo 44
54 Conclusotildees 51
55 Referecircncias 52
6 Capiacutetulo 2 57 Resumo 58
61 Introduccedilatildeo 59
62 Material e Meacutetodos 61
63 Resultados e Discussatildeo 66
64 Conclusotildees 81
65 Referecircncias 82
7 Anexos 87
Normas da Revista World Journal of Microbiology and Biotechnology
Submissatildeo do Artigo
Normas da Revista Scientia Agraacuteria
Trabalhos apresentados no 24ordm Congresso Brasileiro de Microbiologia - 3 a 6 de Outubro de 2007 em Brasiacutelia - Centro de Convenccedilotildees Ulysses Guimaratildees ndash Brasiacutelia DF
1 INTRODUCcedilAtildeO
11 Feijoeiro (Phaseolus vulgaris L)
O feijoeiro eacute cultivado em cerca de 100 paiacuteses em todo o mundo envolvendo
grande nuacutemero de gecircneros e espeacutecies dificultando uma anaacutelise comparativa dos
iacutendices de produtividade por espeacutecie Considerando somente o Phaseolus vulgaris L o
Brasil eacute o maior produtor seguido do Meacutexico Entretanto a produccedilatildeo brasileira de feijatildeo
tem sido insuficiente para abastecer o mercado interno devido agrave reduccedilatildeo na aacuterea
plantada da ordem de 35 nos uacuteltimos 17 anos (Yokoyama amp Stone 2000) A falta de
tecnologia e o cultivo em solos marginais devido ao baixo retorno econocircmico da
cultura contribuem decisivamente para a baixa produtividade do feijoeiro e nesse
quadro o fornecimento adequado de nutrientes particularmente o nitrogecircnio (N) e o
foacutesforo (P) representam um dos fatores limitantes agrave obtenccedilatildeo de maiores rendimentos
no Brasil (Arauacutejo 1994)
No Brasil o feijoeiro eacute cultivado nos mais variados tipos de solos e clima sendo
plantado preferencialmente como cultura de subsistecircncia em pequenas propriedades
O feijatildeo eacute importante fonte de nutrientes (proteiacutenas minerais vitaminas) e calorias na
dieta brasileira (Hungria et al 2000) Aleacutem de apresentar alto conteuacutedo de carboidratos
componentes de fibra (celulose hemicelulose e lignina) e digeriacuteveis (amido e sacarose)
encontram-se no feijatildeo alguns oligossacariacutedeos (rafinose estaquiose verbascose) O
feijatildeo tambeacutem eacute uma fonte importante de vitaminas hidrossoluacuteveis como a tiamina a
riboflavina a niacina e a folacina que satildeo vitaminas do complexo B envolvidas na
prevenccedilatildeo de certos defeitos fetais cardiovasculares e certos tipos de cacircncer (Costa amp
Vieira 2000)
O feijoeiro eacute originaacuterio das Ameacutericas com centros de origens e domesticaccedilatildeo na
Meso Ameacuterica (Meacutexico-Guatemala) e na Zona Leste dos Andes Seu cultivo foi
delineado haacute mais de 7000 anos entre os nativos do Peru sugerindo seleccedilatildeo da
espeacutecie para a agricultura (Gepts 1990) As aacutereas de diferenciaccedilatildeo e domesticaccedilatildeo do
feijoeiro ocorrem em altitudes entre 500 e 1800 m na Ameacuterica Central e norte da
Ameacuterica do Sul Diversos tipos selvagens satildeo registrados em altitudes proacuteximas a
1200m (Miranda 1974) Os feijoeiros provenientes desses materiais mostram grande
amplitude de caracteriacutesticas morfoloacutegicas e fisioloacutegicas O gecircnero Phaseolus conteacutem
mais de uma centena de espeacutecies mas apenas P vulgaris L P coccineus L P
acutifolius Gray var Latifolius Freeman e P lunatus var lunatous satildeo cultivadas
comercialmente (Zimmermann amp Teixeira 1988) Dessas o feijoeiro comum P vulgaris
L eacute a espeacutecie de maior importacircncia econocircmica contribuindo com cerca de 95 da
produccedilatildeo mundial de Phaseolus No Brasil em uma rota inversa agrave do traacutefico de
escravos P vulgaris chegou agrave Aacutefrica e provavelmente em tempos anteriores agrave Aacutesia
via Filipinas No seacuteculo XVI foi introduzido na Europa e na Califoacuternia levado por
intermeacutedio dos espanhoacuteis trazido da Ameacuterica Central (Mariot 1989)
Os teores de N nos solos do Brasil satildeo baixos de um modo geral situando-se na
faixa de 005 a 03 Com a intensificaccedilatildeo da agricultura as exigecircncias de adiccedilatildeo
de N bem como a sua remoccedilatildeo satildeo ampliadas e consequentemente se o N retirado
do solo pelas plantas natildeo for reposto o teor desse nutriente decresceraacute rapidamente
Quanto aos fertilizantes nitrogenados existe um custo elevado para a siacutentese dos
mesmos de cerca de seis barris de petroacuteleo para cada tonelada de amocircnio produzido
bem como gastos com o transporte e distribuiccedilatildeo do fertilizante aleacutem de outros
(Hungria et al1997) Considerando que o feijoeiro eacute cultivado principalmente por
pequenos agricultores em solos muitas vezes deficientes em N mineral esforccedilos para
a melhoria do processo de simbiose da cultura com rizoacutebios inoculados nas sementes
podem corresponder a aumentos significativos no rendimento de gratildeos Essa via
bioloacutegica se torna ainda mais importante quando se leva em consideraccedilatildeo os custos
elevados do N mineral limitando a sua utilizaccedilatildeo principalmente pelos pequenos
agricultores Praacuteticas alternativas para diminuir esses custos precisam ser procuradas
principalmente no Brasil que importa fertilizante nitrogenado para satisfazer agrave demanda
interna (Hungria et al 2001) Um outro agravante na utilizaccedilatildeo de fertilizantes
nitrogenados reside na baixa eficiecircncia de sua utilizaccedilatildeo pelas plantas raramente
ultrapassando 50 Deve-se considerar ainda que o uso indiscriminado de fertilizantes
nitrogenados resulta em poluiccedilatildeo ambiental pois a lixiviaccedilatildeo do N ocorre contaminaccedilatildeo
no lenccedilol freaacutetico que resultam em acuacutemulo de formas nitrogenadas podendo atingir
niacuteveis toacutexicos a peixes e ao homem (Hungria et al 2001)
Dentro deste contexto destaca-se a necessidade do desenvolvimento de
tecnologias de baixo custo capazes de melhorar os niacuteveis de produtividade dos
pequenos agricultores responsaacuteveis pela quase totalidade da produccedilatildeo mundial desta
leguminosa essencial na dieta de grande parte da populaccedilatildeo brasileira (Dakora 2003)
12 Rhizobium sp
Este gecircnero foi classificado em 1932 por Fred et al e apresenta como
caracteriacutestica ceacutelulas em forma de bastonete curto Gram-negativas com dimensotildees
que variam entre 05 e 09 microm por 12 a 30 microm ocorrendo isolados ou aos pares
moacuteveis por flagelos polares subpolares ou peritriquiais natildeo formam esporos e em
culturas envelhecidas apresentam granulaccedilotildees de poli-β-hidroxibutirato (Urenha et al
1994) Apresentam bom crescimento em meio com manitol sacarose e levedura
podendo em meios gelificados desenvolver colocircnias planas convexas ou umbilicadas
apresentam normalmente coloraccedilatildeo branca e opaca por vezes transluacutecidas
apresentando frequentemente produccedilatildeo de goma de natureza polissacariacutedica A
inclusatildeo de Vermelho do Congo no meio de cultura natildeo conduz a uma forte absorccedilatildeo
deste corante pelas colocircnias podendo certas estirpes apresentar ligeira absorccedilatildeo As
estirpes de crescimento raacutepido produzem colocircnias de 4 a 6 mm de diacircmetro em 5 dias
de incubaccedilatildeo a 26-30 degC provocando acidificaccedilatildeo do meio de cultura As estirpes de
crescimento lento produzem colocircnias com 1 mm de diacircmetro em 10 dias de incubaccedilatildeo
a 28-30 degC provocando a alcalinizaccedilatildeo do meio de cultura Induzem a formaccedilatildeo de
noacutedulos na raiz de leguminosas compatiacuteveis colonizando-os e podendo aiacute desenvolver
atividade diazotroacutefica em simbiose utilizam oxigecircnio como receptor final de eleacutetrons na
cadeia respiratoacuteria satildeo microrganismos aeroacutebios estrito e a faixa de pH oacutetimo para seu
desenvolvimento estaacute entre 6 e 7 (Hungria amp Arauacutejo1994)
A literatura relata a presenccedila de reaccedilatildeo aacutecida durante o cultivo promovendo
queda do pH do meio de cultura (Jordan 1984) No entanto dados experimentais de
cultivo desta bacteacuteria em fermentador na presenccedila de sacarose glutamato
monossoacutedico e extrato de levedura mostram comportamento oposto As velocidades
especiacuteficas maacuteximas de crescimento desta bacteacuteria oscilam em torno de 020h o que
resulta num tempo de geraccedilatildeo de aproximadamente 35 h
Entre as bacteacuterias fixadoras de nitrogecircnio presentes no solo cujas populaccedilotildees
satildeo altamente influenciadas pela rizosfera das plantas o rizoacutebio eacute considerado o grupo
mais importante na agricultura tropical pela sua associaccedilatildeo com as leguminosas Esta
simbiose eacute responsaacutevel por uma substancial parte talvez a maior do fluxo global de
nitrogecircnio atmosfeacuterico fixado nas formas de amocircnia nitrato e compostos orgacircnicos
(Kahindi et al 1997) Certamente esta associaccedilatildeo eacute a mais estudada mas simbioses
envolvendo actinomicetos do gecircnero Frankia cianobacteacuterias especialmente a
associaccedilatildeo Azolla-Anabaena e organismos heterotoacuteficos fixadores de nitrogecircnio de vida
livre e associativos podem tambeacutem fixar quantidades significativas de nitrogecircnio sob
condiccedilotildees especiacuteficas (Straliotto amp Rumjanek1999)
Atualmente os rizoacutebios estatildeo classificados como pertencentes agrave domiacutenio
Bacteria Filo Proteobacteria Classe Alfaproteobacteria Ordem Rhiobiales e
distribuiacutedos nas Famiacutelias Rhizobiaceae Phyllobacteriaceae Bradyrhizobiaceae e
Hiphomicrobiaceae (Garrity amp Holt 2001) Aleacutem disso algumas bacteacuterias capazes de
nodular e fixar N2 em simbiose com leguminosas foram recentemente identificadas
como pertencentes agrave Classe das Betaproteobacteria Ordem Burkholderiales Famiacutelia
Burkholderiaceae Gecircnero Burkholderia (Moulin et al 2001) e tambeacutem pertencentes agrave
Classe das Alfaproteobacterias Ordem Rhizobiales Famiacutelia Methylobacteriaceae
Gecircnero Methylobacterium (Sy et al 2001)
As bacteacuterias que nodulam o feijoeiro foram classificadas inicialmente como
Rhizobium phaseoli poreacutem com uma melhor caracterizaccedilatildeo fisioloacutegica bioquiacutemica e
geneacutetica essas bacteacuterias foram reclassificadas apoacutes 50 anos na espeacutecie Rhizobium
leguminosarum bv phaseoli (Jordan 1984) Com o estudo de outros isolados e o
avanccedilo nas teacutecnicas de biologia molecular em um curto periacuteodo de tempo foi
constatado que as bacteacuterias que nodulavam o feijoeiro apresentavam claramente
caracteriacutesticas fisioloacutegicas e geneacuteticas distintas permitindo a sua separaccedilatildeo em dois
grupos denominadas Tipo I e Tipo II (Martiacutenez et al 1985 Quinto et al 1985 Brom et
al 1988) Essas e outras diferenccedilas levaram em 1991 agrave definiccedilatildeo de uma nova
espeacutecie R tropici (trorsquo pi ci Gr n tropikos troacutepicos) que incluiria as estirpes do Tipo
II que foi subdividido em IIA e IIB (Martinez-Romero et al 1991) As bacteacuterias dessa
nova espeacutecie foram descritas como aeroacutebias Gram-negativas com pH oacutetimo para
crescimento variando entre 5 e 7 crescendo em temperatura de ateacute 40 degC As estirpes
estudadas foram isoladas de regiotildees tropicais nodulam e fixam N2 com P vulgaris L
Leucaena esculenta e L leucocephala
A estirpe IIB CIAT 899 (= ATCC 49672 = UMR 1899 = SEMIA 4077) foi
designada como estirpe padratildeo (ldquotype strainrdquo) e a estirpe representativa do grupo IIA eacute
a CFN 299 A estirpe CIAT 899 assim como as outras do Tipo IIB tambeacutem eacute resistente
a metais pesados e aos antibioacuteticos clorofenicol espectinomicina carbenicilina e
estreptomicina (Martiacutenez-Romero et al 1991) e apresenta maior toleracircncia agrave acidez
(Graham et al 1994) e a temperaturas elevadas (Hungria et al 1993 Mercante et al
2002) Somente as estirpes do Tipo IIB crescem em meio Luria-Bertani (LB) (Martiacutenez-
Romero et al 1991) Alguns estudos tecircm descrito diferenccedilas entre os Tipos IIA e IIB
incluindo anaacutelise de PCR com sequumlecircncias repetitivas como REP ERIC BOX (van
Berkum et al 1996) e a presenccedila de megaplasmiacutedeos (Geniaux et al 1995)
13 Simbiose rizoacutebio- leguminosa
Haacute uma grande diversidade de bacteacuterias capazes de formar simbioses com as
diferentes leguminosas sendo que ateacute o momento encontram-se distribuiacutedas dentro de
trecircs ramos filogeneacuteticos principais que satildeo os gecircneros Bradyrhizobium Azorhizobium e
os chamados rizoacutebios de crescimento raacutepido Estes atualmente encontram-se divididos
em trecircs gecircneros Rhizobium Mesorhizobium e Sinorhizobium sendo que R galegae
deve ser brevemente renomeado como um novo gecircnero (Young amp Haukka 1996
Lindstroumlm et al 1998) O rizoacutebio induz em suas hospedeiras a formaccedilatildeo de estruturas
especializadas chamadas noacutedulos onde o nitrogecircnio molecular eacute reduzido a amocircnia
Os estudos tecircm demonstrado o alto grau de especializaccedilatildeo desenvolvido durante o
processo evolutivo desta simbiose havendo importantes relaccedilotildees de especificidade e
grandes possibilidades de manipulaccedilatildeo deste conhecimento visando melhorar a
eficiecircncia simbioacutetica Devido agrave sua importacircncia econocircmica os estudos da interaccedilatildeo
rizoacutebio-leguminosas tem tido um bom suporte econocircmico quando comparado agraves demais
aacutereas de pesquisa agronocircmica em diversas partes do mundo sendo que atualmente eacute
a interaccedilatildeo planta-microrganismo mais bem estudada (Straliotto amp Rumjanek1999)
Sob condiccedilatildeo de limitaccedilatildeo de nitrogecircnio mineral as bacteacuterias do gecircnero
Rhizobium Bradyrhizobium Mesorhizobium Sinorhizobium Allorhizobium
coletivamente chamadas de riacutezoacutebio formam noacutedulos simbioacuteticos nas raiacutezes de
leguminosas Nos anos recentes outras α-proteobacterias tem sido apresentadas como
produtoras de noacutedulos em leguminosas (Moullin et al 2002) Methylobacterium (Sy et
al 2001) Blastobacter (Van Berkun e Eardly 2002) e Devosia (Rivas et al 2002)
Nestes noacutedulos simbioacuteticos a bacteacuteria na forma de bacteroacuteides convertem o N
atmosfeacuterico em amocircnia que eacute incorporada em diversas formas de N orgacircnico para a
utilizaccedilatildeo por plantas da famiacutelia das leguminosas
O nitrogecircnio eacute o elemento mais abundante na atmosfera terrestre (em torno de
79 ) estando presente principalmente na forma diatocircmica (N2) e eacute um dos principais
macronutrientes dos vegetais Algumas bacteacuterias que coexistem em simbiose ou natildeo
nas raiacutezes de plantas possuem enzimas com a capacidade de reduccedilatildeo do nitrogecircnio
atmosfeacuterico transformando-o em amocircnia e posteriormente em elementos essenciais
(Lodeiro et al 2000)
As leguminosas tecircm ao seu dispor duas fontes de nitrogecircnio o mineral
proveniente do solo eou fertilizante e o nitrogecircnio fixado biologicamente atraveacutes da
simbiose com os rizoacutebios Entretanto a subida vertiginosa dos preccedilos dos adubos
nitrogenados devido ao consumo de energia foacutessil em sua fabricaccedilatildeo aliada aos graves
problemas de poluiccedilatildeo causados pelo uso intensivo desses adubos tem deixado agrave
agricultura dos paiacuteses em desenvolvimento e dos desenvolvidos apenas as alternativas
de maximizar a fixaccedilatildeo bioloacutegica de nitrogecircnio otimizar a distribuiccedilatildeo e emprego dos
compostos nitrogenados dentro das plantas e tornar mais eficiente a utilizaccedilatildeo de
carboidratos pelos noacutedulos (Neves 1992)
O crescimento e a produccedilatildeo das leguminosas satildeo pelo menos em parte o
resultados da interaccedilatildeo entre as cultivares das plantas as estirpes de Rhizobium e as
condiccedilotildees ambientais em que o sistema simbioacutetico se desenvolve e que afetam a
assimilaccedilatildeo distribuiccedilatildeo e utilizaccedilatildeo do carbono e nitrogecircnio pelas plantas A
disponibilidade de nitrogecircnio para as sementes em desenvolvimento determina a
produccedilatildeo e depende de uma fixaccedilatildeo de nitrogecircnio que se prolongue ateacute o periacuteodo de
enchimento dos gratildeos (Neves amp Rumjanek 1995 Rumjanek et al 2002)
As plantas dependentes da fixaccedilatildeo bioloacutegica do N requerem mais fosfato (P) que
as plantas que usam exclusivamente N mineral Os niacuteveis baixos de P podem afetar a
simbiose ao diminuir o suplemento de fotossintato ao noacutedulo reduzir a taxa de
crescimento bacteriano e a populaccedilatildeo total de Rhizobium e Bradyrhizobium (Keyser amp
Munns 1979)
A fixaccedilatildeo bioloacutegica do nitrogecircnio dar-se-aacute mediante a presenccedila de noacutedulos nas
raiacutezes induzidos pela infecccedilatildeo das raiacutezes pelas bacteacuterias (Uribe 1994) O
desenvolvimento dos noacutedulos seratildeo iniciados pela troca de sinais quiacutemicos moleculares
entre a planta e o simbionte (Singleton et al 1992 Hungria et al 2000)
Os noacutedulos e a planta hospedeira satildeo perfeitamente interligados por meio de
vasos xilemaacuteticos e floemaacuteticos e portanto totalmente integrados em termos hormonais
e nutricionais O processo de fixaccedilatildeo do nitrogecircnio tambeacutem requer um suprimento
contiacutenuo de carboidratos que fornecem tanto a energia para a reduccedilatildeo do nitrogecircnio
quantos os esqueletos de carbono necessaacuterios agrave assimilaccedilatildeo da amocircnia produzida
Durante os processos de infecccedilatildeo e desenvolvimento dos noacutedulos energia eacute
necessaacuteria agraves divisotildees celulares e eacute obtida da oxidaccedilatildeo dos carboidratos produzidos
na parte aeacuterea da planta hospedeira (Neves 1992 Silveira et al 2001 Moreira amp
Siqueira 2006)
Devido agrave existecircncia de uma grande diversidade de espeacutecies nativas de bacteacuterias
fixadoras de nitrogecircnio eacute necessaacuteria a obtenccedilatildeo de estirpes de Rhizobium de alta
qualidade capazes de sobreviver e competir pela fixaccedilatildeo eficiente do nitrogecircnio
atmosfeacuterico na leguminosa alvo (Moawad et al 1998 Silveira et al 2001 Figueiredo et
al 2001 2002)
A nodulaccedilatildeo eacute um processo de multi-passos que envolvem plantas especiacuteficas e
expressatildeo geneacutetica bacteriana compatiacutevel Os resultados de vaacuterias trabalhos tecircm
indicado a participaccedilatildeo de mediadores quiacutemicos no periacuteodo inicial do processo de
infecccedilatildeo das raiacutezes das leguminosas Flavonoides especiacuteficos satildeo reconhecidos pelo
rizoacutebio e em alguns casos este eacute um importante aspecto de reconhecimento do
hospedeiro Se o flavonoide for reconhecido ocorreraacute a siacutentese de sacariacutedeos nas
ceacutelulas bacterianas atraveacutes da accedilatildeo de vaacuterios produtos de genes e resultando a
produccedilatildeo de uma pequena famiacutelia de lipo-oligossacariacutedeos A estrutura dos tipos de
lipo-oligossacariacutedeos eacute o maior determinante da especificidade do hospedeiro
(Laeremans amp Vanderleyden 1998 Diouf et al 2000 Dakora 2003)
14 Polissacariacutedeos de Rizoacutebio
Biopoliacutemeros satildeo polissacariacutedeos microbianos tambeacutem conhecidos como gomas ou
exopolissacariacutedeos (EPS) que tem a capacidade de fornar geacuteis e soluccedilotildees viscosas em
meio aquoso (Moreira et al 2003) Tendo sido observados nas uacuteltimas deacutecadas
progressos significativos em relaccedilatildeo agrave identificaccedilatildeo caracterizaccedilatildeo e utilizaccedilatildeo de
polissacariacutedeos sintetizados por microrganismos (Padilha 1997)
Kay et al (1993) enfatizam que os biopoliacutemeros satildeo na sua maioria compostos
atoacutexicos biodegradaacuteveis produzidos extracelularmente por microrganismos natildeo
patogecircnicos a partir de fermentaccedilotildees em batelada com eficiecircncia proacutexima a 50 na
conversatildeo do substrato
O termo goma tal como usado tecnicamente pelas induacutestrias refere-se aos
polissacariacutedeos de origem vegetal ou microbiana e seus derivados de alto peso
molecular que quando solubilizados em aacutegua fria ou quente produzem suspensotildees ou
soluccedilotildees viscosas podendo formar geacuteis a baixas concentraccedilotildees (Lopes 1989 Whistler
amp BeMiller 1993)
As bacteacuterias Gram-negativas apresentam a parede celular mais fina consequumlecircncia
da menor quantidade de peptidoglicano em comparaccedilatildeo agraves Gram-positivas e tem
como maior componente um macropoliacutemero denominado lipopolissacariacutedeo A
presenccedila do lipopolissacariacutedeo fornece uma barreira hidrofiacutelica agrave superfiacutecie celular Em
muitas bacteacuterias a hidrofilicidade da superfiacutecie celular eacute aumentada pela presenccedila de
uma camada de EPS O EPS pode estar organizado de modo a formar uma camada
coesiva e aderente denominada ldquocaacutepsulardquo ou consistir em um polissacariacutedeo livre e
ldquomucilaginosordquo (slime) com pouca ou nenhuma aderecircncia celular O termo EPS ou
exopolissacariacutedeo pode ser usado tanto para descrever o polissacariacutedeo mucilaginoso
como o capsular (Portilho 2002)
Vaacuterias bacteacuterias pertencentes agrave famiacutelia Rhizobiaceae satildeo produtoras de EPS na
cultura esses EPS rizobianos satildeo heteropolissacariacutedeos de espeacutecie ou estirpe-
especiacuteficos compostos de diferentes tipos de monossacariacutedeos (Becker amp Puumlhler
1998) Existem evidecircncias de que a composiccedilatildeo de EPS varia natildeo soacute entre os diversos
gecircneros mas tambeacutem com mudanccedilas no meio ambiente bacteriano (Karr et al 2000)
e alteraccedilotildees na constituiccedilatildeo das unidades repetitivas podem afetar a habilidade
simbioacutetica do bacterioacuteide (Wielbo et al 2004) Poreacutem os mecanismos de
desenvolvimento simbioacutetico e de infecccedilatildeo ainda natildeo estatildeo claros e por isso existe
contiacutenuo interesse em se elucidar a geneacutetica a biologia molecular e a bioquiacutemica de
EPS e de superfiacutecie de origem bacteriana
Os polissacariacutedeos sintetizados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium tais como
succinoglicanas e galactoglucanas (Zevenhuizen 1997) tecircm sido extensivamente
estudados na tentativa de melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose Muitos
trabalhos tecircm sido desenvolvidos com o objetivo de revelar a composiccedilatildeo quiacutemica a
biossiacutentese e informaccedilotildees geneacuteticas destas biomoleacuteculas e relacionar suas estruturas
quiacutemicas agraves propriedades de infestaccedilatildeo das bacteacuterias nas plantas hospedeiras (Canter
Cremers et al 1991) uma vez que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes da
especificidade simbioacutetica (Gil-Serrano et al 1992)
Os EPSs segundo Costerton (1987) possibilitam vida livre agrave bacteacuteria permitindo a
aderecircncia e colonizaccedilatildeo agrave superfiacutecies soacutelidas onde nutrientes se acumulam Eles
envolvem as membranas das ceacutelulas protegendo-as do dessecamento e outros
estresses ambientais aleacutem de poder ajudar na fixaccedilatildeo de minerais e nutrientes
proacuteximos agrave bacteacuteria (Sutherland 1988 Whitfield 1988)
Rhizobia de raacutepido crescimento sintetizam diferentes EPS EPS de alta massa
molecular o qual eacute excretado para o meio e resulta no aumento da viscosidade do
meio de cultivo CPS neutro e insoluacutevel depositado como uma massa volumosa ao
redor da ceacutelula e β-1 2-glucanas ciacuteclicas acumuladas no espaccedilo periplasmaacutetico e
excretadas para o meio (Zevenhuizen 1986) Os EPS despertam maior interesse
porque podem ser recolhidos diretamente do meio para o qual satildeo secretados Esses
microrganismos podem tambeacutem formar glucanas neutras unidas glicosidicamente por
ligaccedilotildees tipo β-14 presentes como microfibrilas celuloacutesicas de baixo massa molecular
(Zevenhuizen1986 Breedveld et al 1993) e algumas vezes no meio de cultura
podem ser encontrados compostos de baixa massa molecular semelhantes aos das
unidades monomeacutericas do EPS (Breedveld et al 1990)
A siacutentese de EPS aacutecido CPS neutro e poli-β-hidroxibutirato (PHB) por Rhizobium
eacute fortemente dependente das condiccedilotildees de cultivo das linhagens utilizadas assim
como da fase de crescimento levando a resultados que podem variar
consideravelmente (Zevenhuizen 1981 1986 Tombolini amp Nuti 1989) A produccedilatildeo de
EPS por Rhizobium leguminosarum R phaseoli e R trifolii segue associada ao
crescimento enquanto que R meliloti excreta principalmente polissacariacutedeos de baixa
massa molecular quando a proliferaccedilatildeo celular estaacute limitada pela falta de nitrogecircnio em
excesso de fonte de carbono ainda presente no meio
Zevenhuizen (1986) investigando a influecircncia das condiccedilotildees de cultivo nas
quantidades de EPS CPS e glucanas sintetizadas por Sinorhizobium meliloti TA-1
atraveacutes de cultivos em meio de sais contendo aacutecido glutacircmico (01 ) e manitol (1 )
em frascos de 100 mL agitados a 25 ordmC verificou que determinadas condiccedilotildees
direcionavam a siacutentese polissacariacutedica para um produto especiacutefico A produccedilatildeo de EPS
era favorecida em ar saturado com O2 a de CPS sob condiccedilotildees limitantes de nitrogecircnio
e moderado suprimento de O2 e a produccedilatildeo de β-12-glucanas em meio contendo uma
concentraccedilatildeo quatro vezes maior da fonte de nitrogecircnio produzindo uma alta
densidade celular e consequentemente uma limitaccedilatildeo severa de O2
Em todas as linhagens o acuacutemulo de glicogecircnio celular β-12-glucana e PHB
satildeo apenas iniciados sob condiccedilotildees limitantes do crescimento celular (Zevenhuizen amp
Ebbink1974) Quando haacute exaustatildeo da fonte de carbono externa glicogecircnio e PHB satildeo
metabolizados pelas ceacutelulas sustentando assim sua longevidade e atuando como
material de reserva (Zevenhuizen1981)
Ceacutelulas de R leguminosarum bv phaseoli e bv trifolii sintetizam EPS contendo
aacutecido urocircnico PHB eou glicogecircnio e ainda CPS natildeo metabolizaacutevel e pequenas
quantidades de β-12-glucana R melioti sintetiza EPS livre de aacutecido urocircnico PHB eou
glicogecircnio e elevadas concentraccedilotildees de β-12-glucana (Zevenhuizen 1981)
EPS aacutecidos elaborados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium apresentam exceto
por pequenas diferenccedilas uma viscosidade extraordinaacuteria na composiccedilatildeo e nas
propriedades estruturais entre linhagens de diferentes espeacutecies (Zevenhuizen
19711973 e Zevenhuizen amp Scholten-Koerselman1979) Os dois tipos mais comuns de
EPS de rizoacutebio (espeacutecies de raacutepido crescimento) obtidos apoacutes a precipitaccedilatildeo com 3
volumes de etanol satildeo EPS (da S meliloti) sem aacutecido urocircnico e que apresenta na
composiccedilatildeo molar D-glucose D-galactose aacutecido piruacutevico (711) denominado de
polissacariacutedeop Tipo I e EPS (da R leguminosarum bv phaseoli e bv trifolii) com
composiccedilatildeo molar D-glucoseD-galactoseaacutecido D-glucurocircnicoaacutecido piruacutevico (5122)
denominado de polissacariacutedeo Tipo II (Zevenhuizen1981)
As fraccedilotildees polimeacutericas precipitaacuteveis com trecircs volumes de etanol satildeo produtos de
elevada massa molecular com caraacuteter aacutecido os quais resultam em soluccedilotildees aquosas
altamente viscosas Polissacariacutedeos do Tipo I satildeo produtos comuns excretados de
linhagens de S meliloti e de Agrobacterium (Hisamatsu et al1982) sendo tambeacutem
sintetizados por bacteacuterias de origem totalmente diferente tal como Alcaligenes faecalis
(Harada amp Amemura 1981) S melioti sintetiza geralmente um EPS de elevada massa
molecular do tipo succinoglicana com a composiccedilatildeo glucose galactose piruvato
succinato acetato (71111) (Cinquini Dantas 1992 Matulovaacute et al 1994 Ridoult et
al1997)
Algumas linhagens de Rhizobium apresentam composiccedilotildees de EPS desviadas
dos tipos mais comuns mencionados acima tais como R leguminosarum bv phaseoli
linhagem K-82 com EPS de composiccedilatildeo molar D-glucoseD-galactose aacutecido urocircnico
aacutecido piruacutevico (1111) e S meliloti SU-234 que produz EPS correspondente ao
polissacariacutedeo Tipo II (Zevenhuizen 1981)
Um consideraacutevel nuacutemero de polissacariacutedeos produzidos por muitas linhagens de
rizoacutebio natildeo estaacute disperso livremente no meio mas sim presente como um material
viscoso amorfo ao redor da ceacutelula Tais polissacariacutedeos como a curdlana podem ser
extraiacutedos com a simples adiccedilatildeo de NaOH 05 M seguida de precipitaccedilatildeo pela
neutralizaccedilatildeo com HCl Curdlana uma β-13-glucana linear gelificante pode ser
produzida por Agrobacterium e por algumas linhagens de Rhizobium (Harada amp
Amemura 1981 Zevenhuizen 1986) assim como pela bacteacuteria Alcaligenes faecalis
bv myxogenes (Harada et al 1966 Phillips et al1983 Lawford amp Rousseau1989) O
derivado sulfatado deste homopoliacutemero apresenta atividades anticoagulantes e
antitromboacuteticas aleacutem de exibir efeito inibitoacuterio agrave infecccedilatildeo in vitro do viacuterus HIV-1
(Jagodzinsski et al 1994) Aleacutem dos polissacariacutedeos neutro e aacutecido de elevada massa
molecular as espeacutecies de Rhizobium assim como bacteacuterias do gecircnero Agrobacterium
excretam carboidratos de baixa massa molecular os quais tem sido caracterizados
como β-12-glucanas (York et al 1980) Estas glucanas se acumulam
preferencialmente no espaccedilo periplaacutesmico da ceacutelula (Abe et al 1982) mas satildeo
tambeacutem excretadas para o meio juntamente com EPS aacutecidos Aparentemente estes
carboidratos natildeo apresentam uma funccedilatildeo especiacutefica uma vez que experimentos
realizados natildeo sugerem a sua utilizaccedilatildeo como fonte de carbono ou de energia pelas
ceacutelulas apoacutes a exaustatildeo da fonte de carbono exoacutegena Entretanto acredita-se que β-
12-glucanas sejam importantes durante processo de infestaccedilatildeo de raiacutezes de plantas
Ceacutelulas mutantes de S meliloti natildeo sintetizadoras de β-12-glucanas induziram somente
a formaccedilatildeo de pseudonoacutedulos em alfafa (Breedveld et al1990)
As β-12-glucanas ciacuteclicas satildeo moleacuteculas com grande potencial de utilizaccedilatildeo
dado o espaccedilo interno relativamente hidrofoacutebico podendo ser apropriadas como
agentes de inclusatildeo comparaacuteveis agraves ciclodextrinas constituiacutedas de 6 a 8 resiacuteduos de
glucose unidos por ligaccedilotildees α-14 Os espaccedilos internos de ambas as moleacuteculas satildeo
praticamente semelhantes Contudo a solubilidade da β-12-glucana ciacuteclica eacute maior em
relaccedilatildeo agrave ciclodextrinas (Breedveld et al 1990)
Glicogecircnio e PHB estatildeo presentes nas ceacutelulas de Rhizobium sendo que
algumas vezes ocorre separadamente em diferentes linhagens mas na sua maioria
ambos os compostos aparecem juntos em ceacutelulas de uma mesma linhagem
Vaacuterios biopoliacutemeros tem sido produzidos e utilizados comercialmente entre eles
Dextrana (produzida por bacteacuterias dos gecircneros Leuconostoc e Streptococcus) Xantana
(produzida por bacteacuterias do gecircnero Xanthomonas) Curdulana (produzida pelas
bacteacuterias Alcaligenes faecalis bv mixogenes e Agrobacterium radiobacter) Alginato
bacteriano (produzido por bacteacuterias dos gecircneros Azotobacter principalmente
Azotobacter vinelandii e Pseudomonas) Zanflo (produzido pela bacteacuteria Erwinia
tahitica) Gelana (produzida pela bacteacuteria Sphingomonas paucimobilis anteriormente
classificada como Pseudomonas elodea) Welana (produzida por espeacutecies de
Alcaligenes) Escleroglucana (produzida por diferentes espeacutecies de Sclerotium)
Pululana (produzida pelo fungo Aureobasidium pullulans) Celulose bacteriana
(produzida pela bacteacuteria Acetobacter xilinum) (Sutherland 1992 Martins amp Saacute-Correia
1993 Giavasis el al 2000 Maugeri 2001 Giavasis et al 2003 Kalogiannis et al
2003 Campbell et al 2003)
Outros biopoliacutemeros que estatildeo em estudo natildeo sendo produzidos em escala
industrial podem ser citados tais como indicana (produzida por Beijerinckia indica)
emulsana (produzida por Acinetobacter calcoaceticus) pululana (produzida pela
levedura Rhodotorula bacarum) ciclossoforanas (produzidas por Rhizobium
Agrobacterium e algumas espeacutecies de Xanthomonas) clairana (produzida por
Beijerinckia sp) diutana (produzida pelo gecircnero Sphingomonas) (Maugeri 2001
Navarrete amp Shah 2001 Chi amp Zhao 2003 Moreira et al 2003) Ateacute o momento
dextrana e xantana satildeo praticamente os uacutenicos polissacariacutedeos microbianos
comercializados em larga escala A goma gelana eacute o terceiro polissacariacutedeo produzido
comercialmente por biossiacutentese microbiano utilizado na induacutestria de alimentos
(Maugeri 2001)
15 Reologia
A etmologia da palavra rheologia tem raiz e busca significado nos vocaacutebulos
gregos rheo = deformaccedilatildeo e logia = ciecircncia ou estudo Portanto reologia eacute a ciecircncia
que estuda como a mateacuteria se deforma ou escoa quando submetida a esforccedilos
originados por forccedilas externas Schlumberger (1982) Estuda o comportamento
deformacional e do fluxo de mateacuteria submetido a tensotildees sob determinadas condiccedilotildees
termodinacircmicas ao longo de um intervalo de tempo Inclui propriedades como
elasticidade viscosidade e plasticidade No caso mais simples a propriedade reoloacutegica
de interesse no caso de soacutelidos eacute a sua elasticidade e nos fluidos eacute a viscosidade que
pode ser interpretada como a resistecircncia interna ou fricccedilatildeo interna do fluido oferece
para escoar ou tambeacutem como a medida da fricccedilatildeo interna de um fluiacutedo Quanto mais
viscosa o fluido mais difiacutecil de escoar e maior o seu coeficiente de viscosidade
(Pasquel1999)
As propriedades reoloacutegicas das soluccedilotildees de poliacutemeros mudam com a natureza
do soluto dependem da massa molecular meacutedia da estrutura molecular dos grupos
acetil ou piruvato (Casas et al 2000 Moradi-Araghi 2000 Diltz amp Zeller 2001
Navarrete et al 2001)
Viscoelasticidade eacute uma das propriedades reoloacutegicas mais simples de
substacircncias de comportamento reoloacutegico complexo como satildeo os biopoliacutemeros uma
vez que soluccedilotildees de biopoliacutemeros com interesse de aplicaccedilatildeo comercial exibem
propriedades viscoelaacutesticas isto eacute a capacidade de formar geacuteis verdadeiros em baixas
concentraccedilotildees e portanto com caracteriacutesticas intermediaacuterias entre soacutelidos e fluiacutedos
(Szczesniak 1993)
Entretanto uma das importantes indicaccedilotildees de que um biopoliacutemero tem
propriedades funcionais com viabilidade de aplicaccedilatildeo comercial como agente
espessante estruturante ou gelificante eacute o resultado da medida da viscosidade
aparente de suas soluccedilotildees aquosas (Szczesniak 1993)
A viscosidade de uma soluccedilatildeo polimeacuterica eacute uma funccedilatildeo do tamanho e da forma e
conformaccedilatildeo que adotam suas moleacuteculas no solvente sendo que no caso de alimentos
e bebidas o solvente eacute uma soluccedilatildeo de outros solutos Assim sendo as soluccedilotildees das
gomas satildeo dispersotildees de moleacuteculas hidratadas eou agregados de moleacuteculas
hidratadas e seu comportamento reoloacutegico eacute determinado pelo tamanho forma
facilidade de deformaccedilatildeo ou flexibilidade e presenccedila e magnitude da carga eleacutetrica
nessas moleacuteculas hidratadas eou agregados As soluccedilotildees de polissacariacutedeos exibem
dois tipos gerais de comportamento reoloacutegico pseudoplaacutestico e tixotropia As soluccedilotildees
da maioria das gomas experimentam uma diminuiccedilatildeo da viscosidade com o aumento da
temperatura sendo que a goma xantana eacute uma exceccedilatildeo entre 0 e 100 ordm C (Pasquel
1999)
Na Viscoelasticidade os liacutequidos viscosos natildeo possuem forma geomeacutetrica
definida e escoam irreversivelmente quando submetidos a forccedilas externas Por outro
lado os soacutelidos elaacutesticos apresentam forma geomeacutetrica bem definida e se deformados
pela accedilatildeo de forccedilas externas assumem outra forma geomeacutetrica de equiliacutebrio Muitos
materiais apresentam um comportamento mecacircnico intermediaacuterio entre estes dois
extremos evidenciando tanto caracteriacutesticas viscosas como elaacutesticas e por este
motivo satildeo conhecidos como viscoelaacutesticos
Quanto agrave deformaccedilatildeo os fluidos podem ser classificados em
Reversiacuteveis ou elaacutesticos satildeo sistemas que natildeo escoam sua deformaccedilatildeo eacute
reversiacutevel e o sistema obedece agrave Lei de Hooke
Irreversiacuteveis ou viscosos satildeo sistemas que escoam sua deformaccedilatildeo eacute
irreversiacutevel e o sistema obedece agrave Lei de Newton de viscosidade constante
Tambeacutem podem ser classificados quanto agrave relaccedilatildeo entre a taxa de deformaccedilatildeo e a
tensatildeo de cisalhamento
Fluidos Newtonianos sua viscosidade eacute constante seguem a Lei de
Newton Esta classe abrange todos os gases e liacutequidos natildeo polimeacutericos e
homogecircneos A relaccedilatildeo entre a taxa de deformaccedilatildeo e a tensatildeo de cisalhamento
eacute linear e o coeficiente angular da reta eacute a viscosidade (Severs 1962)
Ex aacutegua leite soluccedilotildees de sacarose oacuteleos vegetais
Fluidos Natildeo Newtonianos a relaccedilatildeo entre a taxa de deformaccedilatildeo e a tensatildeo de
cisalhamento natildeo eacute constante A relaccedilatildeo eacute natildeo linear e o coeficiente angular
(viscosidade) varia com a taxa de deformaccedilatildeo (Severs 1962)
Aleacutem disso os fluidos natildeo newtonianos ainda podem ser classificados em
viscoelaacutesticos dependentes e independentes do tempo (Figura 1)
A Figura 2 mostra o comportamento reoloacutegicos do fluido newtoniano e dos fluidos
natildeo newtonianos independentes do tempo
O comportamento reoloacutegico dos fluidos pode ser caracterizado atraveacutes da
relaccedilatildeo entre a tensatildeo de cisalhamento (forccedilaaacuterea cisalhada) e a taxa de deformaccedilatildeo
Normalmente os poliacutemeros em soluccedilatildeo diluiacuteda demonstram um comportamento de
liacutequido newtoniano Em soluccedilatildeo concentrada ou no estado fundido os poliacutemeros
apresentam um comportamento reoloacutegico distinto que lhes confere a denominaccedilatildeo de
fluidos natildeo-newtonianos (Tager 1978)
Dependentes do tempo
Independentes do tempo
Tixotroacutepicos
Sem tensatildeo de cisalhamento
inicial
Natildeo Newtoniano
Com tensatildeo de cisalhamento
inicial
Dilatantes
Herschel-Bulkley
Fluidos
Newtoniano
Viscoelaacutesticos
Reopeacuteticosticos
Pseudoplaacutesticos
Plaacutesticos de Bingham
Figura 1 Classificaccedilatildeo dos Fluidos segundo seu comportamento reoloacutegico
Figura 2 Curvas de escoamento de fluidos newtoniano e natildeo newtonianos de propriedades independentes do tempo de cisalhamento
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Os fluidos natildeo-newtonianos cujas propriedades reoloacutegicas satildeo independentes do
tempo temos diversos tipos de comportamento de materiais que satildeo denominados
viscoplaacutesticos ou de Bingham dilatante e pseudoplaacutesticos
Os materiais viscoplaacutesticos ou de Bingham necessitam de uma tensatildeo inicial
para comeccedilarem a deformaccedilatildeo cisalhamento mantendo entatildeo a relaccedilatildeo entre tensatildeo
e taxa de deformaccedilatildeo que pode ser constante ou natildeo Em soluccedilotildees de poliacutemeros de
alto peso molecular muitas vezes uma tensatildeo de cisalhamento miacutenima se faz
necessaacuteria a fim de vencer as interaccedilotildees intermoleculares existentes Soacute apoacutes o
colapso destas ligaccedilotildees ocorre o escoamento do fluido Como exemplos destes fluidos
podem ser citados a margarina polpa de papel e a maioria das tintas (Bretas 1987)
Os materiais com comportamento dilatante ou pseudoplaacutestico natildeo necessitam de
uma tensatildeo miacutenima para escoarem mas a viscosidade destes fluidos varia de forma
natildeo linear com a taxa de deformaccedilatildeo (Cheremisinoff 1993)
Os materiais pseudoplaacutesticos incluem a maioria dos fluidos natildeo-newtonianos
como por exemplo soluccedilotildees polimeacutericas acetato de celulose maionese suspensotildees
de polpa de papel e pigmentos (Cheremisinoff 1993) A maioria dos poliacutemeros
sinteacuteticos no seu estado fundido e das soluccedilotildees aquosas de polissacariacutedeos satildeo
exemplos de materiais pseudoplaacutesticos (Lopes 1989)
O termo dilatacircncia eacute empregado normalmente para descrever tanto uma
expansatildeo de volume sob cisalhamento como para caracterizar o aumento de
viscosidade de certos fluidos com o aumento da velocidade de cisalhamento Neste
uacuteltimo aspecto a dilatacircncia eacute observada como fenocircmeno inverso agrave pseudoplasticidade
(Bauer amp Collins 1967) O comportamento dilatante pode ser observado em
suspensotildees muito concentradas em que as partiacuteculas constituintes satildeo irregulares e
natildeo se orientam facilmente ou em poliacutemeros fundidos onde haacute formaccedilatildeo de cristais
durante o processo de escoamento (Lopes e Andrade 1991) Como exemplos de
dilatantes podemos citar as suspensotildees aquosas de dioacutexido de titacircnio suspensotildees de
amido de milho em etilenoglicolaacutegua goma araacutebica areia de praia molhada entre
outros (Lopes e Andrade 1991 Cheremisinoff 1993)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Os fluidos natildeo-newtonianos cujas propriedades reoloacutegicas satildeo dependentes do
tempo temos diversos tipos de comportamento de materiais que satildeo denominados de
reopeacuteticos e tixotroacutepicos Materiais que se tornam mais viscosos durante a
transformaccedilatildeo em cisalhamento suave satildeo chamados reopeacuteticos exibem um aumento
da viscosidade com o aumento da velocidade de cisalhamento a uma velocidade de
cisalhamento constante (suspensatildeo de gesso solos) e os que se tornam menos
viscosos satildeo chamados tixotroacutepicos (tinturas vaacuterios lubrificntes) (Cheremisinoff 1993)
Os materiais tixotroacutepicos satildeo inevitavelmente pseudoplaacutesticos mas nem todo
pseudoplaacutestico eacute tixotroacutepico (Lenk 1978)
Uma outra categoria de fluidos natildeo-newtoniano eacute representada pelos fluidos
viscoeslaacutesticos Um material eacute descrito como viscoelaacutestico quando em suas
propriedades mecacircnicas parte da energia eacute armazenada e outra parte eacute dissipada
como calor Na verdade todos os corpos reais satildeo viscoelaacutesticos (Graessley 1984)
Um fluido viscoelaacutestico em equiliacutebrio quando submetido agrave uma tensatildeo cisalhante
responde de dois modos sobrepostos Primeiro o material exibe uma resposta elaacutestica
que corresponde ao deslocamento das moleacuteculas de sua posiccedilatildeo inicial para uma nova
posiccedilatildeo de equiliacutebrio Isto ocorre logo apoacutes a aplicaccedilatildeo da tensatildeo e eacute chamado de
tempo de relaxamento O segundo modo de resposta agrave tensatildeo eacute o escoamento viscoso
iniciando-se tambeacutem logo que esta eacute aplicada O escoamento viscoso eacute por
conseguinte irreversiacutevel espontaneamente podendo continuar mesmo apoacutes o aliacutevio da
tensatildeo (Tager 1978) Como exemplos desta classe de fluiacutedos poliacutemeros como o
naacuteilon vaacuterias soluccedilotildees polimeacutericas e geleacuteias (Cheremisinoff 1993)
O estudo reoloacutegico de sistemas polimeacutericos tem auxiliado tanto na compreensatildeo
da estrutura molecular de muitos tipos de poliacutemeros quanto na forma como esta
conformaccedilatildeo estrutural afeta o comportamento reoloacutegico quer em condiccedilotildees
permanentes quer em deformaccedilatildeo intermitente A viscosidade e a elasticidade satildeo as
duas faces que tendem a caracterizar a maneira como um material reage a uma tensatildeo
imposta (Machado 2002)
A estrutura quiacutemica de cada biopoliacutemero bem como os grupos substituintes que
ele possui determinam suas caracteriacutesticas reoloacutegicas e portanto suas potenciais
aplicaccedilotildees (Pace 1991)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Os polissacariacutedeos microbianos variam consideravelmente em suas
propriedades fiacutesicas incluindo as caracteriacutesticas reoloacutegicas influenciando
marcadamente o processo fermentativo (Sutherland 1990)
2 JUSTIFICATIVA
A relevacircncia deste trabalho consiste na necessidade do desenvolvimento de
tecnologias de baixo custo capazes de melhorar os niacuteveis de produtividade do feijoeiro
podendo ser favorecido pelo estudo do comportamento da produccedilatildeo de polissacariacutedeos
por Rhizobium sp onde os resultados permitiratildeo avaliar a produccedilatildeo do biopoliacutemero
sintetizado como uma alternativa viaacutevel e promissora principalmente pelo uso de
bioproduto para formulaccedilatildeo de inoculante visando incrementar a contribuiccedilatildeo no
processo da Fixaccedilatildeo Bioloacutegica de Nitrogecircnio podendo gerar no futuro insumos
bioloacutegicos capazes de promover saltos qualitativos para a agricultura
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
3 OBJETIVOS 31 Geral Obter isolados de rizoacutebios para maior eficiecircncia no desenvolvimento da planta visando
selecionar microrganismos para produccedilatildeo de polissacariacutedeos extracelulares e que
possuam capacidade para produzir biopoliacutemero
32 Especiacuteficos
Estudo cineacutetico do cultivo de rizoacutebios para determinar as condiccedilotildees culturais que
assegurem uma produccedilatildeo eficiente de polissacariacutedeos
Determinar quais os melhores isolados produtores de polissacariacutedeo em meio
liacutequido (gL-1)
Estudar paracircmetros na produccedilatildeo de exopolissacariacutedeo formado pelas estirpes de
rizoacutebio tais como volume de inoacuteculo e o comportamento viscosimeacutetrico da
dispersatildeo do polissacariacutedeo
Avaliar a influecircncia do tempo na produccedilatildeo do polissacariacutedeo pelo
acompanhamento de consumo de substrato e de formaccedilatildeo do produto
Determinar a composiccedilatildeo quimica e a dosagem de sacarose das melhores
estirpes produtoras de polissacariacutedeo
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
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Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
5 CAPIacuteTULO 1
BIOPOLIacuteMEROS SINTETIZADOS POR Rhizobium sp PRODUCcedilAtildeO E COMPORTAMENTO REOLOacuteGICO
Barreto M C S 12 Figueiredo M V B 2 Burity H A2 Lima-Filho J L 1
1Universidade Federal de Pernambuco Rua Nelson Chaves sn Cidade Universitaacuteria
Recife ndash PE Brasil
2Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria ndash IPA Laboratoacuterio Biologia do
Solo Av Gal San Martin 1371 Bongi Recife ndash PE Brasil
Autor de correspondecircncia Maria do Carmo Silva Barreto Empresa Pernambucana de Pesquisa
Agropecuaacuteria ndash IPA Laboratoacuterio Biologia do Solo Av Gal San Martin 1371 Bongi Recife ndash PE
Brasil E-mail mcsbarretogmailcom
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
RESUMO Os biopoliacutemeros polissacariacutedicos de origem microbiana sintetizados por bacteacuterias
fungos e leveduras satildeo tambeacutem conhecidos como goma devido a sua capacidade de
formar soluccedilotildees viscosas e geacuteis em meio aquoso A produccedilatildeo de exopolissacariacutedeos
(EPS) microbianos tem sido objeto de intensa pesquisa tendo em vista seu elevado
potencial de aplicaccedilatildeo em diferentes setores No entanto os polissacariacutedeos
sintetizados por bacteacuterias do grupo Rhizobium tem sido estudados na tentativa de
melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose leguminosa X Rhizobium uma vez
que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes da especificidade simbioacutetica
entretanto a precisa funccedilatildeo destas moleacuteculas ainda estaacute sendo investigada No
processo de produccedilatildeo e viscosidade de polissacariacutedeo a ser obtido deve-se considerar
desde o microrganismo em estudo ateacute a determinaccedilatildeo dos paracircmetros de agitaccedilatildeo
tempo de incubaccedilatildeo excesso ou ausecircncia de carboidratos e volume de inoculo onde
se destaca o meio de produccedilatildeo e sua influecircncia na siacutentese no rendimento e na
composiccedilatildeo dos EPS O objetivo deste trabalho foi avaliar a produccedilatildeo e viscosidade de
biopoliacutemeros obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp comparados com a estirpe padratildeo
Rhizobium tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo O biopoliacutemero foi obtido
atraveacutes de agitaccedilatildeo em incubador agitador As condiccedilotildees foram 28 degC 200 rpm por 96
e 168 horas em meio YM modificado Foram avaliados a produccedilatildeo pela massa seca
da soluccedilatildeo aquosa dos biopoliacutemeros a 25 (vv) atraveacutes da teacutecnica da massa seca e
apoacutes a secagem do produto foi realizada em dissecador agrave temperatura de 30 degC ateacute
massa constante Para medidas de viscosidade as amostras foram determinadas em
viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT Spindle 1) a 20 degC a diferentes taxas
de cisalhamento Os resultados mostraram que os isolados no tempo de fermentaccedilatildeo
de 168 horas apresentou maior produccedilatildeo de EPS Com o aumento do tempo tambeacutem
houve um aumento da viscosidade para todos os isolados
Palavras Chave Exopolissacariacutedeos (EPS) reologia rizoacutebio
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ABSTRACT
The biopolymers are polysaccharide from microbial origin synthesized by bacteria fungi
and yeast They are also known as gums due to their capacity to produce viscous
solutions and gel in an acquoso medium The production of microbial Exopolysaccharide
(EPS) has been an object of intensive research due to its high application and potential
in different fields However the polysaccharide synthesized by bacteria from
Rhizobium have been studied to help understand their participation in the leguminous
symbiosis X Rhizobium since these biopolymers seem to determine the symbiotic
specificity however the precise function of those molecules are still to be seen to
During the process of production and viscosity of polysaccharide it should be
considered from the microorganism being studied to the determination of rotatory
parameters time of incubation excess or lack of carbohydrates and inocule volume in
which the production medium and its influence on the synthesis is highlighted in the
yield and composition of exopolysaccharides The aim of this research is to evaluate the
production and viscosity of biopolymers obtained form 8 isolated Rhizobium sp
compared to standard strain Rhizobium tropici (CIAT 899) in different culture timing The
biopolymer was obtained through rotation in shakers The conditions were 28degC
200rpm per 96 and 168 hours in modified YM medium The following items were
evaluated the production via dry weight of acquoso solution of biopolymers at 25
(vv) through the technique of dry weight and after drying the product which was done in
a dessicator at 30degC with constant weight For measuring viscosity the samples were
identified by using a rotational Brookfield (model RVT Spindle 1) viscometer at 20degC
and shear rate The results showed that the isolated ones had a bigger production within
168 hours of fermentation time Besides by increasing the time there was also an
increase of viscosity for all the isolated ones
Keywords Exopolysaccharide(EPS) rheology rhizobia
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
51 Introduccedilatildeo
Os biopoliacutemeros polissacariacutedicos de origem microbiana sintetizados por bacteacuterias
fungos e leveduras satildeo tambeacutem conhecidos como goma devido a sua capacidade de
formar soluccedilotildees viscosas e geacuteis em meio aquoso Esses polissacariacutedeos de cadeia
complexa tambeacutem satildeo conhecidos como gomas devido a sua capacidade de formar
soluccedilotildees viscosas e geacuteis em meio aquoso
Um grande nuacutemero de bacteacuterias conhecidas produz quantidades abundantes de
exopolissacariacutedeos (EPS) particularmente as patogecircnicas de plantas como as
Xanthomonas Erwinia e as bacteacuterias fixadoras de nitrogecircnio Rhizobium Beijerinkia e
Azotobacter (Vermani et al 1995) Destas os exopolissacariacutedeos de Xanthomonas
campestris (xantana) Sphingomonas paucimobilis e Pseudomonas elodea (gelana)
Acetobacter xylinum (celulose) e Rhizobium sp (succinoglucana) estatildeo sendo
comercializados (Sutherland 2001)
Os polissacariacutedeos extracelulares sintetizados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium
tecircm sido estudados na tentativa de melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose
leguminosa x Rhizobium uma vez que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes
da especificidade simbioacutetica entretanto a precisa funccedilatildeo destas moleacuteculas ainda estaacute
sendo investigada
Segundo Costerton (1987) os EPS possibilitam vida livre agrave bacteacuteria permitindo a
aderecircncia e colonizaccedilatildeo agrave superfiacutecies soacutelidas onde os nutrientes se acumulam Eles
envolvem as membranas das ceacutelulas protegendo-as do dessecamento e outros
estresses ambientais aleacutem de poder ajudar na fixaccedilatildeo de minerais e nutrientes proacuteximo
a bacteacuteria (Sutherland 1988 Whitfield 1988) Ainda segundo Costerton (1987) os
EPS podem ser homopoliacutemeros ou heteropoliacutemeros e possuem uma variedade de
substituintes natildeo carboidratados Entre os homopoliacutemeros encontrados em bacteacuterias
que interagem com plantas as mais comuns satildeo as glucanas periplasmaacuteticas β (1-2)
que estatildeo presentes em Rhizobiaceae (Otoboni 2001)
Os polissacariacutedeos bacterianos hidrossoluacuteveis vecircm sendo utilizados pelas induacutestrias
como emulsificantes estabilizantes espessantes agentes de suspensatildeo e dependendo
de sua natureza quiacutemica as gomas microbianas podem tambeacutem ser empregadas como
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
promotoras de gelificaccedilatildeo No entanto os polissacariacutedeos sintetizados por bacteacuterias do
gecircnero Rhizobium tais como succinoglicanas e galactoglucanas (Zevenhuizen 1997
Younes et al 2000) tecircm sido estudados na tentativa de melhor compreender sua
participaccedilatildeo na simbiose
A produccedilatildeo de EPS microbianos tem sido objeto de intensa pesquisa tendo em
vista seu elevado potencial de aplicaccedilatildeo em diferentes setores pois natildeo se encontra
exposta agraves alteraccedilotildees climaacuteticas ou agrave problemas nas colheitas que prejudicam a oferta
e alteram o custo de produccedilatildeo das gomas tradicionais No processo de produccedilatildeo de
polissacariacutedeos deve-se considerar desde o microrganismo em estudo ateacute a
determinaccedilatildeo dos paracircmetros de agitaccedilatildeo tempo de incubaccedilatildeo excesso ou ausecircncia
de carboidratos e volume de inoacuteculo onde se destaca o meio de produccedilatildeo e sua
influecircncia na siacutentese no rendimento e na composiccedilatildeo dos EPS (Faria 2002)
Na literatura estatildeo descritos vaacuterios meios de produccedilatildeo entretanto a composiccedilatildeo
qualitativa eacute a mesma e cada suplemento apresenta uma determinada funccedilatildeo na
produccedilatildeo de polissacariacutedeo Basicamente os meios para produccedilatildeo de polissacariacutedeos
apresentam uma fonte de foacutesforo e potaacutessio (fosfato de potaacutessio) e nitrogecircnio (sulfato
de amocircnio) em concentraccedilotildees adequadas para o crescimento do microrganismo uma
fonte de carbono (glicose sacarose manose frutose e outras) como reserva energeacutetica
e ainda oligoelementos como Na1+ K1+ Ca2+ Mg2+ Fe2+ e outros os quais tecircm um
papel importante como cofatores enzimaacuteticos nas vias de produccedilatildeo do polissacariacutedeo
(Martins et al 1990 Wong 1993 Madi et al 1997)
Soluccedilotildees de biopoliacutemeros bacterianos com propriedades reoloacutegicas interessantes
do ponto de vista industrial geralmente exibem propriedades pseudoplaacutesticas
viscoelaacutesticas e tensatildeo residual elevada (Sutherland 2001) poreacutem a viscosidade
aparente do caldo de fermentaccedilatildeo era o paracircmetro utilizado para avaliar a qualidade do
biopoliacutemero (Scamparini 1991 Bueno amp Garcia-Cruz 2000) Dos paracircmetros que
interferem na viscosidade dos poliacutemeros pode-se citar o tipo de estrutura molecular e
concentraccedilatildeo de poliacutemero A viscosidade da soluccedilatildeo aquosa de um polissacariacutedeo estaacute
diretamente relacionada com a rigidez de sua moleacutecula que por sua vez depende da
sua estrutura principalmente da estrutura primaacuteria e secundaacuteria a qual estaacute
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
diretamente relacionada agrave bacteacuteria utilizada e agraves condiccedilotildees operacionais do processo
de produccedilatildeo (Bradshaw et al 1983)
A seleccedilatildeo de microrganismos que produzam polissacariacutedeos com propriedades
funcionais economicamente interessantes bem como os estudos para otimizar o
rendimento e a produtividade dos processos fermentativos na obtenccedilatildeo destes eacute um
desafio constante (Boza 2002) A seleccedilatildeo da linhagem deveria ser o primeiro passo
quando se tenta um processo especiacutefico de produccedilatildeo
Dentro deste contexto este trabalho teve como objetivo geral avaliar a produccedilatildeo e
viscosidade de EPS obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp comparados com a estirpe
padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo
52 Material e Meacutetodos
Microrganismos
Foram utilizadas as bacteacuterias pertencentes ao gecircnero Rhizobium 8 isolados (nativos
da regiatildeo do sertatildeo de Pernambuco ndash Araripina) do banco de germoplasma da
Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria - IPA resistentes a alta
temperatura e formadoras de goma e uma estirpes padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899)
obtidas do Centro Nacional de Pesquisa em Agrobiologia - CNPAB EMBRAPA
As estirpes descritas na Tabela 1 foram mantidas em meio YMA (Vincent 1970 -
modificado) contendo (gL-1) sacarose (30 g) extrato de levedura (04 g) 1 mL de
K2HPO4 a 10 4 mL de KH2PO4 a 10 2 mL de MgSO47H2O a 10 1 mL de NaCl
a 10 5 mL de Azul de Bromotimol 025 em KOH a 02N ou 10 mL de Vermelho
Congo a 025
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Inoacuteculo
As estirpes descritas na Tabela 1 foram purificadas por repicagem em placas de
petri contendo o meio YMA (Vincent 1970 - modificado) utilizando o corante vermelho
do congo como indicador Apoacutes a purificaccedilatildeo as bacteacuterias foram repicadas em tubos
inclinados em meio de cultura sem o indicador vermelho de congo as quais foram
incubados a 28 degC por 48 horas em estufa e armazenadas a plusmn4 degC
A partir dessas culturas os experimentos foram conduzidos em duas etapas
Primeiro preparou-se um preacute-inoacuteculo partindo de uma alccedilada de cultura crescida sobre
meio YMA e incubada em estufa por 48 h a 28 plusmn 1 degC Transcorrido este periacuteodo
Isolados
Estirpe
Tamanho
das colocircnias
Tempo
Crescimento (dias)
pH
Transparecircncia
Hospedeiro
Origem
ISOL-1
gt 1 mm
2
Alcalino
Transluacutecido
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-2
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-3
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-4
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-6
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-11
gt 1 mm
2
Aacutecido
Transluacutecido
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-14
lt 1 mm
2
Levemente
Aacutecido
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-16
gt 1 mm
2
Levemente
Aacutecido
Opaco
Phaseolus vulgaris
CIAT 899
gt 1 mm
2
Aacutecido
Transluacutecido
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
Cali-CO
Tabela 1 Caracteriacutesticas morfofisioloacutegicas dos Isolados de rizoacutebios e da estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
preparou-se o inoacuteculo atraveacutes da transferecircncia asseacuteptica em Erlenmeyer de 250 mL
com 80 mL de meio de produccedilatildeo contendo 25 (vv) de uma cultura do preacute-inoacuteculo
crescida ateacute a fase logariacutetma e incubados em agitador rotatoacuterio a 200 rpm a 28 plusmn 1 degC
em triplicata
Produccedilatildeo e recuperaccedilatildeo de biopoliacutemero
A produccedilatildeo total dos biopoliacutemeros [g(Lh)-1] obtidos nos diferentes tempos de
cultivo foram avaliados pela massa do produto seco por volume de meio YM
modificado em Incubadora refrigerada com agitaccedilatildeo Modelo TE-421 TECNAL A
quantidade produzida de EPS durante a fermentaccedilatildeo foi determinada atraveacutes da
teacutecnica da massa seca Apoacutes centrifugaccedilatildeo aacutelcool etiacutelico PA foi adicionado ao mosto
fermentado ateacute atingir a concentraccedilatildeo de 80 na soluccedilatildeo hidroalcooacutelica formada
Apoacutes a total precipitaccedilatildeo do EPS presente no meio fermentado foi realizado a secagem
do produto em dissecador agrave temperatura 30 degC ateacute massa constante Todas as
determinaccedilotildees foram efetuadas em triplicata
Viscosidade
A caracterizccedilatildeo reoloacutegica do biopoliacutemero produzido foi determinada em um
viscosiacutemetro rotacional Brookfield modelo RVT com spindle 1 a 20 degC acoplados a
um banho-maria termostatizado modelo TE-184 TECNAL Foram determinadas as
viscosidades aparentes e a avaliaccedilatildeo do comportamento pseudoplaacutestico As equaccedilotildees
e procedimentos especiacuteficos aplicados para os caacutelculos das taxas de cisalhamento em
funccedilatildeo da rotaccedilatildeo aplicada no material foram obtidos atraveacutes dos meacutetodos verificados
por Mitschka (1982) citado por Morais (1999) para reocircmetros deste modelo (RV)
O modelo reoloacutegico adotado foi de Ostwald-de Waele (power-law)
n
kibull
= γτ )(
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Pelo meacutetodo utilizado a tensatildeo de cisalhamento eacute calculada pela multiplicaccedilatildeo da
leituras de torque pela constante tabelada kat (funccedilatildeo do rotor) e a taxa de cisalhamento
pela constante kγ (funccedilatildeo do rotor e iacutendice da potecircncia) (Morais 1999)
)()( iLKi at=τ
)()()( iWnKi γγ =
Os valores das constantes das constantes de Mitschka se encontram na tabela 2
seguinte
Tabela 2 Valores das constantes kat e kγ (Mitshka 1982)
Rotor 1 2 3 4 5 6 7
kat 0035 0119 0279 0539 105 235 84
n=01 1728 1431 1457 1492 1544 1366 1936
02 0967 0875 0882 0892 0907 0851 1007
03 0705 0656 0656 0658 0663 0629 0681
kγ 04 0576 0535 0530 0529 0528 0503 0515
05 0499 0458 0449 0445 0442 0421 0413
06 0449 0404 0392 0387 0382 0363 0346
07 0414 0365 0350 0343 0338 0320 0297
08 0387 0334 0317 0310 0304 0286 0261
09 0367 0310 0291 0283 0276 0260 0232
10 0351 0291 0270 0262 0254 0238 0209
Anaacutelise Estatiacutestica Para as anaacutelises individuais do experimento foi utilizado um delineamento
inteiramente casualizado com nove (n = 9) bacteacuterias e trecircs repeticcedilotildees (r =3) O modelo
matemaacutetico utilizado foi o aditivo linear
Yij = micro + bi + lij onde
Yij eacute a variaacutevel resposta (produccedilatildeo de biopoliacutemero) da i-eacutesima bacteacuteria na j-eacutesima
repeticcedilatildeo
micro eacute a meacutedia geral do experimento
bi eacute o efeito da i-eacutesima bacteacuteria
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
lij eacute o componente aleatoacuterio (erro experimental ou resiacuteduo) para a i-eacutesima bacteacuteria e j-
eacutesima repeticcedilatildeo Considerando eij independente e normalmente distribuiacutedo com meacutedia
zero e variacircncia σe2
O esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia utilizado para os experimentos de 96
e 168 horas pode ser visto na Tabela abaixo
Para a anaacutelise de Grupo de experimentos foi utilizado o modelo matemaacutetico Yijk = micro + bi + ti + (bt)ik + lijk onde
Yijk eacute a variaacutevel resposta (produccedilatildeo de biopoliacutemero) da i-eacutesima bacteacuteria no k-eacutesimo
tempo da j-eacutesima repeticcedilatildeo
micro eacute a meacutedia geral dos experimentos
bi eacute o efeito da i-eacutesima bacteacuteria
tk eacute o efeito do k-eacutesimo tempo
(bt)ik eacute o efeito da interaccedilatildeo hierarquica da i-eacutesima bacteacuteria com o k-eacutesimo tempo
lijk eacute o componente aleatoacuterio (erro experimental ou resiacuteduo) para a i-eacutesima bacteacuteria do
k-eacutesimo tempo na j-eacutesima repeticcedilatildeo Considerando lijk independente e normalmente
distribuiacutedo com meacutedia zero e variacircncia σe2
Fonte de variaccedilatildeo
GL
SQ
QM
F
Bacteacuterias
Resiacuteduos
1minusn
( )1minusrn
Total
1minusnr
sum=
minus
n
iCbir 1
21
Diferenccedila
CYij
r
j
n
iminussumsum
==
2
11
1Q
2Q
21
Tabela 3 ndash Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para experimentos em 96 e 168 horas
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
O esquema teoacuterico da decomposiccedilatildeo da variacircncia utilizado pode ser visto na Tabela 3
1minusnrt
53 Resultados e Discussatildeo
Produccedilatildeo de biopoliacutemero
As Tabelas 5 e 6 apresentam os resultados da anaacutelise de variacircncia e dos dados
meacutedios das anaacutelises individuais e do grupo de experimento da produccedilatildeo de biopoliacutemero
(gL-1) para os tempos de cultivo (96 e 168 horas) respectivamente
A Tabela 6 apresenta a produccedilatildeo meacutedia (gL-1) das fermentaccedilotildees realizadas em
triplicata para a produccedilatildeo do biopoliacutemero durante 96 e 168 horas de cultivo dos 8
isolados e da estirpe padratildeo CIAT 899 e a meacutedia do grupo de experimento das
mesmas Nesta observa-se que a produccedilatildeo maacutexima no periacuteodo de 168 horas de
processo ocorreu para todas as estirpes poreacutem a bacteacuteria CIAT 899 (padratildeo)
apresentou a maior produccedilatildeo em relaccedilatildeo aos demais tratamentos ( ISOL 14 ISOL 16 e
ISOL 3 ) pelo teste de Tukey a niacutevel de 1 de probabilidade Isto sugere que com o
aumento do tempo (168 horas) ocorre um aumento da produccedilatildeo o que mostra que a
Fonte de variaccedilatildeo
GL
SQ
QM
F
Bacteacuterias (B)
1minusn
_
1Q
41 QQ
Tempo (T) 1minust _ 2Q 42 QQ
Interaccedilatildeo (BxT) ( )( )11 minusminus tn _ 3Q
43
Resiacuteduo ( )1minusrnt _ 4Q
Tabela 4 ndash Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para grupo de experimentos
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
condiccedilatildeo de 30 g de sacarose 200 rpm 168 horas e 28 degC eacute a condiccedilatildeo maximizada
para a produccedilatildeo do biopoliacutemero realizada neste estudo No entanto em relaccedilatildeo a
meacutedia das produccedilotildees de 96 e 168 horas a estirpe CIAT 899 natildeo apresentou diferenccedila
significativa pelo teste de Tukey (plt001) em relaccedilatildeo ao ISOL 14 A menor produccedilatildeo
de biopoliacutemero ocorreu com o ISOL 1
FV GL
Quadrado Meacutedio 96 horas
168 horas
Bacteacuteria
Resiacuteduo
8
18
04366
00099
08720
00213
Significacircncia ao niacutevel (plt001) para o teste de F CV () 1525 (96 horas) CV() 1420 (168 horas)
Bacteacuterias
Produccedilatildeo
(gL-1) 96 horas
Produccedilatildeo
(gL-1) 168 horas
Meacutedia Produccedilatildeo
(gL-1) 96 e 168 horas
CIAT 899 12520 a 18542 a 15531 a
ISOL 14 10575 ab 16608 ab 13592 a
ISOL 16 08237 bc 13225 bc 10731 ab
ISOL 3 08825 bc 11746 cd 10285 ab
ISOL 11 06241 cd 08463 d 07352 bc
ISOL 4 04958 de 09429 cd 07194 bc
ISOL 6 04029 def 08479 d 06254 bc
ISOL 2 02162 ef 03217 e 02690 c
ISOL 1 01229 f 02779 e 02004 c
Tabela 6 Dados meacutedios das anaacutelises individuais e do grupo de experimento da produccedilatildeo de biopoliacutemeros por Rhizobium sp
Tabela 5 Resultados da anaacutelise de variacircncia da produccedilatildeo de biopoliacutemeros sintetizados por Rhizobium cultivados por 96 e 168 horas de cultivo
As meacutedias (3 repeticcedilotildees) seguidas de mesma letra natildeo diferem estatisticamente entre si pelo teste de Tukey (plt001) CV () 1525 (96 horas) CV () 1420 (168 horas) CV () 1487 (96 e 168 horas)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Entretanto sabe-se que a produccedilatildeo eacute influenciada pela linhagem do
microrganismo tempo e meio de fermentaccedilatildeo (Antunes et al 2000 Souza amp
Vendruscolo 2000 Torres et al 1993) Neste estudo a fonte de carbono utilizada como
substrato foi agrave sacarose que eacute bastante utilizada em experimentos de fermentaccedilatildeo As
fermentaccedilotildees foram realizadas com o meio de produccedilatildeo elaborado a partir do meio YM
(Vincent 1970) suplementado com uma dosagem maior de sacarose (30 gL) no intuito
de incrementar a produccedilatildeo das linhagens testadas
As bacteacuterias do gecircnero Rhizobium satildeo capazes de utilizar uma ampla gama de
produtos como fontes de carbono A literatura cita cultivos com glicose galactose
frutose arabinose xilose ramnose maltose sacarose lactose trealose rafinose
manitol furamato malato succinato citrato e piruvato (Jordan 1984) De todos estes
produtos a sacarose eacute o de mais faacutecil obtenccedilatildeo e mais vantajoso economicamente
Segundo Sutherland (2002) a glicose e sacarose satildeo usadas como fontes de carbono
preferenciais para a produccedilatildeo de biopoliacutemeros O rendimento da conversatildeo de
sacarose em ceacutelulas pelo R leguminosarum bv phaseoli oscila entre 04 e 05 g de
ceacutelulas por grama de sacarose (Boiardi 1983 Balatti 1992 IPT 1993a)
Padilha (2003) tambeacutem verificou que os resultados de fermentaccedilatildeo obtidos em
duas linhagens de Xanthomonas demonstraram a influecircncia do tempo de incubaccedilatildeo na
produccedilatildeo do biopoliacutemero onde a linhagem X axonopodis pv manihotis 289 apresentou
maior concentraccedilatildeo em ambas as condiccedilotildees testadas 72 e 96 horas 69 gL-1 e 79
gL-1 respectivamente em relaccedilatildeo agrave linhagem de X campestris pv campestris CA110
que produziu 63 gL-1 e 68 gL-1 respectivamente
Apoacutes a fermentaccedilatildeo os biopoliacutemeros foram purificados (por
centrifugaccedilatildeo) recuperados e avaliados visualmente para verificar as diferenccedilas
quanto agrave coloraccedilatildeo e estrutura das duas estirpes maiores produtoras de goma (CIAT
899 e ISOL 14) apoacutes a precipitaccedilatildeo com etanol A Figura 3 apresenta o aspecto dos
EPS precipitados a partir da produccedilatildeo onde pode-se observar diferenccedilas quanto ao
aspecto da goma precipitada Observa-se que os poliacutemeros sintetizado pelo ISOL 14
apresenta um aspecto transluacutecido enquanto que o CIAT 899 um aspecto mais opaco e
denso Quanto agrave coloraccedilatildeo natildeo foi detectada pigmentaccedilatildeo nas gomas obtidas
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Segundo Sandford (1979) os meacutetodos usados para a recuperaccedilatildeo de um
biopoliacutemero dependem sobretudo das caracteriacutesticas do microrganismo utilizado do
tipo de polissacariacutedeo e do grau de pureza desejado
Smith amp Pace (1982) revisaram esquemas de recuperaccedilatildeo para polissacariacutedeos
microbianos A precipitaccedilatildeo (baseada no caraacuteter polieletriliacutetico do polissacariacutedeo) tem
sido realizada pela adiccedilatildeo de caacutetions (como eletroacutelito) mono e polivalentes bem como
pela utilizaccedilatildeo de diversos tipos de solventes (acetona metanol etanol isopropanol 1-
butanol ou 111-tricloroetano) como agentes precipitantes
Os soacutelidos obtidos neste estaacutegio de separaccedilatildeo satildeo lavados com soluccedilatildeo
(etanolaacutegua) para remoccedilatildeo de grande parte das impurezas (Sais inorgacircnicos e
pigmentos) sendo entatildeo secos agrave vaacutecuo ou pela passagem forccedilada de ar quente ou
gaacutes inerte (Pace amp Righelato 1981) As condiccedilotildees de secagem devem ser tais que
evitem a degradaccedilatildeo quiacutemica coloraccedilatildeo excessiva ou mudanccedilas na solubilidade do
produto (Margaritis amp Pace 1985) O biopoliacutemero seco eacute entatildeo moiacutedo a uma
granulometria preacute-determinada dependendo da aplicaccedilatildeo do produto
Figura 3 ndash Aspecto do EPS precipitado sintetizado a partir do ISOL 14 (a) e do CIAT 899 (b) com 168 horas de cultivo
(a) (b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Viscosidade aparente
As propriedades reoloacutegicas foram avaliadas atraveacutes da anaacutelise de viscosidade
aparente para verificar o comportamento reoloacutegico dos EPS produzidas a temperatura
de 20 degC comparando-se nos tempos de fermentaccedilatildeo de 96 e 168 horas
Os resultados obtidos podem ser visualizados nas figuras 4 e 5 onde as soluccedilotildees
das gomas apresentaram comportamento pseudoplaacutestico isto eacute a viscosidade
aparente decresceu com o aumento da taxa de cisalhamento De acordo com a
literatura esse comportamento tem sido encontrado em soluccedilotildees polimeacutericas de
polissacariacutedeos microbianos (Amanullah et al 1996 Cacik et al 2001 Padilha 2003)
0
005
01
015
02
025
03
035
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110Taxa Cisalhamento (s-1)
Visc
osid
ade
apar
ente
(Pa
s)
ISOL 1
ISOL 2
ISOL 3
ISOL 4
ISOL 6
ISOL 11
ISOL 14
ISOL 16
CIAT899
Figura 4 Variaccedilatildeo da viscosidade aparente em funccedilatildeo da taxa de cisalhamento de soluccedilotildees aquosas de EPS 25 (vv) de 8 isolados de Rhizobium e uma estirpe padratildeo CIAT 899 a 20 degC com tempo de fermentaccedilatildeo de 96 h determinada com viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
0
005
01
015
02
025
03
035
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
Taxa cisalhamento (s-1)
Visc
osid
ade
apar
ente
(Pa
s)ISOL 1
ISOL 2
ISOL 3
ISOL 4
ISOL 6
ISOL 11
ISOL 14
ISOL 16
CIAT 899
Atraveacutes dos graacuteficos comparativos entre as leituras de viscosidade aparente das
soluccedilotildees aquosas das diferentes gomas produzidas pode-se visualizar que o CIAT
899 ISOL 3 e ISOL 16 apresentaram os valores de viscosidade mais elevados em
ambos os tempos de processo poreacutem em 168 horas as viscosidades tiveram um
aumento comparando-se a 96 horas (Figura 4 e 5)
A diminuiccedilatildeo da viscosidade com o aumento da taxa de cisalhamento eacute uma
caracteriacutestica comum aos biopoliacutemeros bacterianos Beyer et al (1987) observaram que
em soluccedilotildees a 1 do polissacariacutedeo produzido por Rhizobium CB744 medidas a 25 degC
e 65 degC tambeacutem houve um decreacutescimo da viscosidade com taxa de cisalhamento e
temperatura Vendruscolo (1995) estudou o comportamento reoloacutegico das soluccedilotildees
aquosas a 6 do biopoliacutemero Beijerinckia 7070 produzido por fermentaccedilatildeo com meio
VIII contendo 5 de sacarose medido nas temperaturas de 25 45 e 65 deg C Verificou
que a viscosidade eacute dependente da temperatura e que decresce com o aumento desta
poreacutem o biopoliacutemero recupera as suas caracteriacutesticas reoloacutegicas quando a viscosidade
eacute medida novamente na temperatura inicial no caso 25 degC
Figura 5 Variaccedilatildeo da viscosidade aparente em funccedilatildeo da taxa de cisalhamento de soluccedilotildees aquosas de EPS 25 (vv) de 8 isolados de Rhizobium e uma estirpe padratildeo CIAT 899 a 20 degC com tempo de fermentaccedilatildeo de 168 h determinada com viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Em estudo realizado por Bueno amp Garcia-Cruz (2000) com a bacteacuteria do gecircnero
Pseudomonas foi verificada a influecircncia do tempo de cultivo em 24 48 e 72 horas
utilizando-se dois caldos de fermentaccedilatildeo diferentes Em um caldo a fonte de carbono
utilizada foi a glicose e no outro a sacarose na concentraccedilatildeo de 20 Os
biopoliacutemeros apresentaram comportamento pseudoplaacutestico e a maior viscosidade
aparente obtida foi em 72 horas de cultivo O meio contendo sacarose produziu fluidos
mais viscosos em 24 e 48 horas e o contendo de glicose produziu fluidos mais viscosos
somente apoacutes 72 horas de cultivo
As propriedades reoloacutegicas do biopoliacutemero devem ser estaacuteveis durante mudanccedilas
na temperatura pH e forccedila iocircnica O conhecimento sobre as propriedades dos
biopoliacutemeros principalmente a viscosidade e o comportamento reoloacutegico satildeo
importantes para futuras aplicaccedilotildees industriais refletem sua estrutura quiacutemica primaacuteria
e servem para predizer em quais produtos podem ser utilizados (Scamparini et al
1997)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
54 Conclusotildees
Eacute possiacutevel produzir biopoliacutemeros a partir de Rhizobium sp utilizando-se meio
suplementado (sacarose 30 gL)
A condiccedilatildeo maximizada para a produccedilatildeo de biopoliacutemeros sintetizados por
Rhizobium sp a partir do meio suplementado dentro das faixas estudadas foi 28
degC 200 rpm 168 horas de fermentaccedilatildeo em meio contendo 25 (vv) inoculo
A produccedilatildeo obtida nessa condiccedilatildeo foi 185 gL-1 para a estirpe CIAT 899 166
gL-1 para o ISOL 14 e 132 gL-1 para o ISOL 16
Os biopoliacutemeros sintetizados por Rhizobium sp apresentaram comportamento
reoloacutegico caracteriacutestico de soluccedilotildees polimeacutericas de polissacariacutedeos microbianos
apresentando os valores mais elevados de viscosidade aparente para CIAT 899
ISOL 3 e ISOL 16 respectivamente para soluccedilotildees aquosas de goma sintetizadas
a partir de sacarose 30 gL medidos a 20 degC em 168 horas de processo
Estudos viscosiacutemetricos de soluccedilotildees do polissacariacutedeo revelaram seu
comportamento pseudoplaacutestico mesmo em baixas concentraccedilotildees
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
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Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
6 CAPIacuteTULO 2
CINEacuteTICA MICROBIANA E COMPOSICcedilAtildeO QUIacuteMICA DOS EPSs PRODUZIDOS POR Rhizobium sp
Barreto M C S 12 Figueiredo M V B 2Oliveira J P2 Lima-Filho J L 1
1Universidade Federal de Pernambuco Rua Nelson Chaves sn Cidade Universitaacuteria
Recife ndash PE Brasil
2Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria ndash IPA Laboratoacuterio Biologia do
Solo Av Gal San Martin 1371 Bongi Recife ndash PE Brasil
O manuscrito a seguir seraacute submetido agrave revista Scientia Agraacuteria
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
RESUMO Os exopolissacariacutedeos (EPSs) satildeo definidos como polissacariacutedeos extracelulares
produzidos por alguns fungos e bacteacuterias Alguns EPSs satildeo sintetizados durante todo o
crescimento bacteriano enquanto que outros satildeo produzidos somente durante a fase
logariacutetmica ou na fase estacionaacuteria O objetivo deste trabalho foi avaliar o crescimento
microbiano e dosagem de sacarose assim como determinar a composiccedilatildeo quiacutemica das
melhores estirpes obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp em diferentes tempos de
cultivo O biopoliacutemero foi obtido atraveacutes de agitaccedilatildeo em incubador rotatoacuterio As
condiccedilotildees foram 28 degC 200 rpm por 96 e 168 horas em meio YM modificado Foram
avaliados a cineacutetica microbiana pela contagem do nuacutemero de unidades formadoras de
colocircnias (UFC) e por densidade oacutetica assim como consumo de substrato (sacarose)
pelo meacutetodo glicose-oxidase e determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo quiacutemica por cromatografia
gaacutes liacutequido (GLC) Os resultados mostraram que a cineacutetica de crescimento microbiano
apresentou na fase logariacutetmica valores correspondentes a uma concentraccedilatildeo celular
meacutedia de 109 UFCmL para todos os isolados e estirpe padratildeo CIAT 899 apoacutes 72 horas
de incubaccedilatildeo O consumo de substrato em 168 horas de fermentaccedilatildeo foi de de 455
gL e 478 gL para o ISOL 14 e CIAT 899 respectivamente A composiccedilatildeo dos
accedilucares dos exopolissacariacutedeos do ISOL 14 apresentou valores superiores de
ramnose manose galactose glicose e aacutecidos urocircnicos na moleacutecula em relaccedilatildeo a
estirpe padratildeo CIAT 899
Palavras Chave Exopolissacariacutedeos glicose rizoacutebio sacarose unidades formadoras de colocircnias (UFC)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
61 Introduccedilatildeo
Os exopolissacariacutedeos (EPSs) chamados de biopoliacutemeros ou gomas
hidrossoluacuteveis satildeo produzidos por uma grande variedade de microrganismos e
possuem propriedades fiacutesicas estruturais e quiacutemicas bastante homogecircneas em
relaccedilatildeo aos derivados de algas e plantas (Margaritis Pace 1985)
A produccedilatildeo de EPS pode ser limitada por certas condiccedilotildees como quantidade de
carboidratos nitrogecircnio cofatores no meio temperatura pH e condiccedilotildees de aeraccedilatildeo
Entretanto os efeitos destas condiccedilotildees natildeo podem ser generalizados para todas as
estirpes bacterianas deve-se levar em consideraccedilatildeo as particularidades de cada uma
Os EPSs formam uma camada protetora para as ceacutelulas protegendo-as da
desidrataccedilatildeo e de substacircncias toacutexicas e servem como fonte de carbono e energia aleacutem
de manterem os microrganismos perto das fontes alimentares
Os primeiros estudos nutricionais sobre a composiccedilatildeo do meio de produccedilatildeo foram
realizados por Davidson (1978) em cultivo contiacutenuo e por Souw amp Demain (1979) em
batelada Souw amp Demain (1979) estudaram diferentes fontes de carbono e nitrogecircnio e
concluiacuteram que as melhores fontes de carbono satildeo accediluacutecares especialmente glicose e
sacarose Aleacutem do tipo de substrato utilizado a concentraccedilatildeo inicial deste no meio de
cultivo parece ser um fator decisivo para o sucesso do processo fermentativo
Thomart et al (1985) concluiacuteram que a produccedilatildeo de poliacutemero eacute altamente
dependente da concentraccedilatildeo inicial de accediluacutecar enquanto o crescimento do
microrganismo independe desta concentraccedilatildeo inicial de accediluacutecar Foi relatada uma
produccedilatildeo decrescente de poliacutemero agrave medida em que a concentraccedilatildeo inicial de glicose
foi aumentada caindo rapidamente a razatildeo poliacutemerobiomassa para concentraccedilotildees
iniciais maiores que 3
Diversas pesquisas tecircm tentado elucidar a rota biossinteacutetica as condiccedilotildees de
crescimento e a fisiologia bacteriana que leva agrave produccedilatildeo de polissacariacutedeos Alguns
EPSs satildeo sintetizados durante todo o crescimento bacteriano enquanto que outros satildeo
produzidos somente durante a fase logariacutetmica ou na fase estacionaacuteria A siacutentese de
todos esses EPSs eacute um processo intracelular utilizando accedilucares difosfato nucleotiacutedios
(De Souza Sutherland 1994)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Tem sido observado que as limitaccedilotildees da fonte de nitrogecircnio fosfato ou enxofre em
presenccedila de excesso de carboidrato podem conduzir a um aumento na siacutentese de
polissacariacutedeo embora a quantidade seja tambeacutem afetada pelo teor de oxigecircnio pH e
temperatura Cada cepa bacteriana difere em sua resposta ao efeito destas mudanccedilas
ambientais e agrave fonte de carbono utilizada (Faria 2002) Portanto a utilizaccedilatildeo do meio
de fermentaccedilatildeo mais adequado para a produccedilatildeo de EPS iraacute refletir nas propriedades
funcionais de cada polissacariacutedeo obtido
Para a produccedilatildeo de EPS podem ser usados os mais diversos substratos glicose
frutose sacarose lactose amido hidrolisado metanol diferentes hidrocarbonetos O
custo de produccedilatildeo eacute dependente destes substratos (Margaritis Pace 1985) De todos
estes produtos a sacarose eacute o de mais faacutecil obtenccedilatildeo e mais vantajoso
economicamente O rendimento da conversatildeo de sacarose com ceacutelulas pelo R
leguminosarum bv phaseoli oscila entre 04 e 05 g de ceacutelulas por grama de sacarose
(Boiardi 1983 Balatti 1992 IPT 1993 a) A sacarose (C12H22O11) eacute um dissacariacutedeo
natildeo redutor o qual por hidroacutelise com aacutecidos muito diluiacutedos resinas de troca catiocircnica ou
a enzima invertase fornece proporccedilotildees equimolares de D-Glicose e D-Frutose
Geralmente concentraccedilotildees limitantes de alguns nutrientes e excesso de
carboidrato favorecem a produccedilatildeo de polissacariacutedeos (Sutherland 1979) Obteacutem-se um
alto rendimento quando ocorre a conversatildeo de 70-80 da fonte de carbono utilizada
em biopoliacutemero (Margaritis Pace 1985)
Um aspecto de extrema importacircncia em relaccedilatildeo aos EPSs eacute a necessidade de
um riacutegido controle das condiccedilotildees de fermentaccedilotildees uma vez que diferentes paracircmetros
de produccedilatildeo levam agrave obtenccedilatildeo de produtos com caracteriacutesticas heterogecircneas
Assim eacute fundamental que qualquer estudo para a produccedilatildeo de EPS seja
acompanhado pela caracterizaccedilatildeo do material produzido principalmente a composiccedilatildeo
quiacutemica uma vez que pequenas variaccedilotildees quiacutemicas na moleacutecula teratildeo grande efeito
para determinadas aplicaccedilotildees
Dentro deste contexto este trabalho teve como objetivo geral avaliar a cineacutetica
microbiana obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp e uma estirpe padratildeo Rhizobium
tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo determinar a dosagem da sacarose
do ISOL 14 e a estirpe padratildeo CIAT 899 e a composiccedilatildeo quiacutemica do ISOL 14
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
selecionadas como as estirpes maiores produtoras de EPS em estudos realizados
anteriormente por Barreto et al (2008) (submetido agrave publicaccedilatildeo)
62 Material e Meacutetodos
Microrganismos
Foram utilizadas as bacteacuterias pertencentes ao gecircnero Rhizobium 8 isolados (nativos
da regiatildeo do sertatildeo de Pernambuco ndash Araripina) do banco de germoplasma da
Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria - IPA resistentes a alta
temperatura e formadoras de goma e uma estirpes padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899)
obtidas do Centro Nacional de Pesquisa em Agrobiologia - CNPAB EMBRAPA
As estirpes descritas na Tabela 1 foram mantidas em meio YMA (Vincent 1970)
modificado contendo (gL-1) sacarose (30 g) Extrato de Levedura (04 g) 1 mL de
K2HPO4 a 10 4 mL de KH2PO4 a 10 2 mL de MgSO47H2O a 10 1 mL de NaCl
a 10 5 mL de azul de bromotimol 025 em KOH a 02N ou 10 mL de vermelho do
congo a 025
Para as determinaccedilotildees da sacarose foram analisados apenas o ISOL 14 e a estirpe
padratildeo CIAT 899 e a composiccedilatildeo quiacutemica apenas o ISOL 14 selecionadas como as
estirpes maiores produtoras de EPS em estudos realizados por Barreto et al (2008)
(submetido agrave publicaccedilatildeo)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOLADOS ESTIRPE
HOSPEDEIRO ORIGEM
ISOL-1 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-2 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-3 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-4 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-6 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-11 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-14 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-16 Phaseolus vulgaris
CIAT 899 Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
Cali-CO
Inoacuteculo
As estirpes descritas na tabela 7 foram purificadas por repicagem em placas de
Petri contendo o meio de cultura Agar sacarose extrato de levedura (Vincent 1970 -
modificado) utilizando o corante vermelho do congo como indicador Apoacutes a
purificaccedilatildeo as bacteacuterias foram repicadas em tubos inclinados em meio de cultura sem o
indicador vermelho do congo as quais foram incubados a 28 degC por 48 horas em
estufa e armazenadas a plusmn4 degC
A partir dessas culturas os experimentos foram conduzidos em duas etapas
Primeiro preparou-se um preacute-inoacuteculo partindo de uma alccedilada de cultura crescida sobre
meio YMA e incubada em estufa por 48 h a 28 plusmn 1 degC Transcorrido este periacuteodo
preparou-se o inoacuteculo atraveacutes da transferecircncia asseacuteptica em Erlenmeyer de 250 mL
com 80 mL de meio de produccedilatildeo contendo 25 (vv) de uma cultura do preacute-inoacuteculo
crescida ateacute a fase logariacutetma e incubados em agitador rotatoacuterio a 200 rpm a 28 plusmn 1 degC
em triplicata
Tabela 7 Isolados de rizoacutebios e estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Curva de crescimento microbiano O crescimento celular foi avaliado atraveacutes da leitura de absorbacircncia em
comprimento de onda de 560 nm em espectrofotocircmetro contra um branco constituiacutedo
de meio YM O plaqueamento das bacteacuterias foi efetuado em meio YMA contendo o
indicador vermelho do congo atraveacutes do meacutetodo da gota (ldquoDrop-platerdquo) As curvas de
crescimento microbiano foram construiacutedas a partir dos dados de absorbacircncia e
contagem de ceacutelulas viaacuteveis (UFCmL) A Figura 5 mostra o procedimento efetuado
para a contagem de UFC e totais (densidade oacutetica)
Figura 6 Procedimento para contagem de ceacutelulas viaacuteveis (UFC) e totais (densidade oacutetica)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Determinaccedilatildeo quantitativa da sacarose
A sacarose presente no mosto foi hidrolisada para obter glicose e frutose Para
isso foram preparados tubos de ensaio contendo 1 mL de meio fermentado 1 mL de
aacutegua destilada e 1 mL de HCl 2 N deixando-se reagir por 10 minutos a 60 degC Em
seguida resfriou-se rapidamente e neutralizou com 3 mL de NaOH 1 N O caacutelculo da
concentraccedilatildeo de sacarose em gL foi efetuado de acordo com a Equaccedilatildeo 1 (Arauacutejo et
al 2005)
Csac = fator de calibraccedilatildeo meacutedia da leitura (absorbacircncia)D (1100)19 (1)
Em seguida procedeu de acordo com o descrito para dosagem de glicose cujas
determinaccedilotildees foram realizadas por meacutetodo enzimaacutetico utilizando o Kit glicose-oxidase
PAP da LABTEST
Apoacutes a reaccedilatildeo enzimaacutetica a intensidade da cor da soluccedilatildeo foi medida a 505 nm
em espectrofotocircmetro usando cubetas de vidro de 1 cm de percurso oacuteptico
considerando como branco a soluccedilatildeo da glicose-oxidase Esse meacutetodo eacute especiacutefico
para a glicose e se baseia na oxidaccedilatildeo da mesma de acordo com a seguinte reaccedilatildeo
catalizada pela glicose-oxidase (GOD)
GOD
Glicose + O2 + H2O rarr Aacutecido Glucocircnico + H2O2
O peroacutexido de hidrogecircnio formado reage com 4-aminoantipirina e fenol sob accedilatildeo
catalizadora da peroxidase (POD) atraveacutes de uma reaccedilatildeo oxidativa de acoplamento
formando uma antipirilquinona vermelha cuja intensidade de cor eacute proporcional agrave
concentraccedilatildeo da glicose na amostra Esse composto de tonalidade vermelha apresenta
a sua maacutexima absorccedilatildeo de luz na faixa de 505 nm
POD
2 H2O2 + 4-Aminoantipirina + fenol rarr Antipirilquinonimina + 4 H2O
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Determinaccedilatildeo da Composiccedilatildeo Quiacutemica
Agravecido urocircnico A dosagem de aacutecido urocircnico foi efetuada pelo meacutetodo descrito por Blumenkrantz
amp Asbol-Hansen (1973) usando aliacutequotas de 04 mL de uma soluccedilatildeo a 100 mgmL do
polissacariacutedeo e aacutecido D-glucurocircnico como padratildeo O meacutetodo utiliza m-fenilfenol (o
qual promove a formaccedilatildeo de composto corado que absorvem em 520 nm)
As leituras das medidas de absorbacircncia foram realizadas a 520 nm em
espectrofotocircmetro Spectronic 20 Genesys Spectronic Instruments Todas as
determinaccedilotildees foram realizadas em triplicata
Determinaccedilatildeo quantitativa de monossacariacutedeos
Os monossacariacutedeos presentes nas amostras de biopoliacutemeros de Rhizobium
sp foram determinados sob a forma de acetato de alditoacuteis (Sawardeker et al 1965) por
cromatografia gaacutes liacutequido (GLC) Os acetatos derivados foram analisados por
cromatografia gasosa (cromatoacutegrafo a gaacutes modelo 5890S11 (Hewllet-Packard)) a 220
degC com uma coluna capilar DB-210 (025 mm di x 30 m) e filme de espessura igual a
025 microm A temperatura de injeccedilatildeo da amostra e a do FID foi 250 degC e foi utilizado como
gaacutes carreador N2 Para a realizaccedilatildeo desta anaacutelise aproximadamente 10 mg das
amostras foram hidrolisadas reduzidas e acetiladas A hidroacutelise foi efetuada com aacutecido
sulfuacuterico
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
63 Resultados e Discussatildeo Curva de crescimento microbiano
Com base nos resultados obtidos neste estudo que podem ser visualizados nas
Figuras 6 a 14 (a) pode-se observar que houve diferenccedilas quanto ao crescimento
populacional entre os isolados A curva de crescimento dos isolados e da estirpe
padratildeo CIAT 899 de Rhizobium sp em meio utilizando sacarose como fonte de carbono
mostrou que apoacutes 72 horas de incubaccedilatildeo o crescimento foi maacuteximo Pode-se observar
que o oacutetimo da fase log ocorre entre 72 a 120 horas de incubaccedilatildeo agrave temperatura de 28
degC com agitaccedilatildeo de 200 rpm variando conforme a linhagem estudada Esta faixa de
tempo de incubaccedilatildeo corresponde a uma concentraccedilatildeo celular meacutedia de 109 UFCmL
As relaccedilotildees cineacuteticas entre o crescimento e a formaccedilatildeo de produtos satildeo
importantes para determinar o modo de operaccedilatildeo mais econocircmico Segundo Hiss
(2001) sem o conhecimento da cineacutetica torna-se inviaacutevel a transposiccedilatildeo de um
experimento de laboratoacuterio para a escala industrial
Desta forma inicialmente as curvas nos propiciam informaccedilotildees tais como a
faixa de absorbacircncia (560 nm) correspondente ao oacutetimo da fase log e a concentraccedilatildeo
celular que esta faixa corresponde
Pereira (2002) analisando o crescimento das estirpes de Rhizobium em meio
YMA com manitol observou um acentuado crescimento exponencial entre 24 e 48
horas de cultivo de 7 estirpes
Barberi et al (2004) avaliaram as curvas de crescimento de Bradyrhizobium
elkanii (BR 29) de acordo com o pH e com a composiccedilatildeo do meio de cultura Com base
no nuacutemero maacuteximo de UFC mL-1 para o meio (Lorda amp Balatti 1996) modificado o
melhor crescimento ocorreu apoacutes 72 horas para o tratamento com pH inicial de 60 e
no meio Lopreto (1972) citado por Urenha et al (1994) o tratamento com pH inicial 55
foi o que apresentou os valores de nuacutemero maacuteximo de ceacutelulas ocorrendo em 161 horas
de cultivo As meacutedias de log dos nuacutemeros de UFC mL-1 apresentadas por Barberi et al
(2004) foram superiores aos encontrados por Miguel e Moreira (2001) que foram
aproximadamente 109 Isso eacute explicado pela melhor utilizaccedilatildeo da fonte de carbono do
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
meio Lorda e Balatti (1996) em que em sua composiccedilatildeo possui glicerol em
comparaccedilatildeo com o manitol utilizado no meio YM (Vincent 1970) utilizado por esses
autores
Nas figuras 6 a 14 (b) mostram os resultados da Densidade Oacutetica (DO) onde a
curva de crescimento construiacuteda a partir da contagem de ceacutelulas totais demonstrou que
apoacutes 72 horas de cultivo o crescimento permaneceu crescente para a maioria das
estirpes estudadas Provavelmente o aumento da curva deve-se a presenccedila dos EPSs
Segundo Cunningham e Munns (1984) a produccedilatildeo de EPS eacute uma resposta de
vaacuterias espeacutecies da bacteacuteria a uma gama de fatores limitantes que em geral sugerem
estarem implicados em suprimir a reaccedilatildeo da defesa da planta e parecem ser requeridos
para formaccedilatildeo do cordatildeo de infecccedilatildeo Os EPSs pode ter um papel integral por permitir
que um organismo sobreviva sob uma variedade de circunstacircncias estressantes
Miguel e Moreira (2001) utilizando meio YM obtiveram maior densidade oacutetica para
o tratamento com pH igual a 60 do que no pH 68 utilizando o mesmo nuacutemero-base
(1088 UFC mL-1) o que provavelmente estaacute relacionado com a diferente composiccedilatildeo
dos meios principalmente com relaccedilatildeo agrave fonte de carbono Cunningham e Munns
(1984) em meio YMA (modificado por Keyser e Munns 1979) obtiveram maior
quantidade de EPS em estirpes de Rhizobium tolerantes agrave acidez do meio quando
expostas a meio aacutecido
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 1
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 1
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(5
60nm
)
Figura 7- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 1 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
b)
a)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 2
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 2
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 8- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 2 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 3
000E+00500E+08100E+09150E+09
200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 3
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 9- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 3 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 4
000E+00500E+08
100E+09150E+09
200E+09250E+09
300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 4
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 10- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 4 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 6
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 6
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 11- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 6 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 11
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 11
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 12- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 11 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 14
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 14
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 13- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 14 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 16
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 16
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 14- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 16 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
CIAT 899
000E+00500E+08
100E+09150E+09
200E+09250E+09
300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
CIAT 899
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 15- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do CIAT 899 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Determinaccedilatildeo quantitativa da sacarose
Analisando os resultados obtidos para a dosagem da sacarose verificou-se que a
estirpe CIAT 899 (padratildeo) apresentou maior consumo de substrato para o meio de
produccedilatildeo empregado durante 168 horas de fermentaccedilatildeo apresentando um consumo
final de 455 gL Neste ponto a massa celular corresponde a 076 gL (Figura 15)
Entretanto o ISOL 14 apresentou resultados proacuteximos da estirpe padratildeo com consumo
de 478 gL e massa celular de 086 gL no mesmo tempo (Figura 16)
Deu-se preferecircncia agrave utilizaccedilatildeo de um meacutetodo especiacutefico para glicose ao inveacutes de
um para determinaccedilatildeo de accediluacutecares redutores o que garante a detecccedilatildeo da liberaccedilatildeo
especificamente de glicose a partir da hidroacutelise por sacarose do EPS
ISOL 14
0
2
4
6
8
10
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Glic
ose
gL
Figura 16 Concentraccedilatildeo de glicose durante a produccedilatildeo de EPS por Rhizobium sp (ISOL 14)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
CIAT 899
0
2
4
6
8
10
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Glic
ose
gL
Determinaccedilatildeo da Composiccedilatildeo Quiacutemica dos EPS
Na tabela 8 observa-se os accediluacutecares determinados das gomas produzidas pelas
estirpes ISOL 14 e CIAT 899 onde revelaram maiores concentraccedilotildees dos
monossacariacutedeos galactose e glicose para a estirpe ISOL 14 em relaccedilatildeo a estirpe
padratildeo CIAT 899 Tambeacutem foram observados traccedilos de manose e ramnose na
composiccedilatildeo das gomas das estirpes estudadas
Amostras
Ac urocircnico
()
Manose
Accediluacutecares
Ramnose
(mg100g)
Galactose
Glicose
ISOL 14
410
098
016
1260
3695
CIAT 899
-
020
010
895
1680
Castellane amp Lemos (2007)
Tabela 8 Constituintes quiacutemicos da goma produzida pela estirpe de Rhizobium sp (ISOL 14)
Figura 17 Concentraccedilatildeo de glicose durante a produccedilatildeo de EPS por Rhizobium sp (CIAT 899)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Lima (1999) analisando a composiccedilatildeo quiacutemica da goma xantana produzida por
linhagens de Xanthomonas campestris pv campestris verificou a presenccedila de glicose e
manose nas concentraccedilotildees 3322 5778 respectivamente para a linhagem NRRL
B-1459 apresentando componentes tiacutepicos da goma xantana
Whitfield et al (1981) caracterizando cinco amostras de goma xantana
produzidas por diferentes linhagens de Xanthomonas campestris pv campestris
encontraram valores de glicose variando entre 22-42 manose de 12-38 e aacutecido
urocircnico de 9-20 Com relaccedilatildeo agrave ramnose apenas trecircs amostras de xantana
apresentaram este accediluacutecar com valores que oscilam entre 12-22 Outro accediluacutecar
identificado pelos pesquisadores foi a galactose com valores entre 24-28 Em todas
as amostras estudadas por estes autores foram observados os grupamentos piruvato e
acetila Lowson e Symes (1977) relataram a presenccedila de ramnose na xantana
produzida por X juglandis Sugere-se que a presenccedila desse accediluacutecar seja uma
caracteriacutestica desejaacutevel pois em geral os poliacutemeros dos quais faz parte possuem
capacidade de formar geacuteis verdadeiros (Mcnelly e Kang 1977) A goma xantana
comercial natildeo apresenta ramnose na sua composiccedilatildeo (Casas et al2000)
De acordo com Casas et al (2000) a composiccedilatildeo do meio de cultura utilizado na
fermentaccedilatildeo exerce um profundo efeito na siacutentese do produto oligomeacuterico e polimeacuterico
Portanto a quantidade de manose glicose e aacutecido glucurocircnico sintetizados e inseridos
no EPS pelas enzimas durante fermentaccedilatildeo podem sofrer variaccedilotildees dependendo da
composiccedilatildeo do substrato e das condiccedilotildees utilizadas na fermentaccedilatildeo
No presente trabalho o percentual de aacutecido urocircnico produzido pela estirpe ISOL
14 foi de 41 enquanto o apresentado na goma xantana por Lima (1999) foi de 847
Os meacutetodos de anaacutelises de polissacariacutedeos complexos baseiam-se
principalmente na determinaccedilatildeo dos constituintes dos resiacuteduos obtidos apoacutes hidroacutelise
quiacutemica dos poliacutemeros nativos (Wei amp Fang 1990 Ruitter et al 1992 Scamparini et al
2000) Esses satildeo compostos de inuacutemeros resiacuteduos de accediluacutecares interligados por
ligaccedilotildees glicosiacutedicas (α e β) que podem diferir consideravelmente na sua
suscetibilidade agrave hidroacutelise aacutecida Aacutecidos urocircnicos satildeo frequentemente envolvidos por
fortes ligaccedilotildees glicosiacutedicas particularmente nos tipos de ligaccedilotildees dos aacutecidos
aldobiurocircnicos (Druzian 2000)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Moreira et al (1998) analisando a composiccedilatildeo de dois biopoliacutemeros comerciais
gelanareg e xantanareg e um biopoliacutemero produzido a clairana identificou o aacutecido
glicurocircnico (em todas as amostras) e os monossacariacutedeos esperados para a clairana
(glicose galactose e fucose) gelana (glicose e ramnose) e xantana (glicose e manose)
A ramnose estaacute presente na acetana gelana welana e ransana que possuem
estrutura quiacutemica similar agrave da xantana e possui propriedades de espessante e agente
de suspensatildeo semelhantes agravequelas atribuiacutedas para xantana (Kennedy amp Sutherland
1994) A goma welana apresenta como cadeia lateral unidades de manose e ramnose
distribuiacutedas de modo aleatoacuterio Aproximadamente dois terccedilos das unidades quiacutemicas
repetidas do poliacutemero conteacutem ramnose como cadeia lateral enquanto que o restante
das ramificaccedilotildees eacute composto por unidades de manose (Jansson et al 1985)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
64 Conclusotildees
A curva do crescimento microbiano apresentou na fase logariacutetmica valores
correspondentes a uma concentraccedilatildeo celular viaacuteveis meacutedia de 109 UFCmL para
todos os isolados e estirpe padratildeo CIAT 899 apoacutes 72 horas de incubaccedilatildeo a uma
temperatura de 28 degC com agitaccedilatildeo de 200 rpm variando conforme a linhagem
estudada
As estirpes apresentaram valores do consumo de substrato para o meio de
produccedilatildeo empregado de 455 gL para a CIAT 899 e 478 gL para o ISOL 14
em 168 horas de fermentaccedilatildeo
A composiccedilatildeo dos accedilucares da goma do ISOL 14 apresentou valores superiores
de ramnose manose galactose glicose e aacutecidos urocircnicos na moleacutecula em
relaccedilatildeo a estirpe padratildeo CIAT 899
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
65 Referecircncias Bibliograacuteficas
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Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
7 ANEXOS
Normas da Revista World Journal of Microbiology and Biotechnology
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
WORLD JOURNAL OF
MICROBIOLOGY AND
BIOTECHNOLOGY Editor-in-Chief Peter J Large ISSN 0959-3993 (print version) ISSN 1573-0972 (electronic version) Journal no 11274 Springer Netherlands Online version available
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References Citation Reference list
Citation Cite references in the text by name and year in parentheses Some examples
Negotiation research spans many disciplines (Thompson 1990)
This result was later contradicted (Becker and Seligman 1996)
This effect has been widely studied (Abbott 1991 Barakat et al 1995 Kelso and Smith 1998 Medvec et al 1993)
Reference list The list of references should only include works that are cited in the text and that have been published or accepted for publication Personal communications and unpublished works should only be mentioned in the text Do not use footnotes or endnotes as a substitute for a reference list Reference list entries should be alphabetized by the last names of the first author of each work
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Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND
BIOTECHNOLOGY Editor-in-Chief Peter J Large ISSN 0959-3993 (print version) ISSN 1573-0972 (electronic version) Journal no 11274 Springer Netherlands Online version available
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Submissatildeo do Artigo
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Normas da Revista Scientia Agraacuteria
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Trabalhos apresentados no 24ordm Congresso Brasileiro de Microbiologia - 3 a 6 de Outubro de 2007 em
Brasiacutelia - Centro de Convenccedilotildees Ulysses Guimaratildees ndash Brasiacutelia DF
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MICROBIOLOGIA GERAL K03 METABOLISMO MICROBIANO E SEUS PRODUTOS 609 Biopoliacutemero sintetizados por Rhizobium sp em diferentes tempos de cultivo comportamento reoloacutegico BARRETO M D C S1 FIGUEIREDO M D V B2 BURITY H A2 OLIVEIRA J P2 COELHO A C D1 LIMA-FILHO J L L1 UFPE
Resumo
Os polissacariacutedeos extracelulares sintetizados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium tem sido estudados na tentativa de melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose leguminosa x Rhizobium uma vez que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes da especificidade simbioacutetica A viscosidade que pode ser tomada como paracircmetro de qualidade eacute influenciada em funccedilatildeo das estirpes da colocircnia bacteriana do meio de fermentaccedilatildeo utilizado e das condiccedilotildees operacionais na produccedilatildeo Com base no exposto o objetivo deste trabalho foi verificar o comportamento reoloacutegico em diferentes tempos de cultivo de 8 isolados de Rhizobium sp e da estirpe padratildeo de Rhizobium tropici (CIAT 899) As bacteacuterias foram incubadas em agitador rotatoacuterio (200rpm agrave 28ordmC) em Erlenmeyers de 250mL contendo 15 de meio YM modificado por um periacuteodo de 96 e 168 horas Foram avaliados a determinaccedilatildeo da viscosidade da soluccedilatildeo aquosa dos biopoliacutemeros a 25 (vv) obtidas em diferentes tempos de cultivo e medidas a 20ordmC em viscosiacutemetro rotacional Brookfield modelo RVT com spindle 2 nas seguintes velocidades de deformaccedilatildeo 10 20 50 e 100rpm a viscosidade aparente a vaacuterias taxas de cisalhamento dos mostos fermentados Os resultados mostraram que os estudos viscosimeacutetricos de soluccedilotildees de polissacariacutedeo dos isolados e da CIAT 899 revelam seu comportamento natildeo tixotroacutepico pseudoplaacutestico mesmo em baixas concentraccedilotildees e caraacuteter polieletroliacutetico e que as medidas de viscosidade do mosto em funccedilatildeo do tempo de agitaccedilatildeo mostra que a viscosidade aparente do meio de cultivo alcanccedila um valor patamar com 168 horas de processo para todos os microrganismos poreacutem os isolados 3 e 16 e CIAT 899 apresentaram maiores valores no aumento da viscosidade
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MICROBIOLOGIA GERAL K03 METABOLISMO MICROBIANO E SEUS PRODUTOS 1751 Biopoliacutemero sintetizados por Rhizobium sp em diferentes tempos de cultivo produccedilatildeo BARRETO M D C S1 FIGUEIREDO M D V B2 BURITY H A2 SILVA M L R B1 CALAZANS G M T1 LIMA-FILHO J L L1 UFPE
Resumo
A produccedilatildeo de exopolissacariacutedeos (EPS) microbianos tem sido objeto de intensa pesquisa tendo em vista seu elevado potencial de aplicaccedilatildeo em diferentes setores pois natildeo se encontra exposta agraves alteraccedilotildees climaacuteticas ou agrave problemas nas colheitas que prejudicam a oferta e alteram o custo de produccedilatildeo das gomas tradicionais No processo de produccedilatildeo de polissacariacutedeos deve-se considerar desde o microrganismo em estudo ateacute a determinaccedilatildeo dos paracircmetros de agitaccedilatildeo onde se destaca o meio de produccedilatildeo e sua influecircncia na siacutentese no rendimento e na composiccedilatildeo dos EPS O objetivo deste trabalho foi avaliar a produccedilatildeo de biopoliacutemeros (gLh) obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp e da estirpe padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo pela massa do produto seco por volume de meio As bacteacuterias foram purificadas em meio YMA e apoacutes foram incubadas em agitador rotatoacuterio (200rpm agrave 28ordm C) em Erlenmeyers de 250mL contendo 15 de meio YM modificado por um periacuteodo de 96 e 168 horas Foram avaliados o peso seco da soluccedilatildeo aquosa dos biopoliacutemeros a 25 (vv) obtidos em diferentes tempos de cultivo atraveacutes da teacutecnica do peso seco onde o aacutelcool etiacutelico foi adicionado ao mosto ateacute atingir a concentraccedilatildeo de 80 na soluccedilatildeo hidroalcooacutelica formada e posterior precipitaccedilatildeo do EPS Apoacutes a filtraccedilatildeo a secagem do produto foi realizada em dissecador (30ordmC) ateacute peso constante comparando-se os diferentes tempos de cultivo Os resultados mostraram que a produccedilatildeo total do biopoliacutemero dos isolados e da estirpe padratildeo CIAT 899 apresentaram maacutexima produccedilatildeo no periacuteodo de 168 horas de processo para todos os microrganismos poreacutem os isolados 3 e 14 e a CIAT 899 foram as que resultaram em maior produtividade (13 17 e 2gL-1h-1) respectivamente
- Barreto Maria do Carmo Silva
-
- Inclui bibliografia
- 5771 CDU (2ed) UFPE
-
- 13 Simbiose rizoacutebio- leguminosa
-
- 14 Polissacariacutedeos de Rizoacutebio
-
- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
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- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
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-
Agradecimentos
A Deus por ter me dado perseveranccedila paciecircncia paz de espiacuterito para transpor mais esta etapa na minha vida profissional e pessoal
Aos meus Pais Joseacute Ribeiro Barreto e Maria Almerinda Barreto pela
minha vida educaccedilatildeo apoio carinho e incentivo e a minha irmatilde Glauciene Barreto e cunhado Joatildeo Rodrigues pelas palavras de apoio e incentivo dado0
Ao Dr Joseacute Luiz de Lima Filho por ter acreditado em mim por todo o seu
apoio e confianccedila depositada durante o Mestrado
A Dra Maacutercia do Vale Barreto Figueiredo pelos ensinamentos conselho amor e confianccedila refletidos em trabalhos Por sempre nos demonstrar com exemplos que qualquer objetivo pode ser alcanccedilado com responsabilidade trabalho seacuterio e organizaccedilatildeo Meus mais sinceros agradecimentos
Ao Dr Helio Almeida Burity pela acolhida no Laboratoacuterio Biologia do Solo
ndash IPA agradeccedilo pelo conviacutevio amizade ensinamentos por facilitar a conclusatildeo dos trabalhos desenvolvidos no laboratoacuterio sempre tendo uma palavra que nos reconforta e ajuda A Dra Francisca Pessoa Franccedila pela ajuda esclarecimentos e apoio despendidos
Ao Dr Joseacute de Paula Oliveira pela amizade ajuda atenccedilatildeo e contribuiccedilatildeo despendida durante todo o trabalho
A Dra Maria Luiza Bastos pela amizade apoio incentivo e carinho
Aos Doutores Adaacutelia Cavalcanti Eidy Simotildees Maria do Carmo
Catanho Socircnia Formiga da Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria ndash IPA pela convivecircncia troca de conhecimentos e amizade
Aos meus Amigos do Laboratoacuterio Marcela Vila Nova Emmanuella Vila
Nova Elisacircngela Cabral Rafael Barboza Sue Ellen Aniacutebia Vicente Helane Costa Tathiana Alves Andreacute Sueldo por todos os memoraacuteveis momentos compartilhados tanto no laboratoacuterio como fora dele muito obrigado agrave todos
Agrave Profordf e Dra Carolina Etienne pela amizade e ajuda na revisatildeo deste trabalho uma pessoa querida que estaacute sempre pronta para ajudar meu muito obrigada
Ao Prof e Dr Cosme Rafael pela ajuda aconselhamento e correccedilotildees que foram indispensaacuteveis para o ecircxito deste trabalho muito obrigada
Ao Dr Odemar Reis ndash Estatiacutestico do IPA pela ajuda despendida durante
os trabalhos pelas palavras de confianccedila e ensinamentos
Aos funcionaacuterios do IPA Almira pela ajuda na aquisiccedilatildeo de material bibliograacutefico Rosa Morais pela ajuda e amizade Waldemar Arauacutejo pela amizade palavras de confianccedila e forccedila Luacutecia Maacuterio e Rita pelo conviacutevio no dia a dia pela ajuda carinho e amizade
As Profa Dra Gliacutecia Calazans e Profa Dra Janete Magali pela ajuda e
obtenccedilatildeo do equipamento uacuteteis para a conclusatildeo dos trabalhos muito obrigada
A Coordenadora do Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Ciecircncias Bioloacutegicas CCBUFPE Profa Dra Suely Lins Galdino pelo apoio e informaccedilotildees indispensaacuteveis para o funcionamento do mestrado
A Secretaacuteria da Poacutes-graduaccedilatildeo Adenilda Eugecircnia pela ajuda e amizade despendida ao longo do curso
Agrave CAPESFACEPE pelo apoio financeiro no fomento da bolsa de mestrado
A todos aqueles que mesmo natildeo mencionados estiveram ao meu lado
contribuindo para a minha formaccedilatildeo e para a realizaccedilatildeo deste estudo o meu mais sincero agradecimento
LISTA DE FIGURAS Fig 1
Classificaccedilatildeo dos Fluidos segundo seu comportamento reoloacutegico 16
Fig 2 Curvas de escoamento de fluidos newtoniano e natildeo newtonianos de propriedades independentes do tempo de cisalhamento 16
Fig 3 Aspecto do EPS precipitado sintetizado a partir do ISOL 14 (a) e do CIAT 899(b) com 168 horas de cultivo 47
Fig 4
Variaccedilatildeo da viscosidade aparente em funccedilatildeo da taxa de cisalhamento de soluccedilotildees aquosas de EPS 25 (vv) de 8 isolados de Rhizobium e uma estirpe padratildeo CIAT 899 a 20 degC com tempo de fermentaccedilatildeo de 96 h determinada com viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT) 48
Fig 5
Variaccedilatildeo da viscosidade aparente em funccedilatildeo da taxa de cisalhamento de soluccedilotildees aquosas de EPS 25 (vv) de 8 isolados de Rhizobium e uma estirpe padratildeo CIAT 899 a 20 degC com tempo de fermentaccedilatildeo de 168 h determinada com viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT)
49
Fig 6 Procedimento para contagem de ceacutelulas viaacuteveis (UFC) e totais (Densidade oacutetica) 63
Fig 7 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 1 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 68
Fig 8 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 2 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 69
Fig 9 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoculo do Isolado 3 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 70
Fig 10 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoculo do Isolado 4 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 71
Fig 11 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoculo do Isolado 6 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 72
Fig 12 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 11 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 73
Fig 13 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 14 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 74
Fig 14 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 16 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 75
Fig 15 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do CIAT 899 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 76
Fig 16 Concentraccedilatildeo de glicose durante a produccedilatildeo de EPS por Rhizobium sp (ISOL 14) 77
Fig 17 Concentraccedilatildeo de glicose durante a produccedilatildeo de EPS por Rhizobium sp (CIAT 899) 78
Paacuteginas
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 Caracteriacutesticas morfofisioloacutegicas dos Isolados de rizoacutebios e estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici
40
Tabela 2 Valores das constantes kat e kγ (Mitshka 1982) 42
Tabela 3 Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para experimentos em 96 e 168 horas 43
Tabela 4 Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para grupo de experimentos 44
Tabela 5 Resultados da anaacutelise de variacircncia da produccedilatildeo de biopoliacutemero sintetizados por Rhizobium cultivados em 96 e 168 horas de cultivo 45
Tabela 6 Dados meacutedios das anaacutelises individuais e do grupo de experimento 45
Tabela 7 Isolados de rizoacutebios e estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici 62
Tabela 8 Constituintes quiacutemicos da goma produzida pela estirpe de Rhizobium sp (ISOL 14) 78
SUMAacuteRIO AGRADECIMENTOS LISTA DE FIGURAS LISTA DE TABELAS SUMAacuteRIO 1 Introduccedilatildeo 1
11 Feijoeiro (Phaseolus vulgaris L) 1
12 Rhizobium sp 3
13 Simbiose rizoacutebio-leguminosa 5
14 Polissacariacutedeos de rizoacutebio 8
15 Reologia 13
2 Justificativa 19 3 Objetivos 20
31Geral 20
32 Especiacuteficos 20
4 Referecircncias 21 5 Capiacutetulo 1 34
Resumo 35
Abstract 36
51 Introduccedilatildeo 37
52 Material e Meacutetodos 39
53 Resultados e Discussatildeo 44
54 Conclusotildees 51
55 Referecircncias 52
6 Capiacutetulo 2 57 Resumo 58
61 Introduccedilatildeo 59
62 Material e Meacutetodos 61
63 Resultados e Discussatildeo 66
64 Conclusotildees 81
65 Referecircncias 82
7 Anexos 87
Normas da Revista World Journal of Microbiology and Biotechnology
Submissatildeo do Artigo
Normas da Revista Scientia Agraacuteria
Trabalhos apresentados no 24ordm Congresso Brasileiro de Microbiologia - 3 a 6 de Outubro de 2007 em Brasiacutelia - Centro de Convenccedilotildees Ulysses Guimaratildees ndash Brasiacutelia DF
1 INTRODUCcedilAtildeO
11 Feijoeiro (Phaseolus vulgaris L)
O feijoeiro eacute cultivado em cerca de 100 paiacuteses em todo o mundo envolvendo
grande nuacutemero de gecircneros e espeacutecies dificultando uma anaacutelise comparativa dos
iacutendices de produtividade por espeacutecie Considerando somente o Phaseolus vulgaris L o
Brasil eacute o maior produtor seguido do Meacutexico Entretanto a produccedilatildeo brasileira de feijatildeo
tem sido insuficiente para abastecer o mercado interno devido agrave reduccedilatildeo na aacuterea
plantada da ordem de 35 nos uacuteltimos 17 anos (Yokoyama amp Stone 2000) A falta de
tecnologia e o cultivo em solos marginais devido ao baixo retorno econocircmico da
cultura contribuem decisivamente para a baixa produtividade do feijoeiro e nesse
quadro o fornecimento adequado de nutrientes particularmente o nitrogecircnio (N) e o
foacutesforo (P) representam um dos fatores limitantes agrave obtenccedilatildeo de maiores rendimentos
no Brasil (Arauacutejo 1994)
No Brasil o feijoeiro eacute cultivado nos mais variados tipos de solos e clima sendo
plantado preferencialmente como cultura de subsistecircncia em pequenas propriedades
O feijatildeo eacute importante fonte de nutrientes (proteiacutenas minerais vitaminas) e calorias na
dieta brasileira (Hungria et al 2000) Aleacutem de apresentar alto conteuacutedo de carboidratos
componentes de fibra (celulose hemicelulose e lignina) e digeriacuteveis (amido e sacarose)
encontram-se no feijatildeo alguns oligossacariacutedeos (rafinose estaquiose verbascose) O
feijatildeo tambeacutem eacute uma fonte importante de vitaminas hidrossoluacuteveis como a tiamina a
riboflavina a niacina e a folacina que satildeo vitaminas do complexo B envolvidas na
prevenccedilatildeo de certos defeitos fetais cardiovasculares e certos tipos de cacircncer (Costa amp
Vieira 2000)
O feijoeiro eacute originaacuterio das Ameacutericas com centros de origens e domesticaccedilatildeo na
Meso Ameacuterica (Meacutexico-Guatemala) e na Zona Leste dos Andes Seu cultivo foi
delineado haacute mais de 7000 anos entre os nativos do Peru sugerindo seleccedilatildeo da
espeacutecie para a agricultura (Gepts 1990) As aacutereas de diferenciaccedilatildeo e domesticaccedilatildeo do
feijoeiro ocorrem em altitudes entre 500 e 1800 m na Ameacuterica Central e norte da
Ameacuterica do Sul Diversos tipos selvagens satildeo registrados em altitudes proacuteximas a
1200m (Miranda 1974) Os feijoeiros provenientes desses materiais mostram grande
amplitude de caracteriacutesticas morfoloacutegicas e fisioloacutegicas O gecircnero Phaseolus conteacutem
mais de uma centena de espeacutecies mas apenas P vulgaris L P coccineus L P
acutifolius Gray var Latifolius Freeman e P lunatus var lunatous satildeo cultivadas
comercialmente (Zimmermann amp Teixeira 1988) Dessas o feijoeiro comum P vulgaris
L eacute a espeacutecie de maior importacircncia econocircmica contribuindo com cerca de 95 da
produccedilatildeo mundial de Phaseolus No Brasil em uma rota inversa agrave do traacutefico de
escravos P vulgaris chegou agrave Aacutefrica e provavelmente em tempos anteriores agrave Aacutesia
via Filipinas No seacuteculo XVI foi introduzido na Europa e na Califoacuternia levado por
intermeacutedio dos espanhoacuteis trazido da Ameacuterica Central (Mariot 1989)
Os teores de N nos solos do Brasil satildeo baixos de um modo geral situando-se na
faixa de 005 a 03 Com a intensificaccedilatildeo da agricultura as exigecircncias de adiccedilatildeo
de N bem como a sua remoccedilatildeo satildeo ampliadas e consequentemente se o N retirado
do solo pelas plantas natildeo for reposto o teor desse nutriente decresceraacute rapidamente
Quanto aos fertilizantes nitrogenados existe um custo elevado para a siacutentese dos
mesmos de cerca de seis barris de petroacuteleo para cada tonelada de amocircnio produzido
bem como gastos com o transporte e distribuiccedilatildeo do fertilizante aleacutem de outros
(Hungria et al1997) Considerando que o feijoeiro eacute cultivado principalmente por
pequenos agricultores em solos muitas vezes deficientes em N mineral esforccedilos para
a melhoria do processo de simbiose da cultura com rizoacutebios inoculados nas sementes
podem corresponder a aumentos significativos no rendimento de gratildeos Essa via
bioloacutegica se torna ainda mais importante quando se leva em consideraccedilatildeo os custos
elevados do N mineral limitando a sua utilizaccedilatildeo principalmente pelos pequenos
agricultores Praacuteticas alternativas para diminuir esses custos precisam ser procuradas
principalmente no Brasil que importa fertilizante nitrogenado para satisfazer agrave demanda
interna (Hungria et al 2001) Um outro agravante na utilizaccedilatildeo de fertilizantes
nitrogenados reside na baixa eficiecircncia de sua utilizaccedilatildeo pelas plantas raramente
ultrapassando 50 Deve-se considerar ainda que o uso indiscriminado de fertilizantes
nitrogenados resulta em poluiccedilatildeo ambiental pois a lixiviaccedilatildeo do N ocorre contaminaccedilatildeo
no lenccedilol freaacutetico que resultam em acuacutemulo de formas nitrogenadas podendo atingir
niacuteveis toacutexicos a peixes e ao homem (Hungria et al 2001)
Dentro deste contexto destaca-se a necessidade do desenvolvimento de
tecnologias de baixo custo capazes de melhorar os niacuteveis de produtividade dos
pequenos agricultores responsaacuteveis pela quase totalidade da produccedilatildeo mundial desta
leguminosa essencial na dieta de grande parte da populaccedilatildeo brasileira (Dakora 2003)
12 Rhizobium sp
Este gecircnero foi classificado em 1932 por Fred et al e apresenta como
caracteriacutestica ceacutelulas em forma de bastonete curto Gram-negativas com dimensotildees
que variam entre 05 e 09 microm por 12 a 30 microm ocorrendo isolados ou aos pares
moacuteveis por flagelos polares subpolares ou peritriquiais natildeo formam esporos e em
culturas envelhecidas apresentam granulaccedilotildees de poli-β-hidroxibutirato (Urenha et al
1994) Apresentam bom crescimento em meio com manitol sacarose e levedura
podendo em meios gelificados desenvolver colocircnias planas convexas ou umbilicadas
apresentam normalmente coloraccedilatildeo branca e opaca por vezes transluacutecidas
apresentando frequentemente produccedilatildeo de goma de natureza polissacariacutedica A
inclusatildeo de Vermelho do Congo no meio de cultura natildeo conduz a uma forte absorccedilatildeo
deste corante pelas colocircnias podendo certas estirpes apresentar ligeira absorccedilatildeo As
estirpes de crescimento raacutepido produzem colocircnias de 4 a 6 mm de diacircmetro em 5 dias
de incubaccedilatildeo a 26-30 degC provocando acidificaccedilatildeo do meio de cultura As estirpes de
crescimento lento produzem colocircnias com 1 mm de diacircmetro em 10 dias de incubaccedilatildeo
a 28-30 degC provocando a alcalinizaccedilatildeo do meio de cultura Induzem a formaccedilatildeo de
noacutedulos na raiz de leguminosas compatiacuteveis colonizando-os e podendo aiacute desenvolver
atividade diazotroacutefica em simbiose utilizam oxigecircnio como receptor final de eleacutetrons na
cadeia respiratoacuteria satildeo microrganismos aeroacutebios estrito e a faixa de pH oacutetimo para seu
desenvolvimento estaacute entre 6 e 7 (Hungria amp Arauacutejo1994)
A literatura relata a presenccedila de reaccedilatildeo aacutecida durante o cultivo promovendo
queda do pH do meio de cultura (Jordan 1984) No entanto dados experimentais de
cultivo desta bacteacuteria em fermentador na presenccedila de sacarose glutamato
monossoacutedico e extrato de levedura mostram comportamento oposto As velocidades
especiacuteficas maacuteximas de crescimento desta bacteacuteria oscilam em torno de 020h o que
resulta num tempo de geraccedilatildeo de aproximadamente 35 h
Entre as bacteacuterias fixadoras de nitrogecircnio presentes no solo cujas populaccedilotildees
satildeo altamente influenciadas pela rizosfera das plantas o rizoacutebio eacute considerado o grupo
mais importante na agricultura tropical pela sua associaccedilatildeo com as leguminosas Esta
simbiose eacute responsaacutevel por uma substancial parte talvez a maior do fluxo global de
nitrogecircnio atmosfeacuterico fixado nas formas de amocircnia nitrato e compostos orgacircnicos
(Kahindi et al 1997) Certamente esta associaccedilatildeo eacute a mais estudada mas simbioses
envolvendo actinomicetos do gecircnero Frankia cianobacteacuterias especialmente a
associaccedilatildeo Azolla-Anabaena e organismos heterotoacuteficos fixadores de nitrogecircnio de vida
livre e associativos podem tambeacutem fixar quantidades significativas de nitrogecircnio sob
condiccedilotildees especiacuteficas (Straliotto amp Rumjanek1999)
Atualmente os rizoacutebios estatildeo classificados como pertencentes agrave domiacutenio
Bacteria Filo Proteobacteria Classe Alfaproteobacteria Ordem Rhiobiales e
distribuiacutedos nas Famiacutelias Rhizobiaceae Phyllobacteriaceae Bradyrhizobiaceae e
Hiphomicrobiaceae (Garrity amp Holt 2001) Aleacutem disso algumas bacteacuterias capazes de
nodular e fixar N2 em simbiose com leguminosas foram recentemente identificadas
como pertencentes agrave Classe das Betaproteobacteria Ordem Burkholderiales Famiacutelia
Burkholderiaceae Gecircnero Burkholderia (Moulin et al 2001) e tambeacutem pertencentes agrave
Classe das Alfaproteobacterias Ordem Rhizobiales Famiacutelia Methylobacteriaceae
Gecircnero Methylobacterium (Sy et al 2001)
As bacteacuterias que nodulam o feijoeiro foram classificadas inicialmente como
Rhizobium phaseoli poreacutem com uma melhor caracterizaccedilatildeo fisioloacutegica bioquiacutemica e
geneacutetica essas bacteacuterias foram reclassificadas apoacutes 50 anos na espeacutecie Rhizobium
leguminosarum bv phaseoli (Jordan 1984) Com o estudo de outros isolados e o
avanccedilo nas teacutecnicas de biologia molecular em um curto periacuteodo de tempo foi
constatado que as bacteacuterias que nodulavam o feijoeiro apresentavam claramente
caracteriacutesticas fisioloacutegicas e geneacuteticas distintas permitindo a sua separaccedilatildeo em dois
grupos denominadas Tipo I e Tipo II (Martiacutenez et al 1985 Quinto et al 1985 Brom et
al 1988) Essas e outras diferenccedilas levaram em 1991 agrave definiccedilatildeo de uma nova
espeacutecie R tropici (trorsquo pi ci Gr n tropikos troacutepicos) que incluiria as estirpes do Tipo
II que foi subdividido em IIA e IIB (Martinez-Romero et al 1991) As bacteacuterias dessa
nova espeacutecie foram descritas como aeroacutebias Gram-negativas com pH oacutetimo para
crescimento variando entre 5 e 7 crescendo em temperatura de ateacute 40 degC As estirpes
estudadas foram isoladas de regiotildees tropicais nodulam e fixam N2 com P vulgaris L
Leucaena esculenta e L leucocephala
A estirpe IIB CIAT 899 (= ATCC 49672 = UMR 1899 = SEMIA 4077) foi
designada como estirpe padratildeo (ldquotype strainrdquo) e a estirpe representativa do grupo IIA eacute
a CFN 299 A estirpe CIAT 899 assim como as outras do Tipo IIB tambeacutem eacute resistente
a metais pesados e aos antibioacuteticos clorofenicol espectinomicina carbenicilina e
estreptomicina (Martiacutenez-Romero et al 1991) e apresenta maior toleracircncia agrave acidez
(Graham et al 1994) e a temperaturas elevadas (Hungria et al 1993 Mercante et al
2002) Somente as estirpes do Tipo IIB crescem em meio Luria-Bertani (LB) (Martiacutenez-
Romero et al 1991) Alguns estudos tecircm descrito diferenccedilas entre os Tipos IIA e IIB
incluindo anaacutelise de PCR com sequumlecircncias repetitivas como REP ERIC BOX (van
Berkum et al 1996) e a presenccedila de megaplasmiacutedeos (Geniaux et al 1995)
13 Simbiose rizoacutebio- leguminosa
Haacute uma grande diversidade de bacteacuterias capazes de formar simbioses com as
diferentes leguminosas sendo que ateacute o momento encontram-se distribuiacutedas dentro de
trecircs ramos filogeneacuteticos principais que satildeo os gecircneros Bradyrhizobium Azorhizobium e
os chamados rizoacutebios de crescimento raacutepido Estes atualmente encontram-se divididos
em trecircs gecircneros Rhizobium Mesorhizobium e Sinorhizobium sendo que R galegae
deve ser brevemente renomeado como um novo gecircnero (Young amp Haukka 1996
Lindstroumlm et al 1998) O rizoacutebio induz em suas hospedeiras a formaccedilatildeo de estruturas
especializadas chamadas noacutedulos onde o nitrogecircnio molecular eacute reduzido a amocircnia
Os estudos tecircm demonstrado o alto grau de especializaccedilatildeo desenvolvido durante o
processo evolutivo desta simbiose havendo importantes relaccedilotildees de especificidade e
grandes possibilidades de manipulaccedilatildeo deste conhecimento visando melhorar a
eficiecircncia simbioacutetica Devido agrave sua importacircncia econocircmica os estudos da interaccedilatildeo
rizoacutebio-leguminosas tem tido um bom suporte econocircmico quando comparado agraves demais
aacutereas de pesquisa agronocircmica em diversas partes do mundo sendo que atualmente eacute
a interaccedilatildeo planta-microrganismo mais bem estudada (Straliotto amp Rumjanek1999)
Sob condiccedilatildeo de limitaccedilatildeo de nitrogecircnio mineral as bacteacuterias do gecircnero
Rhizobium Bradyrhizobium Mesorhizobium Sinorhizobium Allorhizobium
coletivamente chamadas de riacutezoacutebio formam noacutedulos simbioacuteticos nas raiacutezes de
leguminosas Nos anos recentes outras α-proteobacterias tem sido apresentadas como
produtoras de noacutedulos em leguminosas (Moullin et al 2002) Methylobacterium (Sy et
al 2001) Blastobacter (Van Berkun e Eardly 2002) e Devosia (Rivas et al 2002)
Nestes noacutedulos simbioacuteticos a bacteacuteria na forma de bacteroacuteides convertem o N
atmosfeacuterico em amocircnia que eacute incorporada em diversas formas de N orgacircnico para a
utilizaccedilatildeo por plantas da famiacutelia das leguminosas
O nitrogecircnio eacute o elemento mais abundante na atmosfera terrestre (em torno de
79 ) estando presente principalmente na forma diatocircmica (N2) e eacute um dos principais
macronutrientes dos vegetais Algumas bacteacuterias que coexistem em simbiose ou natildeo
nas raiacutezes de plantas possuem enzimas com a capacidade de reduccedilatildeo do nitrogecircnio
atmosfeacuterico transformando-o em amocircnia e posteriormente em elementos essenciais
(Lodeiro et al 2000)
As leguminosas tecircm ao seu dispor duas fontes de nitrogecircnio o mineral
proveniente do solo eou fertilizante e o nitrogecircnio fixado biologicamente atraveacutes da
simbiose com os rizoacutebios Entretanto a subida vertiginosa dos preccedilos dos adubos
nitrogenados devido ao consumo de energia foacutessil em sua fabricaccedilatildeo aliada aos graves
problemas de poluiccedilatildeo causados pelo uso intensivo desses adubos tem deixado agrave
agricultura dos paiacuteses em desenvolvimento e dos desenvolvidos apenas as alternativas
de maximizar a fixaccedilatildeo bioloacutegica de nitrogecircnio otimizar a distribuiccedilatildeo e emprego dos
compostos nitrogenados dentro das plantas e tornar mais eficiente a utilizaccedilatildeo de
carboidratos pelos noacutedulos (Neves 1992)
O crescimento e a produccedilatildeo das leguminosas satildeo pelo menos em parte o
resultados da interaccedilatildeo entre as cultivares das plantas as estirpes de Rhizobium e as
condiccedilotildees ambientais em que o sistema simbioacutetico se desenvolve e que afetam a
assimilaccedilatildeo distribuiccedilatildeo e utilizaccedilatildeo do carbono e nitrogecircnio pelas plantas A
disponibilidade de nitrogecircnio para as sementes em desenvolvimento determina a
produccedilatildeo e depende de uma fixaccedilatildeo de nitrogecircnio que se prolongue ateacute o periacuteodo de
enchimento dos gratildeos (Neves amp Rumjanek 1995 Rumjanek et al 2002)
As plantas dependentes da fixaccedilatildeo bioloacutegica do N requerem mais fosfato (P) que
as plantas que usam exclusivamente N mineral Os niacuteveis baixos de P podem afetar a
simbiose ao diminuir o suplemento de fotossintato ao noacutedulo reduzir a taxa de
crescimento bacteriano e a populaccedilatildeo total de Rhizobium e Bradyrhizobium (Keyser amp
Munns 1979)
A fixaccedilatildeo bioloacutegica do nitrogecircnio dar-se-aacute mediante a presenccedila de noacutedulos nas
raiacutezes induzidos pela infecccedilatildeo das raiacutezes pelas bacteacuterias (Uribe 1994) O
desenvolvimento dos noacutedulos seratildeo iniciados pela troca de sinais quiacutemicos moleculares
entre a planta e o simbionte (Singleton et al 1992 Hungria et al 2000)
Os noacutedulos e a planta hospedeira satildeo perfeitamente interligados por meio de
vasos xilemaacuteticos e floemaacuteticos e portanto totalmente integrados em termos hormonais
e nutricionais O processo de fixaccedilatildeo do nitrogecircnio tambeacutem requer um suprimento
contiacutenuo de carboidratos que fornecem tanto a energia para a reduccedilatildeo do nitrogecircnio
quantos os esqueletos de carbono necessaacuterios agrave assimilaccedilatildeo da amocircnia produzida
Durante os processos de infecccedilatildeo e desenvolvimento dos noacutedulos energia eacute
necessaacuteria agraves divisotildees celulares e eacute obtida da oxidaccedilatildeo dos carboidratos produzidos
na parte aeacuterea da planta hospedeira (Neves 1992 Silveira et al 2001 Moreira amp
Siqueira 2006)
Devido agrave existecircncia de uma grande diversidade de espeacutecies nativas de bacteacuterias
fixadoras de nitrogecircnio eacute necessaacuteria a obtenccedilatildeo de estirpes de Rhizobium de alta
qualidade capazes de sobreviver e competir pela fixaccedilatildeo eficiente do nitrogecircnio
atmosfeacuterico na leguminosa alvo (Moawad et al 1998 Silveira et al 2001 Figueiredo et
al 2001 2002)
A nodulaccedilatildeo eacute um processo de multi-passos que envolvem plantas especiacuteficas e
expressatildeo geneacutetica bacteriana compatiacutevel Os resultados de vaacuterias trabalhos tecircm
indicado a participaccedilatildeo de mediadores quiacutemicos no periacuteodo inicial do processo de
infecccedilatildeo das raiacutezes das leguminosas Flavonoides especiacuteficos satildeo reconhecidos pelo
rizoacutebio e em alguns casos este eacute um importante aspecto de reconhecimento do
hospedeiro Se o flavonoide for reconhecido ocorreraacute a siacutentese de sacariacutedeos nas
ceacutelulas bacterianas atraveacutes da accedilatildeo de vaacuterios produtos de genes e resultando a
produccedilatildeo de uma pequena famiacutelia de lipo-oligossacariacutedeos A estrutura dos tipos de
lipo-oligossacariacutedeos eacute o maior determinante da especificidade do hospedeiro
(Laeremans amp Vanderleyden 1998 Diouf et al 2000 Dakora 2003)
14 Polissacariacutedeos de Rizoacutebio
Biopoliacutemeros satildeo polissacariacutedeos microbianos tambeacutem conhecidos como gomas ou
exopolissacariacutedeos (EPS) que tem a capacidade de fornar geacuteis e soluccedilotildees viscosas em
meio aquoso (Moreira et al 2003) Tendo sido observados nas uacuteltimas deacutecadas
progressos significativos em relaccedilatildeo agrave identificaccedilatildeo caracterizaccedilatildeo e utilizaccedilatildeo de
polissacariacutedeos sintetizados por microrganismos (Padilha 1997)
Kay et al (1993) enfatizam que os biopoliacutemeros satildeo na sua maioria compostos
atoacutexicos biodegradaacuteveis produzidos extracelularmente por microrganismos natildeo
patogecircnicos a partir de fermentaccedilotildees em batelada com eficiecircncia proacutexima a 50 na
conversatildeo do substrato
O termo goma tal como usado tecnicamente pelas induacutestrias refere-se aos
polissacariacutedeos de origem vegetal ou microbiana e seus derivados de alto peso
molecular que quando solubilizados em aacutegua fria ou quente produzem suspensotildees ou
soluccedilotildees viscosas podendo formar geacuteis a baixas concentraccedilotildees (Lopes 1989 Whistler
amp BeMiller 1993)
As bacteacuterias Gram-negativas apresentam a parede celular mais fina consequumlecircncia
da menor quantidade de peptidoglicano em comparaccedilatildeo agraves Gram-positivas e tem
como maior componente um macropoliacutemero denominado lipopolissacariacutedeo A
presenccedila do lipopolissacariacutedeo fornece uma barreira hidrofiacutelica agrave superfiacutecie celular Em
muitas bacteacuterias a hidrofilicidade da superfiacutecie celular eacute aumentada pela presenccedila de
uma camada de EPS O EPS pode estar organizado de modo a formar uma camada
coesiva e aderente denominada ldquocaacutepsulardquo ou consistir em um polissacariacutedeo livre e
ldquomucilaginosordquo (slime) com pouca ou nenhuma aderecircncia celular O termo EPS ou
exopolissacariacutedeo pode ser usado tanto para descrever o polissacariacutedeo mucilaginoso
como o capsular (Portilho 2002)
Vaacuterias bacteacuterias pertencentes agrave famiacutelia Rhizobiaceae satildeo produtoras de EPS na
cultura esses EPS rizobianos satildeo heteropolissacariacutedeos de espeacutecie ou estirpe-
especiacuteficos compostos de diferentes tipos de monossacariacutedeos (Becker amp Puumlhler
1998) Existem evidecircncias de que a composiccedilatildeo de EPS varia natildeo soacute entre os diversos
gecircneros mas tambeacutem com mudanccedilas no meio ambiente bacteriano (Karr et al 2000)
e alteraccedilotildees na constituiccedilatildeo das unidades repetitivas podem afetar a habilidade
simbioacutetica do bacterioacuteide (Wielbo et al 2004) Poreacutem os mecanismos de
desenvolvimento simbioacutetico e de infecccedilatildeo ainda natildeo estatildeo claros e por isso existe
contiacutenuo interesse em se elucidar a geneacutetica a biologia molecular e a bioquiacutemica de
EPS e de superfiacutecie de origem bacteriana
Os polissacariacutedeos sintetizados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium tais como
succinoglicanas e galactoglucanas (Zevenhuizen 1997) tecircm sido extensivamente
estudados na tentativa de melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose Muitos
trabalhos tecircm sido desenvolvidos com o objetivo de revelar a composiccedilatildeo quiacutemica a
biossiacutentese e informaccedilotildees geneacuteticas destas biomoleacuteculas e relacionar suas estruturas
quiacutemicas agraves propriedades de infestaccedilatildeo das bacteacuterias nas plantas hospedeiras (Canter
Cremers et al 1991) uma vez que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes da
especificidade simbioacutetica (Gil-Serrano et al 1992)
Os EPSs segundo Costerton (1987) possibilitam vida livre agrave bacteacuteria permitindo a
aderecircncia e colonizaccedilatildeo agrave superfiacutecies soacutelidas onde nutrientes se acumulam Eles
envolvem as membranas das ceacutelulas protegendo-as do dessecamento e outros
estresses ambientais aleacutem de poder ajudar na fixaccedilatildeo de minerais e nutrientes
proacuteximos agrave bacteacuteria (Sutherland 1988 Whitfield 1988)
Rhizobia de raacutepido crescimento sintetizam diferentes EPS EPS de alta massa
molecular o qual eacute excretado para o meio e resulta no aumento da viscosidade do
meio de cultivo CPS neutro e insoluacutevel depositado como uma massa volumosa ao
redor da ceacutelula e β-1 2-glucanas ciacuteclicas acumuladas no espaccedilo periplasmaacutetico e
excretadas para o meio (Zevenhuizen 1986) Os EPS despertam maior interesse
porque podem ser recolhidos diretamente do meio para o qual satildeo secretados Esses
microrganismos podem tambeacutem formar glucanas neutras unidas glicosidicamente por
ligaccedilotildees tipo β-14 presentes como microfibrilas celuloacutesicas de baixo massa molecular
(Zevenhuizen1986 Breedveld et al 1993) e algumas vezes no meio de cultura
podem ser encontrados compostos de baixa massa molecular semelhantes aos das
unidades monomeacutericas do EPS (Breedveld et al 1990)
A siacutentese de EPS aacutecido CPS neutro e poli-β-hidroxibutirato (PHB) por Rhizobium
eacute fortemente dependente das condiccedilotildees de cultivo das linhagens utilizadas assim
como da fase de crescimento levando a resultados que podem variar
consideravelmente (Zevenhuizen 1981 1986 Tombolini amp Nuti 1989) A produccedilatildeo de
EPS por Rhizobium leguminosarum R phaseoli e R trifolii segue associada ao
crescimento enquanto que R meliloti excreta principalmente polissacariacutedeos de baixa
massa molecular quando a proliferaccedilatildeo celular estaacute limitada pela falta de nitrogecircnio em
excesso de fonte de carbono ainda presente no meio
Zevenhuizen (1986) investigando a influecircncia das condiccedilotildees de cultivo nas
quantidades de EPS CPS e glucanas sintetizadas por Sinorhizobium meliloti TA-1
atraveacutes de cultivos em meio de sais contendo aacutecido glutacircmico (01 ) e manitol (1 )
em frascos de 100 mL agitados a 25 ordmC verificou que determinadas condiccedilotildees
direcionavam a siacutentese polissacariacutedica para um produto especiacutefico A produccedilatildeo de EPS
era favorecida em ar saturado com O2 a de CPS sob condiccedilotildees limitantes de nitrogecircnio
e moderado suprimento de O2 e a produccedilatildeo de β-12-glucanas em meio contendo uma
concentraccedilatildeo quatro vezes maior da fonte de nitrogecircnio produzindo uma alta
densidade celular e consequentemente uma limitaccedilatildeo severa de O2
Em todas as linhagens o acuacutemulo de glicogecircnio celular β-12-glucana e PHB
satildeo apenas iniciados sob condiccedilotildees limitantes do crescimento celular (Zevenhuizen amp
Ebbink1974) Quando haacute exaustatildeo da fonte de carbono externa glicogecircnio e PHB satildeo
metabolizados pelas ceacutelulas sustentando assim sua longevidade e atuando como
material de reserva (Zevenhuizen1981)
Ceacutelulas de R leguminosarum bv phaseoli e bv trifolii sintetizam EPS contendo
aacutecido urocircnico PHB eou glicogecircnio e ainda CPS natildeo metabolizaacutevel e pequenas
quantidades de β-12-glucana R melioti sintetiza EPS livre de aacutecido urocircnico PHB eou
glicogecircnio e elevadas concentraccedilotildees de β-12-glucana (Zevenhuizen 1981)
EPS aacutecidos elaborados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium apresentam exceto
por pequenas diferenccedilas uma viscosidade extraordinaacuteria na composiccedilatildeo e nas
propriedades estruturais entre linhagens de diferentes espeacutecies (Zevenhuizen
19711973 e Zevenhuizen amp Scholten-Koerselman1979) Os dois tipos mais comuns de
EPS de rizoacutebio (espeacutecies de raacutepido crescimento) obtidos apoacutes a precipitaccedilatildeo com 3
volumes de etanol satildeo EPS (da S meliloti) sem aacutecido urocircnico e que apresenta na
composiccedilatildeo molar D-glucose D-galactose aacutecido piruacutevico (711) denominado de
polissacariacutedeop Tipo I e EPS (da R leguminosarum bv phaseoli e bv trifolii) com
composiccedilatildeo molar D-glucoseD-galactoseaacutecido D-glucurocircnicoaacutecido piruacutevico (5122)
denominado de polissacariacutedeo Tipo II (Zevenhuizen1981)
As fraccedilotildees polimeacutericas precipitaacuteveis com trecircs volumes de etanol satildeo produtos de
elevada massa molecular com caraacuteter aacutecido os quais resultam em soluccedilotildees aquosas
altamente viscosas Polissacariacutedeos do Tipo I satildeo produtos comuns excretados de
linhagens de S meliloti e de Agrobacterium (Hisamatsu et al1982) sendo tambeacutem
sintetizados por bacteacuterias de origem totalmente diferente tal como Alcaligenes faecalis
(Harada amp Amemura 1981) S melioti sintetiza geralmente um EPS de elevada massa
molecular do tipo succinoglicana com a composiccedilatildeo glucose galactose piruvato
succinato acetato (71111) (Cinquini Dantas 1992 Matulovaacute et al 1994 Ridoult et
al1997)
Algumas linhagens de Rhizobium apresentam composiccedilotildees de EPS desviadas
dos tipos mais comuns mencionados acima tais como R leguminosarum bv phaseoli
linhagem K-82 com EPS de composiccedilatildeo molar D-glucoseD-galactose aacutecido urocircnico
aacutecido piruacutevico (1111) e S meliloti SU-234 que produz EPS correspondente ao
polissacariacutedeo Tipo II (Zevenhuizen 1981)
Um consideraacutevel nuacutemero de polissacariacutedeos produzidos por muitas linhagens de
rizoacutebio natildeo estaacute disperso livremente no meio mas sim presente como um material
viscoso amorfo ao redor da ceacutelula Tais polissacariacutedeos como a curdlana podem ser
extraiacutedos com a simples adiccedilatildeo de NaOH 05 M seguida de precipitaccedilatildeo pela
neutralizaccedilatildeo com HCl Curdlana uma β-13-glucana linear gelificante pode ser
produzida por Agrobacterium e por algumas linhagens de Rhizobium (Harada amp
Amemura 1981 Zevenhuizen 1986) assim como pela bacteacuteria Alcaligenes faecalis
bv myxogenes (Harada et al 1966 Phillips et al1983 Lawford amp Rousseau1989) O
derivado sulfatado deste homopoliacutemero apresenta atividades anticoagulantes e
antitromboacuteticas aleacutem de exibir efeito inibitoacuterio agrave infecccedilatildeo in vitro do viacuterus HIV-1
(Jagodzinsski et al 1994) Aleacutem dos polissacariacutedeos neutro e aacutecido de elevada massa
molecular as espeacutecies de Rhizobium assim como bacteacuterias do gecircnero Agrobacterium
excretam carboidratos de baixa massa molecular os quais tem sido caracterizados
como β-12-glucanas (York et al 1980) Estas glucanas se acumulam
preferencialmente no espaccedilo periplaacutesmico da ceacutelula (Abe et al 1982) mas satildeo
tambeacutem excretadas para o meio juntamente com EPS aacutecidos Aparentemente estes
carboidratos natildeo apresentam uma funccedilatildeo especiacutefica uma vez que experimentos
realizados natildeo sugerem a sua utilizaccedilatildeo como fonte de carbono ou de energia pelas
ceacutelulas apoacutes a exaustatildeo da fonte de carbono exoacutegena Entretanto acredita-se que β-
12-glucanas sejam importantes durante processo de infestaccedilatildeo de raiacutezes de plantas
Ceacutelulas mutantes de S meliloti natildeo sintetizadoras de β-12-glucanas induziram somente
a formaccedilatildeo de pseudonoacutedulos em alfafa (Breedveld et al1990)
As β-12-glucanas ciacuteclicas satildeo moleacuteculas com grande potencial de utilizaccedilatildeo
dado o espaccedilo interno relativamente hidrofoacutebico podendo ser apropriadas como
agentes de inclusatildeo comparaacuteveis agraves ciclodextrinas constituiacutedas de 6 a 8 resiacuteduos de
glucose unidos por ligaccedilotildees α-14 Os espaccedilos internos de ambas as moleacuteculas satildeo
praticamente semelhantes Contudo a solubilidade da β-12-glucana ciacuteclica eacute maior em
relaccedilatildeo agrave ciclodextrinas (Breedveld et al 1990)
Glicogecircnio e PHB estatildeo presentes nas ceacutelulas de Rhizobium sendo que
algumas vezes ocorre separadamente em diferentes linhagens mas na sua maioria
ambos os compostos aparecem juntos em ceacutelulas de uma mesma linhagem
Vaacuterios biopoliacutemeros tem sido produzidos e utilizados comercialmente entre eles
Dextrana (produzida por bacteacuterias dos gecircneros Leuconostoc e Streptococcus) Xantana
(produzida por bacteacuterias do gecircnero Xanthomonas) Curdulana (produzida pelas
bacteacuterias Alcaligenes faecalis bv mixogenes e Agrobacterium radiobacter) Alginato
bacteriano (produzido por bacteacuterias dos gecircneros Azotobacter principalmente
Azotobacter vinelandii e Pseudomonas) Zanflo (produzido pela bacteacuteria Erwinia
tahitica) Gelana (produzida pela bacteacuteria Sphingomonas paucimobilis anteriormente
classificada como Pseudomonas elodea) Welana (produzida por espeacutecies de
Alcaligenes) Escleroglucana (produzida por diferentes espeacutecies de Sclerotium)
Pululana (produzida pelo fungo Aureobasidium pullulans) Celulose bacteriana
(produzida pela bacteacuteria Acetobacter xilinum) (Sutherland 1992 Martins amp Saacute-Correia
1993 Giavasis el al 2000 Maugeri 2001 Giavasis et al 2003 Kalogiannis et al
2003 Campbell et al 2003)
Outros biopoliacutemeros que estatildeo em estudo natildeo sendo produzidos em escala
industrial podem ser citados tais como indicana (produzida por Beijerinckia indica)
emulsana (produzida por Acinetobacter calcoaceticus) pululana (produzida pela
levedura Rhodotorula bacarum) ciclossoforanas (produzidas por Rhizobium
Agrobacterium e algumas espeacutecies de Xanthomonas) clairana (produzida por
Beijerinckia sp) diutana (produzida pelo gecircnero Sphingomonas) (Maugeri 2001
Navarrete amp Shah 2001 Chi amp Zhao 2003 Moreira et al 2003) Ateacute o momento
dextrana e xantana satildeo praticamente os uacutenicos polissacariacutedeos microbianos
comercializados em larga escala A goma gelana eacute o terceiro polissacariacutedeo produzido
comercialmente por biossiacutentese microbiano utilizado na induacutestria de alimentos
(Maugeri 2001)
15 Reologia
A etmologia da palavra rheologia tem raiz e busca significado nos vocaacutebulos
gregos rheo = deformaccedilatildeo e logia = ciecircncia ou estudo Portanto reologia eacute a ciecircncia
que estuda como a mateacuteria se deforma ou escoa quando submetida a esforccedilos
originados por forccedilas externas Schlumberger (1982) Estuda o comportamento
deformacional e do fluxo de mateacuteria submetido a tensotildees sob determinadas condiccedilotildees
termodinacircmicas ao longo de um intervalo de tempo Inclui propriedades como
elasticidade viscosidade e plasticidade No caso mais simples a propriedade reoloacutegica
de interesse no caso de soacutelidos eacute a sua elasticidade e nos fluidos eacute a viscosidade que
pode ser interpretada como a resistecircncia interna ou fricccedilatildeo interna do fluido oferece
para escoar ou tambeacutem como a medida da fricccedilatildeo interna de um fluiacutedo Quanto mais
viscosa o fluido mais difiacutecil de escoar e maior o seu coeficiente de viscosidade
(Pasquel1999)
As propriedades reoloacutegicas das soluccedilotildees de poliacutemeros mudam com a natureza
do soluto dependem da massa molecular meacutedia da estrutura molecular dos grupos
acetil ou piruvato (Casas et al 2000 Moradi-Araghi 2000 Diltz amp Zeller 2001
Navarrete et al 2001)
Viscoelasticidade eacute uma das propriedades reoloacutegicas mais simples de
substacircncias de comportamento reoloacutegico complexo como satildeo os biopoliacutemeros uma
vez que soluccedilotildees de biopoliacutemeros com interesse de aplicaccedilatildeo comercial exibem
propriedades viscoelaacutesticas isto eacute a capacidade de formar geacuteis verdadeiros em baixas
concentraccedilotildees e portanto com caracteriacutesticas intermediaacuterias entre soacutelidos e fluiacutedos
(Szczesniak 1993)
Entretanto uma das importantes indicaccedilotildees de que um biopoliacutemero tem
propriedades funcionais com viabilidade de aplicaccedilatildeo comercial como agente
espessante estruturante ou gelificante eacute o resultado da medida da viscosidade
aparente de suas soluccedilotildees aquosas (Szczesniak 1993)
A viscosidade de uma soluccedilatildeo polimeacuterica eacute uma funccedilatildeo do tamanho e da forma e
conformaccedilatildeo que adotam suas moleacuteculas no solvente sendo que no caso de alimentos
e bebidas o solvente eacute uma soluccedilatildeo de outros solutos Assim sendo as soluccedilotildees das
gomas satildeo dispersotildees de moleacuteculas hidratadas eou agregados de moleacuteculas
hidratadas e seu comportamento reoloacutegico eacute determinado pelo tamanho forma
facilidade de deformaccedilatildeo ou flexibilidade e presenccedila e magnitude da carga eleacutetrica
nessas moleacuteculas hidratadas eou agregados As soluccedilotildees de polissacariacutedeos exibem
dois tipos gerais de comportamento reoloacutegico pseudoplaacutestico e tixotropia As soluccedilotildees
da maioria das gomas experimentam uma diminuiccedilatildeo da viscosidade com o aumento da
temperatura sendo que a goma xantana eacute uma exceccedilatildeo entre 0 e 100 ordm C (Pasquel
1999)
Na Viscoelasticidade os liacutequidos viscosos natildeo possuem forma geomeacutetrica
definida e escoam irreversivelmente quando submetidos a forccedilas externas Por outro
lado os soacutelidos elaacutesticos apresentam forma geomeacutetrica bem definida e se deformados
pela accedilatildeo de forccedilas externas assumem outra forma geomeacutetrica de equiliacutebrio Muitos
materiais apresentam um comportamento mecacircnico intermediaacuterio entre estes dois
extremos evidenciando tanto caracteriacutesticas viscosas como elaacutesticas e por este
motivo satildeo conhecidos como viscoelaacutesticos
Quanto agrave deformaccedilatildeo os fluidos podem ser classificados em
Reversiacuteveis ou elaacutesticos satildeo sistemas que natildeo escoam sua deformaccedilatildeo eacute
reversiacutevel e o sistema obedece agrave Lei de Hooke
Irreversiacuteveis ou viscosos satildeo sistemas que escoam sua deformaccedilatildeo eacute
irreversiacutevel e o sistema obedece agrave Lei de Newton de viscosidade constante
Tambeacutem podem ser classificados quanto agrave relaccedilatildeo entre a taxa de deformaccedilatildeo e a
tensatildeo de cisalhamento
Fluidos Newtonianos sua viscosidade eacute constante seguem a Lei de
Newton Esta classe abrange todos os gases e liacutequidos natildeo polimeacutericos e
homogecircneos A relaccedilatildeo entre a taxa de deformaccedilatildeo e a tensatildeo de cisalhamento
eacute linear e o coeficiente angular da reta eacute a viscosidade (Severs 1962)
Ex aacutegua leite soluccedilotildees de sacarose oacuteleos vegetais
Fluidos Natildeo Newtonianos a relaccedilatildeo entre a taxa de deformaccedilatildeo e a tensatildeo de
cisalhamento natildeo eacute constante A relaccedilatildeo eacute natildeo linear e o coeficiente angular
(viscosidade) varia com a taxa de deformaccedilatildeo (Severs 1962)
Aleacutem disso os fluidos natildeo newtonianos ainda podem ser classificados em
viscoelaacutesticos dependentes e independentes do tempo (Figura 1)
A Figura 2 mostra o comportamento reoloacutegicos do fluido newtoniano e dos fluidos
natildeo newtonianos independentes do tempo
O comportamento reoloacutegico dos fluidos pode ser caracterizado atraveacutes da
relaccedilatildeo entre a tensatildeo de cisalhamento (forccedilaaacuterea cisalhada) e a taxa de deformaccedilatildeo
Normalmente os poliacutemeros em soluccedilatildeo diluiacuteda demonstram um comportamento de
liacutequido newtoniano Em soluccedilatildeo concentrada ou no estado fundido os poliacutemeros
apresentam um comportamento reoloacutegico distinto que lhes confere a denominaccedilatildeo de
fluidos natildeo-newtonianos (Tager 1978)
Dependentes do tempo
Independentes do tempo
Tixotroacutepicos
Sem tensatildeo de cisalhamento
inicial
Natildeo Newtoniano
Com tensatildeo de cisalhamento
inicial
Dilatantes
Herschel-Bulkley
Fluidos
Newtoniano
Viscoelaacutesticos
Reopeacuteticosticos
Pseudoplaacutesticos
Plaacutesticos de Bingham
Figura 1 Classificaccedilatildeo dos Fluidos segundo seu comportamento reoloacutegico
Figura 2 Curvas de escoamento de fluidos newtoniano e natildeo newtonianos de propriedades independentes do tempo de cisalhamento
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Os fluidos natildeo-newtonianos cujas propriedades reoloacutegicas satildeo independentes do
tempo temos diversos tipos de comportamento de materiais que satildeo denominados
viscoplaacutesticos ou de Bingham dilatante e pseudoplaacutesticos
Os materiais viscoplaacutesticos ou de Bingham necessitam de uma tensatildeo inicial
para comeccedilarem a deformaccedilatildeo cisalhamento mantendo entatildeo a relaccedilatildeo entre tensatildeo
e taxa de deformaccedilatildeo que pode ser constante ou natildeo Em soluccedilotildees de poliacutemeros de
alto peso molecular muitas vezes uma tensatildeo de cisalhamento miacutenima se faz
necessaacuteria a fim de vencer as interaccedilotildees intermoleculares existentes Soacute apoacutes o
colapso destas ligaccedilotildees ocorre o escoamento do fluido Como exemplos destes fluidos
podem ser citados a margarina polpa de papel e a maioria das tintas (Bretas 1987)
Os materiais com comportamento dilatante ou pseudoplaacutestico natildeo necessitam de
uma tensatildeo miacutenima para escoarem mas a viscosidade destes fluidos varia de forma
natildeo linear com a taxa de deformaccedilatildeo (Cheremisinoff 1993)
Os materiais pseudoplaacutesticos incluem a maioria dos fluidos natildeo-newtonianos
como por exemplo soluccedilotildees polimeacutericas acetato de celulose maionese suspensotildees
de polpa de papel e pigmentos (Cheremisinoff 1993) A maioria dos poliacutemeros
sinteacuteticos no seu estado fundido e das soluccedilotildees aquosas de polissacariacutedeos satildeo
exemplos de materiais pseudoplaacutesticos (Lopes 1989)
O termo dilatacircncia eacute empregado normalmente para descrever tanto uma
expansatildeo de volume sob cisalhamento como para caracterizar o aumento de
viscosidade de certos fluidos com o aumento da velocidade de cisalhamento Neste
uacuteltimo aspecto a dilatacircncia eacute observada como fenocircmeno inverso agrave pseudoplasticidade
(Bauer amp Collins 1967) O comportamento dilatante pode ser observado em
suspensotildees muito concentradas em que as partiacuteculas constituintes satildeo irregulares e
natildeo se orientam facilmente ou em poliacutemeros fundidos onde haacute formaccedilatildeo de cristais
durante o processo de escoamento (Lopes e Andrade 1991) Como exemplos de
dilatantes podemos citar as suspensotildees aquosas de dioacutexido de titacircnio suspensotildees de
amido de milho em etilenoglicolaacutegua goma araacutebica areia de praia molhada entre
outros (Lopes e Andrade 1991 Cheremisinoff 1993)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Os fluidos natildeo-newtonianos cujas propriedades reoloacutegicas satildeo dependentes do
tempo temos diversos tipos de comportamento de materiais que satildeo denominados de
reopeacuteticos e tixotroacutepicos Materiais que se tornam mais viscosos durante a
transformaccedilatildeo em cisalhamento suave satildeo chamados reopeacuteticos exibem um aumento
da viscosidade com o aumento da velocidade de cisalhamento a uma velocidade de
cisalhamento constante (suspensatildeo de gesso solos) e os que se tornam menos
viscosos satildeo chamados tixotroacutepicos (tinturas vaacuterios lubrificntes) (Cheremisinoff 1993)
Os materiais tixotroacutepicos satildeo inevitavelmente pseudoplaacutesticos mas nem todo
pseudoplaacutestico eacute tixotroacutepico (Lenk 1978)
Uma outra categoria de fluidos natildeo-newtoniano eacute representada pelos fluidos
viscoeslaacutesticos Um material eacute descrito como viscoelaacutestico quando em suas
propriedades mecacircnicas parte da energia eacute armazenada e outra parte eacute dissipada
como calor Na verdade todos os corpos reais satildeo viscoelaacutesticos (Graessley 1984)
Um fluido viscoelaacutestico em equiliacutebrio quando submetido agrave uma tensatildeo cisalhante
responde de dois modos sobrepostos Primeiro o material exibe uma resposta elaacutestica
que corresponde ao deslocamento das moleacuteculas de sua posiccedilatildeo inicial para uma nova
posiccedilatildeo de equiliacutebrio Isto ocorre logo apoacutes a aplicaccedilatildeo da tensatildeo e eacute chamado de
tempo de relaxamento O segundo modo de resposta agrave tensatildeo eacute o escoamento viscoso
iniciando-se tambeacutem logo que esta eacute aplicada O escoamento viscoso eacute por
conseguinte irreversiacutevel espontaneamente podendo continuar mesmo apoacutes o aliacutevio da
tensatildeo (Tager 1978) Como exemplos desta classe de fluiacutedos poliacutemeros como o
naacuteilon vaacuterias soluccedilotildees polimeacutericas e geleacuteias (Cheremisinoff 1993)
O estudo reoloacutegico de sistemas polimeacutericos tem auxiliado tanto na compreensatildeo
da estrutura molecular de muitos tipos de poliacutemeros quanto na forma como esta
conformaccedilatildeo estrutural afeta o comportamento reoloacutegico quer em condiccedilotildees
permanentes quer em deformaccedilatildeo intermitente A viscosidade e a elasticidade satildeo as
duas faces que tendem a caracterizar a maneira como um material reage a uma tensatildeo
imposta (Machado 2002)
A estrutura quiacutemica de cada biopoliacutemero bem como os grupos substituintes que
ele possui determinam suas caracteriacutesticas reoloacutegicas e portanto suas potenciais
aplicaccedilotildees (Pace 1991)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Os polissacariacutedeos microbianos variam consideravelmente em suas
propriedades fiacutesicas incluindo as caracteriacutesticas reoloacutegicas influenciando
marcadamente o processo fermentativo (Sutherland 1990)
2 JUSTIFICATIVA
A relevacircncia deste trabalho consiste na necessidade do desenvolvimento de
tecnologias de baixo custo capazes de melhorar os niacuteveis de produtividade do feijoeiro
podendo ser favorecido pelo estudo do comportamento da produccedilatildeo de polissacariacutedeos
por Rhizobium sp onde os resultados permitiratildeo avaliar a produccedilatildeo do biopoliacutemero
sintetizado como uma alternativa viaacutevel e promissora principalmente pelo uso de
bioproduto para formulaccedilatildeo de inoculante visando incrementar a contribuiccedilatildeo no
processo da Fixaccedilatildeo Bioloacutegica de Nitrogecircnio podendo gerar no futuro insumos
bioloacutegicos capazes de promover saltos qualitativos para a agricultura
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
3 OBJETIVOS 31 Geral Obter isolados de rizoacutebios para maior eficiecircncia no desenvolvimento da planta visando
selecionar microrganismos para produccedilatildeo de polissacariacutedeos extracelulares e que
possuam capacidade para produzir biopoliacutemero
32 Especiacuteficos
Estudo cineacutetico do cultivo de rizoacutebios para determinar as condiccedilotildees culturais que
assegurem uma produccedilatildeo eficiente de polissacariacutedeos
Determinar quais os melhores isolados produtores de polissacariacutedeo em meio
liacutequido (gL-1)
Estudar paracircmetros na produccedilatildeo de exopolissacariacutedeo formado pelas estirpes de
rizoacutebio tais como volume de inoacuteculo e o comportamento viscosimeacutetrico da
dispersatildeo do polissacariacutedeo
Avaliar a influecircncia do tempo na produccedilatildeo do polissacariacutedeo pelo
acompanhamento de consumo de substrato e de formaccedilatildeo do produto
Determinar a composiccedilatildeo quimica e a dosagem de sacarose das melhores
estirpes produtoras de polissacariacutedeo
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
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Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
5 CAPIacuteTULO 1
BIOPOLIacuteMEROS SINTETIZADOS POR Rhizobium sp PRODUCcedilAtildeO E COMPORTAMENTO REOLOacuteGICO
Barreto M C S 12 Figueiredo M V B 2 Burity H A2 Lima-Filho J L 1
1Universidade Federal de Pernambuco Rua Nelson Chaves sn Cidade Universitaacuteria
Recife ndash PE Brasil
2Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria ndash IPA Laboratoacuterio Biologia do
Solo Av Gal San Martin 1371 Bongi Recife ndash PE Brasil
Autor de correspondecircncia Maria do Carmo Silva Barreto Empresa Pernambucana de Pesquisa
Agropecuaacuteria ndash IPA Laboratoacuterio Biologia do Solo Av Gal San Martin 1371 Bongi Recife ndash PE
Brasil E-mail mcsbarretogmailcom
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
RESUMO Os biopoliacutemeros polissacariacutedicos de origem microbiana sintetizados por bacteacuterias
fungos e leveduras satildeo tambeacutem conhecidos como goma devido a sua capacidade de
formar soluccedilotildees viscosas e geacuteis em meio aquoso A produccedilatildeo de exopolissacariacutedeos
(EPS) microbianos tem sido objeto de intensa pesquisa tendo em vista seu elevado
potencial de aplicaccedilatildeo em diferentes setores No entanto os polissacariacutedeos
sintetizados por bacteacuterias do grupo Rhizobium tem sido estudados na tentativa de
melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose leguminosa X Rhizobium uma vez
que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes da especificidade simbioacutetica
entretanto a precisa funccedilatildeo destas moleacuteculas ainda estaacute sendo investigada No
processo de produccedilatildeo e viscosidade de polissacariacutedeo a ser obtido deve-se considerar
desde o microrganismo em estudo ateacute a determinaccedilatildeo dos paracircmetros de agitaccedilatildeo
tempo de incubaccedilatildeo excesso ou ausecircncia de carboidratos e volume de inoculo onde
se destaca o meio de produccedilatildeo e sua influecircncia na siacutentese no rendimento e na
composiccedilatildeo dos EPS O objetivo deste trabalho foi avaliar a produccedilatildeo e viscosidade de
biopoliacutemeros obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp comparados com a estirpe padratildeo
Rhizobium tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo O biopoliacutemero foi obtido
atraveacutes de agitaccedilatildeo em incubador agitador As condiccedilotildees foram 28 degC 200 rpm por 96
e 168 horas em meio YM modificado Foram avaliados a produccedilatildeo pela massa seca
da soluccedilatildeo aquosa dos biopoliacutemeros a 25 (vv) atraveacutes da teacutecnica da massa seca e
apoacutes a secagem do produto foi realizada em dissecador agrave temperatura de 30 degC ateacute
massa constante Para medidas de viscosidade as amostras foram determinadas em
viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT Spindle 1) a 20 degC a diferentes taxas
de cisalhamento Os resultados mostraram que os isolados no tempo de fermentaccedilatildeo
de 168 horas apresentou maior produccedilatildeo de EPS Com o aumento do tempo tambeacutem
houve um aumento da viscosidade para todos os isolados
Palavras Chave Exopolissacariacutedeos (EPS) reologia rizoacutebio
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ABSTRACT
The biopolymers are polysaccharide from microbial origin synthesized by bacteria fungi
and yeast They are also known as gums due to their capacity to produce viscous
solutions and gel in an acquoso medium The production of microbial Exopolysaccharide
(EPS) has been an object of intensive research due to its high application and potential
in different fields However the polysaccharide synthesized by bacteria from
Rhizobium have been studied to help understand their participation in the leguminous
symbiosis X Rhizobium since these biopolymers seem to determine the symbiotic
specificity however the precise function of those molecules are still to be seen to
During the process of production and viscosity of polysaccharide it should be
considered from the microorganism being studied to the determination of rotatory
parameters time of incubation excess or lack of carbohydrates and inocule volume in
which the production medium and its influence on the synthesis is highlighted in the
yield and composition of exopolysaccharides The aim of this research is to evaluate the
production and viscosity of biopolymers obtained form 8 isolated Rhizobium sp
compared to standard strain Rhizobium tropici (CIAT 899) in different culture timing The
biopolymer was obtained through rotation in shakers The conditions were 28degC
200rpm per 96 and 168 hours in modified YM medium The following items were
evaluated the production via dry weight of acquoso solution of biopolymers at 25
(vv) through the technique of dry weight and after drying the product which was done in
a dessicator at 30degC with constant weight For measuring viscosity the samples were
identified by using a rotational Brookfield (model RVT Spindle 1) viscometer at 20degC
and shear rate The results showed that the isolated ones had a bigger production within
168 hours of fermentation time Besides by increasing the time there was also an
increase of viscosity for all the isolated ones
Keywords Exopolysaccharide(EPS) rheology rhizobia
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
51 Introduccedilatildeo
Os biopoliacutemeros polissacariacutedicos de origem microbiana sintetizados por bacteacuterias
fungos e leveduras satildeo tambeacutem conhecidos como goma devido a sua capacidade de
formar soluccedilotildees viscosas e geacuteis em meio aquoso Esses polissacariacutedeos de cadeia
complexa tambeacutem satildeo conhecidos como gomas devido a sua capacidade de formar
soluccedilotildees viscosas e geacuteis em meio aquoso
Um grande nuacutemero de bacteacuterias conhecidas produz quantidades abundantes de
exopolissacariacutedeos (EPS) particularmente as patogecircnicas de plantas como as
Xanthomonas Erwinia e as bacteacuterias fixadoras de nitrogecircnio Rhizobium Beijerinkia e
Azotobacter (Vermani et al 1995) Destas os exopolissacariacutedeos de Xanthomonas
campestris (xantana) Sphingomonas paucimobilis e Pseudomonas elodea (gelana)
Acetobacter xylinum (celulose) e Rhizobium sp (succinoglucana) estatildeo sendo
comercializados (Sutherland 2001)
Os polissacariacutedeos extracelulares sintetizados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium
tecircm sido estudados na tentativa de melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose
leguminosa x Rhizobium uma vez que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes
da especificidade simbioacutetica entretanto a precisa funccedilatildeo destas moleacuteculas ainda estaacute
sendo investigada
Segundo Costerton (1987) os EPS possibilitam vida livre agrave bacteacuteria permitindo a
aderecircncia e colonizaccedilatildeo agrave superfiacutecies soacutelidas onde os nutrientes se acumulam Eles
envolvem as membranas das ceacutelulas protegendo-as do dessecamento e outros
estresses ambientais aleacutem de poder ajudar na fixaccedilatildeo de minerais e nutrientes proacuteximo
a bacteacuteria (Sutherland 1988 Whitfield 1988) Ainda segundo Costerton (1987) os
EPS podem ser homopoliacutemeros ou heteropoliacutemeros e possuem uma variedade de
substituintes natildeo carboidratados Entre os homopoliacutemeros encontrados em bacteacuterias
que interagem com plantas as mais comuns satildeo as glucanas periplasmaacuteticas β (1-2)
que estatildeo presentes em Rhizobiaceae (Otoboni 2001)
Os polissacariacutedeos bacterianos hidrossoluacuteveis vecircm sendo utilizados pelas induacutestrias
como emulsificantes estabilizantes espessantes agentes de suspensatildeo e dependendo
de sua natureza quiacutemica as gomas microbianas podem tambeacutem ser empregadas como
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
promotoras de gelificaccedilatildeo No entanto os polissacariacutedeos sintetizados por bacteacuterias do
gecircnero Rhizobium tais como succinoglicanas e galactoglucanas (Zevenhuizen 1997
Younes et al 2000) tecircm sido estudados na tentativa de melhor compreender sua
participaccedilatildeo na simbiose
A produccedilatildeo de EPS microbianos tem sido objeto de intensa pesquisa tendo em
vista seu elevado potencial de aplicaccedilatildeo em diferentes setores pois natildeo se encontra
exposta agraves alteraccedilotildees climaacuteticas ou agrave problemas nas colheitas que prejudicam a oferta
e alteram o custo de produccedilatildeo das gomas tradicionais No processo de produccedilatildeo de
polissacariacutedeos deve-se considerar desde o microrganismo em estudo ateacute a
determinaccedilatildeo dos paracircmetros de agitaccedilatildeo tempo de incubaccedilatildeo excesso ou ausecircncia
de carboidratos e volume de inoacuteculo onde se destaca o meio de produccedilatildeo e sua
influecircncia na siacutentese no rendimento e na composiccedilatildeo dos EPS (Faria 2002)
Na literatura estatildeo descritos vaacuterios meios de produccedilatildeo entretanto a composiccedilatildeo
qualitativa eacute a mesma e cada suplemento apresenta uma determinada funccedilatildeo na
produccedilatildeo de polissacariacutedeo Basicamente os meios para produccedilatildeo de polissacariacutedeos
apresentam uma fonte de foacutesforo e potaacutessio (fosfato de potaacutessio) e nitrogecircnio (sulfato
de amocircnio) em concentraccedilotildees adequadas para o crescimento do microrganismo uma
fonte de carbono (glicose sacarose manose frutose e outras) como reserva energeacutetica
e ainda oligoelementos como Na1+ K1+ Ca2+ Mg2+ Fe2+ e outros os quais tecircm um
papel importante como cofatores enzimaacuteticos nas vias de produccedilatildeo do polissacariacutedeo
(Martins et al 1990 Wong 1993 Madi et al 1997)
Soluccedilotildees de biopoliacutemeros bacterianos com propriedades reoloacutegicas interessantes
do ponto de vista industrial geralmente exibem propriedades pseudoplaacutesticas
viscoelaacutesticas e tensatildeo residual elevada (Sutherland 2001) poreacutem a viscosidade
aparente do caldo de fermentaccedilatildeo era o paracircmetro utilizado para avaliar a qualidade do
biopoliacutemero (Scamparini 1991 Bueno amp Garcia-Cruz 2000) Dos paracircmetros que
interferem na viscosidade dos poliacutemeros pode-se citar o tipo de estrutura molecular e
concentraccedilatildeo de poliacutemero A viscosidade da soluccedilatildeo aquosa de um polissacariacutedeo estaacute
diretamente relacionada com a rigidez de sua moleacutecula que por sua vez depende da
sua estrutura principalmente da estrutura primaacuteria e secundaacuteria a qual estaacute
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
diretamente relacionada agrave bacteacuteria utilizada e agraves condiccedilotildees operacionais do processo
de produccedilatildeo (Bradshaw et al 1983)
A seleccedilatildeo de microrganismos que produzam polissacariacutedeos com propriedades
funcionais economicamente interessantes bem como os estudos para otimizar o
rendimento e a produtividade dos processos fermentativos na obtenccedilatildeo destes eacute um
desafio constante (Boza 2002) A seleccedilatildeo da linhagem deveria ser o primeiro passo
quando se tenta um processo especiacutefico de produccedilatildeo
Dentro deste contexto este trabalho teve como objetivo geral avaliar a produccedilatildeo e
viscosidade de EPS obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp comparados com a estirpe
padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo
52 Material e Meacutetodos
Microrganismos
Foram utilizadas as bacteacuterias pertencentes ao gecircnero Rhizobium 8 isolados (nativos
da regiatildeo do sertatildeo de Pernambuco ndash Araripina) do banco de germoplasma da
Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria - IPA resistentes a alta
temperatura e formadoras de goma e uma estirpes padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899)
obtidas do Centro Nacional de Pesquisa em Agrobiologia - CNPAB EMBRAPA
As estirpes descritas na Tabela 1 foram mantidas em meio YMA (Vincent 1970 -
modificado) contendo (gL-1) sacarose (30 g) extrato de levedura (04 g) 1 mL de
K2HPO4 a 10 4 mL de KH2PO4 a 10 2 mL de MgSO47H2O a 10 1 mL de NaCl
a 10 5 mL de Azul de Bromotimol 025 em KOH a 02N ou 10 mL de Vermelho
Congo a 025
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Inoacuteculo
As estirpes descritas na Tabela 1 foram purificadas por repicagem em placas de
petri contendo o meio YMA (Vincent 1970 - modificado) utilizando o corante vermelho
do congo como indicador Apoacutes a purificaccedilatildeo as bacteacuterias foram repicadas em tubos
inclinados em meio de cultura sem o indicador vermelho de congo as quais foram
incubados a 28 degC por 48 horas em estufa e armazenadas a plusmn4 degC
A partir dessas culturas os experimentos foram conduzidos em duas etapas
Primeiro preparou-se um preacute-inoacuteculo partindo de uma alccedilada de cultura crescida sobre
meio YMA e incubada em estufa por 48 h a 28 plusmn 1 degC Transcorrido este periacuteodo
Isolados
Estirpe
Tamanho
das colocircnias
Tempo
Crescimento (dias)
pH
Transparecircncia
Hospedeiro
Origem
ISOL-1
gt 1 mm
2
Alcalino
Transluacutecido
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-2
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-3
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-4
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-6
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-11
gt 1 mm
2
Aacutecido
Transluacutecido
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-14
lt 1 mm
2
Levemente
Aacutecido
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-16
gt 1 mm
2
Levemente
Aacutecido
Opaco
Phaseolus vulgaris
CIAT 899
gt 1 mm
2
Aacutecido
Transluacutecido
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
Cali-CO
Tabela 1 Caracteriacutesticas morfofisioloacutegicas dos Isolados de rizoacutebios e da estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
preparou-se o inoacuteculo atraveacutes da transferecircncia asseacuteptica em Erlenmeyer de 250 mL
com 80 mL de meio de produccedilatildeo contendo 25 (vv) de uma cultura do preacute-inoacuteculo
crescida ateacute a fase logariacutetma e incubados em agitador rotatoacuterio a 200 rpm a 28 plusmn 1 degC
em triplicata
Produccedilatildeo e recuperaccedilatildeo de biopoliacutemero
A produccedilatildeo total dos biopoliacutemeros [g(Lh)-1] obtidos nos diferentes tempos de
cultivo foram avaliados pela massa do produto seco por volume de meio YM
modificado em Incubadora refrigerada com agitaccedilatildeo Modelo TE-421 TECNAL A
quantidade produzida de EPS durante a fermentaccedilatildeo foi determinada atraveacutes da
teacutecnica da massa seca Apoacutes centrifugaccedilatildeo aacutelcool etiacutelico PA foi adicionado ao mosto
fermentado ateacute atingir a concentraccedilatildeo de 80 na soluccedilatildeo hidroalcooacutelica formada
Apoacutes a total precipitaccedilatildeo do EPS presente no meio fermentado foi realizado a secagem
do produto em dissecador agrave temperatura 30 degC ateacute massa constante Todas as
determinaccedilotildees foram efetuadas em triplicata
Viscosidade
A caracterizccedilatildeo reoloacutegica do biopoliacutemero produzido foi determinada em um
viscosiacutemetro rotacional Brookfield modelo RVT com spindle 1 a 20 degC acoplados a
um banho-maria termostatizado modelo TE-184 TECNAL Foram determinadas as
viscosidades aparentes e a avaliaccedilatildeo do comportamento pseudoplaacutestico As equaccedilotildees
e procedimentos especiacuteficos aplicados para os caacutelculos das taxas de cisalhamento em
funccedilatildeo da rotaccedilatildeo aplicada no material foram obtidos atraveacutes dos meacutetodos verificados
por Mitschka (1982) citado por Morais (1999) para reocircmetros deste modelo (RV)
O modelo reoloacutegico adotado foi de Ostwald-de Waele (power-law)
n
kibull
= γτ )(
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Pelo meacutetodo utilizado a tensatildeo de cisalhamento eacute calculada pela multiplicaccedilatildeo da
leituras de torque pela constante tabelada kat (funccedilatildeo do rotor) e a taxa de cisalhamento
pela constante kγ (funccedilatildeo do rotor e iacutendice da potecircncia) (Morais 1999)
)()( iLKi at=τ
)()()( iWnKi γγ =
Os valores das constantes das constantes de Mitschka se encontram na tabela 2
seguinte
Tabela 2 Valores das constantes kat e kγ (Mitshka 1982)
Rotor 1 2 3 4 5 6 7
kat 0035 0119 0279 0539 105 235 84
n=01 1728 1431 1457 1492 1544 1366 1936
02 0967 0875 0882 0892 0907 0851 1007
03 0705 0656 0656 0658 0663 0629 0681
kγ 04 0576 0535 0530 0529 0528 0503 0515
05 0499 0458 0449 0445 0442 0421 0413
06 0449 0404 0392 0387 0382 0363 0346
07 0414 0365 0350 0343 0338 0320 0297
08 0387 0334 0317 0310 0304 0286 0261
09 0367 0310 0291 0283 0276 0260 0232
10 0351 0291 0270 0262 0254 0238 0209
Anaacutelise Estatiacutestica Para as anaacutelises individuais do experimento foi utilizado um delineamento
inteiramente casualizado com nove (n = 9) bacteacuterias e trecircs repeticcedilotildees (r =3) O modelo
matemaacutetico utilizado foi o aditivo linear
Yij = micro + bi + lij onde
Yij eacute a variaacutevel resposta (produccedilatildeo de biopoliacutemero) da i-eacutesima bacteacuteria na j-eacutesima
repeticcedilatildeo
micro eacute a meacutedia geral do experimento
bi eacute o efeito da i-eacutesima bacteacuteria
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
lij eacute o componente aleatoacuterio (erro experimental ou resiacuteduo) para a i-eacutesima bacteacuteria e j-
eacutesima repeticcedilatildeo Considerando eij independente e normalmente distribuiacutedo com meacutedia
zero e variacircncia σe2
O esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia utilizado para os experimentos de 96
e 168 horas pode ser visto na Tabela abaixo
Para a anaacutelise de Grupo de experimentos foi utilizado o modelo matemaacutetico Yijk = micro + bi + ti + (bt)ik + lijk onde
Yijk eacute a variaacutevel resposta (produccedilatildeo de biopoliacutemero) da i-eacutesima bacteacuteria no k-eacutesimo
tempo da j-eacutesima repeticcedilatildeo
micro eacute a meacutedia geral dos experimentos
bi eacute o efeito da i-eacutesima bacteacuteria
tk eacute o efeito do k-eacutesimo tempo
(bt)ik eacute o efeito da interaccedilatildeo hierarquica da i-eacutesima bacteacuteria com o k-eacutesimo tempo
lijk eacute o componente aleatoacuterio (erro experimental ou resiacuteduo) para a i-eacutesima bacteacuteria do
k-eacutesimo tempo na j-eacutesima repeticcedilatildeo Considerando lijk independente e normalmente
distribuiacutedo com meacutedia zero e variacircncia σe2
Fonte de variaccedilatildeo
GL
SQ
QM
F
Bacteacuterias
Resiacuteduos
1minusn
( )1minusrn
Total
1minusnr
sum=
minus
n
iCbir 1
21
Diferenccedila
CYij
r
j
n
iminussumsum
==
2
11
1Q
2Q
21
Tabela 3 ndash Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para experimentos em 96 e 168 horas
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
O esquema teoacuterico da decomposiccedilatildeo da variacircncia utilizado pode ser visto na Tabela 3
1minusnrt
53 Resultados e Discussatildeo
Produccedilatildeo de biopoliacutemero
As Tabelas 5 e 6 apresentam os resultados da anaacutelise de variacircncia e dos dados
meacutedios das anaacutelises individuais e do grupo de experimento da produccedilatildeo de biopoliacutemero
(gL-1) para os tempos de cultivo (96 e 168 horas) respectivamente
A Tabela 6 apresenta a produccedilatildeo meacutedia (gL-1) das fermentaccedilotildees realizadas em
triplicata para a produccedilatildeo do biopoliacutemero durante 96 e 168 horas de cultivo dos 8
isolados e da estirpe padratildeo CIAT 899 e a meacutedia do grupo de experimento das
mesmas Nesta observa-se que a produccedilatildeo maacutexima no periacuteodo de 168 horas de
processo ocorreu para todas as estirpes poreacutem a bacteacuteria CIAT 899 (padratildeo)
apresentou a maior produccedilatildeo em relaccedilatildeo aos demais tratamentos ( ISOL 14 ISOL 16 e
ISOL 3 ) pelo teste de Tukey a niacutevel de 1 de probabilidade Isto sugere que com o
aumento do tempo (168 horas) ocorre um aumento da produccedilatildeo o que mostra que a
Fonte de variaccedilatildeo
GL
SQ
QM
F
Bacteacuterias (B)
1minusn
_
1Q
41 QQ
Tempo (T) 1minust _ 2Q 42 QQ
Interaccedilatildeo (BxT) ( )( )11 minusminus tn _ 3Q
43
Resiacuteduo ( )1minusrnt _ 4Q
Tabela 4 ndash Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para grupo de experimentos
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
condiccedilatildeo de 30 g de sacarose 200 rpm 168 horas e 28 degC eacute a condiccedilatildeo maximizada
para a produccedilatildeo do biopoliacutemero realizada neste estudo No entanto em relaccedilatildeo a
meacutedia das produccedilotildees de 96 e 168 horas a estirpe CIAT 899 natildeo apresentou diferenccedila
significativa pelo teste de Tukey (plt001) em relaccedilatildeo ao ISOL 14 A menor produccedilatildeo
de biopoliacutemero ocorreu com o ISOL 1
FV GL
Quadrado Meacutedio 96 horas
168 horas
Bacteacuteria
Resiacuteduo
8
18
04366
00099
08720
00213
Significacircncia ao niacutevel (plt001) para o teste de F CV () 1525 (96 horas) CV() 1420 (168 horas)
Bacteacuterias
Produccedilatildeo
(gL-1) 96 horas
Produccedilatildeo
(gL-1) 168 horas
Meacutedia Produccedilatildeo
(gL-1) 96 e 168 horas
CIAT 899 12520 a 18542 a 15531 a
ISOL 14 10575 ab 16608 ab 13592 a
ISOL 16 08237 bc 13225 bc 10731 ab
ISOL 3 08825 bc 11746 cd 10285 ab
ISOL 11 06241 cd 08463 d 07352 bc
ISOL 4 04958 de 09429 cd 07194 bc
ISOL 6 04029 def 08479 d 06254 bc
ISOL 2 02162 ef 03217 e 02690 c
ISOL 1 01229 f 02779 e 02004 c
Tabela 6 Dados meacutedios das anaacutelises individuais e do grupo de experimento da produccedilatildeo de biopoliacutemeros por Rhizobium sp
Tabela 5 Resultados da anaacutelise de variacircncia da produccedilatildeo de biopoliacutemeros sintetizados por Rhizobium cultivados por 96 e 168 horas de cultivo
As meacutedias (3 repeticcedilotildees) seguidas de mesma letra natildeo diferem estatisticamente entre si pelo teste de Tukey (plt001) CV () 1525 (96 horas) CV () 1420 (168 horas) CV () 1487 (96 e 168 horas)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Entretanto sabe-se que a produccedilatildeo eacute influenciada pela linhagem do
microrganismo tempo e meio de fermentaccedilatildeo (Antunes et al 2000 Souza amp
Vendruscolo 2000 Torres et al 1993) Neste estudo a fonte de carbono utilizada como
substrato foi agrave sacarose que eacute bastante utilizada em experimentos de fermentaccedilatildeo As
fermentaccedilotildees foram realizadas com o meio de produccedilatildeo elaborado a partir do meio YM
(Vincent 1970) suplementado com uma dosagem maior de sacarose (30 gL) no intuito
de incrementar a produccedilatildeo das linhagens testadas
As bacteacuterias do gecircnero Rhizobium satildeo capazes de utilizar uma ampla gama de
produtos como fontes de carbono A literatura cita cultivos com glicose galactose
frutose arabinose xilose ramnose maltose sacarose lactose trealose rafinose
manitol furamato malato succinato citrato e piruvato (Jordan 1984) De todos estes
produtos a sacarose eacute o de mais faacutecil obtenccedilatildeo e mais vantajoso economicamente
Segundo Sutherland (2002) a glicose e sacarose satildeo usadas como fontes de carbono
preferenciais para a produccedilatildeo de biopoliacutemeros O rendimento da conversatildeo de
sacarose em ceacutelulas pelo R leguminosarum bv phaseoli oscila entre 04 e 05 g de
ceacutelulas por grama de sacarose (Boiardi 1983 Balatti 1992 IPT 1993a)
Padilha (2003) tambeacutem verificou que os resultados de fermentaccedilatildeo obtidos em
duas linhagens de Xanthomonas demonstraram a influecircncia do tempo de incubaccedilatildeo na
produccedilatildeo do biopoliacutemero onde a linhagem X axonopodis pv manihotis 289 apresentou
maior concentraccedilatildeo em ambas as condiccedilotildees testadas 72 e 96 horas 69 gL-1 e 79
gL-1 respectivamente em relaccedilatildeo agrave linhagem de X campestris pv campestris CA110
que produziu 63 gL-1 e 68 gL-1 respectivamente
Apoacutes a fermentaccedilatildeo os biopoliacutemeros foram purificados (por
centrifugaccedilatildeo) recuperados e avaliados visualmente para verificar as diferenccedilas
quanto agrave coloraccedilatildeo e estrutura das duas estirpes maiores produtoras de goma (CIAT
899 e ISOL 14) apoacutes a precipitaccedilatildeo com etanol A Figura 3 apresenta o aspecto dos
EPS precipitados a partir da produccedilatildeo onde pode-se observar diferenccedilas quanto ao
aspecto da goma precipitada Observa-se que os poliacutemeros sintetizado pelo ISOL 14
apresenta um aspecto transluacutecido enquanto que o CIAT 899 um aspecto mais opaco e
denso Quanto agrave coloraccedilatildeo natildeo foi detectada pigmentaccedilatildeo nas gomas obtidas
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Segundo Sandford (1979) os meacutetodos usados para a recuperaccedilatildeo de um
biopoliacutemero dependem sobretudo das caracteriacutesticas do microrganismo utilizado do
tipo de polissacariacutedeo e do grau de pureza desejado
Smith amp Pace (1982) revisaram esquemas de recuperaccedilatildeo para polissacariacutedeos
microbianos A precipitaccedilatildeo (baseada no caraacuteter polieletriliacutetico do polissacariacutedeo) tem
sido realizada pela adiccedilatildeo de caacutetions (como eletroacutelito) mono e polivalentes bem como
pela utilizaccedilatildeo de diversos tipos de solventes (acetona metanol etanol isopropanol 1-
butanol ou 111-tricloroetano) como agentes precipitantes
Os soacutelidos obtidos neste estaacutegio de separaccedilatildeo satildeo lavados com soluccedilatildeo
(etanolaacutegua) para remoccedilatildeo de grande parte das impurezas (Sais inorgacircnicos e
pigmentos) sendo entatildeo secos agrave vaacutecuo ou pela passagem forccedilada de ar quente ou
gaacutes inerte (Pace amp Righelato 1981) As condiccedilotildees de secagem devem ser tais que
evitem a degradaccedilatildeo quiacutemica coloraccedilatildeo excessiva ou mudanccedilas na solubilidade do
produto (Margaritis amp Pace 1985) O biopoliacutemero seco eacute entatildeo moiacutedo a uma
granulometria preacute-determinada dependendo da aplicaccedilatildeo do produto
Figura 3 ndash Aspecto do EPS precipitado sintetizado a partir do ISOL 14 (a) e do CIAT 899 (b) com 168 horas de cultivo
(a) (b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Viscosidade aparente
As propriedades reoloacutegicas foram avaliadas atraveacutes da anaacutelise de viscosidade
aparente para verificar o comportamento reoloacutegico dos EPS produzidas a temperatura
de 20 degC comparando-se nos tempos de fermentaccedilatildeo de 96 e 168 horas
Os resultados obtidos podem ser visualizados nas figuras 4 e 5 onde as soluccedilotildees
das gomas apresentaram comportamento pseudoplaacutestico isto eacute a viscosidade
aparente decresceu com o aumento da taxa de cisalhamento De acordo com a
literatura esse comportamento tem sido encontrado em soluccedilotildees polimeacutericas de
polissacariacutedeos microbianos (Amanullah et al 1996 Cacik et al 2001 Padilha 2003)
0
005
01
015
02
025
03
035
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110Taxa Cisalhamento (s-1)
Visc
osid
ade
apar
ente
(Pa
s)
ISOL 1
ISOL 2
ISOL 3
ISOL 4
ISOL 6
ISOL 11
ISOL 14
ISOL 16
CIAT899
Figura 4 Variaccedilatildeo da viscosidade aparente em funccedilatildeo da taxa de cisalhamento de soluccedilotildees aquosas de EPS 25 (vv) de 8 isolados de Rhizobium e uma estirpe padratildeo CIAT 899 a 20 degC com tempo de fermentaccedilatildeo de 96 h determinada com viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
0
005
01
015
02
025
03
035
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
Taxa cisalhamento (s-1)
Visc
osid
ade
apar
ente
(Pa
s)ISOL 1
ISOL 2
ISOL 3
ISOL 4
ISOL 6
ISOL 11
ISOL 14
ISOL 16
CIAT 899
Atraveacutes dos graacuteficos comparativos entre as leituras de viscosidade aparente das
soluccedilotildees aquosas das diferentes gomas produzidas pode-se visualizar que o CIAT
899 ISOL 3 e ISOL 16 apresentaram os valores de viscosidade mais elevados em
ambos os tempos de processo poreacutem em 168 horas as viscosidades tiveram um
aumento comparando-se a 96 horas (Figura 4 e 5)
A diminuiccedilatildeo da viscosidade com o aumento da taxa de cisalhamento eacute uma
caracteriacutestica comum aos biopoliacutemeros bacterianos Beyer et al (1987) observaram que
em soluccedilotildees a 1 do polissacariacutedeo produzido por Rhizobium CB744 medidas a 25 degC
e 65 degC tambeacutem houve um decreacutescimo da viscosidade com taxa de cisalhamento e
temperatura Vendruscolo (1995) estudou o comportamento reoloacutegico das soluccedilotildees
aquosas a 6 do biopoliacutemero Beijerinckia 7070 produzido por fermentaccedilatildeo com meio
VIII contendo 5 de sacarose medido nas temperaturas de 25 45 e 65 deg C Verificou
que a viscosidade eacute dependente da temperatura e que decresce com o aumento desta
poreacutem o biopoliacutemero recupera as suas caracteriacutesticas reoloacutegicas quando a viscosidade
eacute medida novamente na temperatura inicial no caso 25 degC
Figura 5 Variaccedilatildeo da viscosidade aparente em funccedilatildeo da taxa de cisalhamento de soluccedilotildees aquosas de EPS 25 (vv) de 8 isolados de Rhizobium e uma estirpe padratildeo CIAT 899 a 20 degC com tempo de fermentaccedilatildeo de 168 h determinada com viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Em estudo realizado por Bueno amp Garcia-Cruz (2000) com a bacteacuteria do gecircnero
Pseudomonas foi verificada a influecircncia do tempo de cultivo em 24 48 e 72 horas
utilizando-se dois caldos de fermentaccedilatildeo diferentes Em um caldo a fonte de carbono
utilizada foi a glicose e no outro a sacarose na concentraccedilatildeo de 20 Os
biopoliacutemeros apresentaram comportamento pseudoplaacutestico e a maior viscosidade
aparente obtida foi em 72 horas de cultivo O meio contendo sacarose produziu fluidos
mais viscosos em 24 e 48 horas e o contendo de glicose produziu fluidos mais viscosos
somente apoacutes 72 horas de cultivo
As propriedades reoloacutegicas do biopoliacutemero devem ser estaacuteveis durante mudanccedilas
na temperatura pH e forccedila iocircnica O conhecimento sobre as propriedades dos
biopoliacutemeros principalmente a viscosidade e o comportamento reoloacutegico satildeo
importantes para futuras aplicaccedilotildees industriais refletem sua estrutura quiacutemica primaacuteria
e servem para predizer em quais produtos podem ser utilizados (Scamparini et al
1997)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
54 Conclusotildees
Eacute possiacutevel produzir biopoliacutemeros a partir de Rhizobium sp utilizando-se meio
suplementado (sacarose 30 gL)
A condiccedilatildeo maximizada para a produccedilatildeo de biopoliacutemeros sintetizados por
Rhizobium sp a partir do meio suplementado dentro das faixas estudadas foi 28
degC 200 rpm 168 horas de fermentaccedilatildeo em meio contendo 25 (vv) inoculo
A produccedilatildeo obtida nessa condiccedilatildeo foi 185 gL-1 para a estirpe CIAT 899 166
gL-1 para o ISOL 14 e 132 gL-1 para o ISOL 16
Os biopoliacutemeros sintetizados por Rhizobium sp apresentaram comportamento
reoloacutegico caracteriacutestico de soluccedilotildees polimeacutericas de polissacariacutedeos microbianos
apresentando os valores mais elevados de viscosidade aparente para CIAT 899
ISOL 3 e ISOL 16 respectivamente para soluccedilotildees aquosas de goma sintetizadas
a partir de sacarose 30 gL medidos a 20 degC em 168 horas de processo
Estudos viscosiacutemetricos de soluccedilotildees do polissacariacutedeo revelaram seu
comportamento pseudoplaacutestico mesmo em baixas concentraccedilotildees
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
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Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
6 CAPIacuteTULO 2
CINEacuteTICA MICROBIANA E COMPOSICcedilAtildeO QUIacuteMICA DOS EPSs PRODUZIDOS POR Rhizobium sp
Barreto M C S 12 Figueiredo M V B 2Oliveira J P2 Lima-Filho J L 1
1Universidade Federal de Pernambuco Rua Nelson Chaves sn Cidade Universitaacuteria
Recife ndash PE Brasil
2Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria ndash IPA Laboratoacuterio Biologia do
Solo Av Gal San Martin 1371 Bongi Recife ndash PE Brasil
O manuscrito a seguir seraacute submetido agrave revista Scientia Agraacuteria
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
RESUMO Os exopolissacariacutedeos (EPSs) satildeo definidos como polissacariacutedeos extracelulares
produzidos por alguns fungos e bacteacuterias Alguns EPSs satildeo sintetizados durante todo o
crescimento bacteriano enquanto que outros satildeo produzidos somente durante a fase
logariacutetmica ou na fase estacionaacuteria O objetivo deste trabalho foi avaliar o crescimento
microbiano e dosagem de sacarose assim como determinar a composiccedilatildeo quiacutemica das
melhores estirpes obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp em diferentes tempos de
cultivo O biopoliacutemero foi obtido atraveacutes de agitaccedilatildeo em incubador rotatoacuterio As
condiccedilotildees foram 28 degC 200 rpm por 96 e 168 horas em meio YM modificado Foram
avaliados a cineacutetica microbiana pela contagem do nuacutemero de unidades formadoras de
colocircnias (UFC) e por densidade oacutetica assim como consumo de substrato (sacarose)
pelo meacutetodo glicose-oxidase e determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo quiacutemica por cromatografia
gaacutes liacutequido (GLC) Os resultados mostraram que a cineacutetica de crescimento microbiano
apresentou na fase logariacutetmica valores correspondentes a uma concentraccedilatildeo celular
meacutedia de 109 UFCmL para todos os isolados e estirpe padratildeo CIAT 899 apoacutes 72 horas
de incubaccedilatildeo O consumo de substrato em 168 horas de fermentaccedilatildeo foi de de 455
gL e 478 gL para o ISOL 14 e CIAT 899 respectivamente A composiccedilatildeo dos
accedilucares dos exopolissacariacutedeos do ISOL 14 apresentou valores superiores de
ramnose manose galactose glicose e aacutecidos urocircnicos na moleacutecula em relaccedilatildeo a
estirpe padratildeo CIAT 899
Palavras Chave Exopolissacariacutedeos glicose rizoacutebio sacarose unidades formadoras de colocircnias (UFC)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
61 Introduccedilatildeo
Os exopolissacariacutedeos (EPSs) chamados de biopoliacutemeros ou gomas
hidrossoluacuteveis satildeo produzidos por uma grande variedade de microrganismos e
possuem propriedades fiacutesicas estruturais e quiacutemicas bastante homogecircneas em
relaccedilatildeo aos derivados de algas e plantas (Margaritis Pace 1985)
A produccedilatildeo de EPS pode ser limitada por certas condiccedilotildees como quantidade de
carboidratos nitrogecircnio cofatores no meio temperatura pH e condiccedilotildees de aeraccedilatildeo
Entretanto os efeitos destas condiccedilotildees natildeo podem ser generalizados para todas as
estirpes bacterianas deve-se levar em consideraccedilatildeo as particularidades de cada uma
Os EPSs formam uma camada protetora para as ceacutelulas protegendo-as da
desidrataccedilatildeo e de substacircncias toacutexicas e servem como fonte de carbono e energia aleacutem
de manterem os microrganismos perto das fontes alimentares
Os primeiros estudos nutricionais sobre a composiccedilatildeo do meio de produccedilatildeo foram
realizados por Davidson (1978) em cultivo contiacutenuo e por Souw amp Demain (1979) em
batelada Souw amp Demain (1979) estudaram diferentes fontes de carbono e nitrogecircnio e
concluiacuteram que as melhores fontes de carbono satildeo accediluacutecares especialmente glicose e
sacarose Aleacutem do tipo de substrato utilizado a concentraccedilatildeo inicial deste no meio de
cultivo parece ser um fator decisivo para o sucesso do processo fermentativo
Thomart et al (1985) concluiacuteram que a produccedilatildeo de poliacutemero eacute altamente
dependente da concentraccedilatildeo inicial de accediluacutecar enquanto o crescimento do
microrganismo independe desta concentraccedilatildeo inicial de accediluacutecar Foi relatada uma
produccedilatildeo decrescente de poliacutemero agrave medida em que a concentraccedilatildeo inicial de glicose
foi aumentada caindo rapidamente a razatildeo poliacutemerobiomassa para concentraccedilotildees
iniciais maiores que 3
Diversas pesquisas tecircm tentado elucidar a rota biossinteacutetica as condiccedilotildees de
crescimento e a fisiologia bacteriana que leva agrave produccedilatildeo de polissacariacutedeos Alguns
EPSs satildeo sintetizados durante todo o crescimento bacteriano enquanto que outros satildeo
produzidos somente durante a fase logariacutetmica ou na fase estacionaacuteria A siacutentese de
todos esses EPSs eacute um processo intracelular utilizando accedilucares difosfato nucleotiacutedios
(De Souza Sutherland 1994)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Tem sido observado que as limitaccedilotildees da fonte de nitrogecircnio fosfato ou enxofre em
presenccedila de excesso de carboidrato podem conduzir a um aumento na siacutentese de
polissacariacutedeo embora a quantidade seja tambeacutem afetada pelo teor de oxigecircnio pH e
temperatura Cada cepa bacteriana difere em sua resposta ao efeito destas mudanccedilas
ambientais e agrave fonte de carbono utilizada (Faria 2002) Portanto a utilizaccedilatildeo do meio
de fermentaccedilatildeo mais adequado para a produccedilatildeo de EPS iraacute refletir nas propriedades
funcionais de cada polissacariacutedeo obtido
Para a produccedilatildeo de EPS podem ser usados os mais diversos substratos glicose
frutose sacarose lactose amido hidrolisado metanol diferentes hidrocarbonetos O
custo de produccedilatildeo eacute dependente destes substratos (Margaritis Pace 1985) De todos
estes produtos a sacarose eacute o de mais faacutecil obtenccedilatildeo e mais vantajoso
economicamente O rendimento da conversatildeo de sacarose com ceacutelulas pelo R
leguminosarum bv phaseoli oscila entre 04 e 05 g de ceacutelulas por grama de sacarose
(Boiardi 1983 Balatti 1992 IPT 1993 a) A sacarose (C12H22O11) eacute um dissacariacutedeo
natildeo redutor o qual por hidroacutelise com aacutecidos muito diluiacutedos resinas de troca catiocircnica ou
a enzima invertase fornece proporccedilotildees equimolares de D-Glicose e D-Frutose
Geralmente concentraccedilotildees limitantes de alguns nutrientes e excesso de
carboidrato favorecem a produccedilatildeo de polissacariacutedeos (Sutherland 1979) Obteacutem-se um
alto rendimento quando ocorre a conversatildeo de 70-80 da fonte de carbono utilizada
em biopoliacutemero (Margaritis Pace 1985)
Um aspecto de extrema importacircncia em relaccedilatildeo aos EPSs eacute a necessidade de
um riacutegido controle das condiccedilotildees de fermentaccedilotildees uma vez que diferentes paracircmetros
de produccedilatildeo levam agrave obtenccedilatildeo de produtos com caracteriacutesticas heterogecircneas
Assim eacute fundamental que qualquer estudo para a produccedilatildeo de EPS seja
acompanhado pela caracterizaccedilatildeo do material produzido principalmente a composiccedilatildeo
quiacutemica uma vez que pequenas variaccedilotildees quiacutemicas na moleacutecula teratildeo grande efeito
para determinadas aplicaccedilotildees
Dentro deste contexto este trabalho teve como objetivo geral avaliar a cineacutetica
microbiana obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp e uma estirpe padratildeo Rhizobium
tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo determinar a dosagem da sacarose
do ISOL 14 e a estirpe padratildeo CIAT 899 e a composiccedilatildeo quiacutemica do ISOL 14
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
selecionadas como as estirpes maiores produtoras de EPS em estudos realizados
anteriormente por Barreto et al (2008) (submetido agrave publicaccedilatildeo)
62 Material e Meacutetodos
Microrganismos
Foram utilizadas as bacteacuterias pertencentes ao gecircnero Rhizobium 8 isolados (nativos
da regiatildeo do sertatildeo de Pernambuco ndash Araripina) do banco de germoplasma da
Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria - IPA resistentes a alta
temperatura e formadoras de goma e uma estirpes padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899)
obtidas do Centro Nacional de Pesquisa em Agrobiologia - CNPAB EMBRAPA
As estirpes descritas na Tabela 1 foram mantidas em meio YMA (Vincent 1970)
modificado contendo (gL-1) sacarose (30 g) Extrato de Levedura (04 g) 1 mL de
K2HPO4 a 10 4 mL de KH2PO4 a 10 2 mL de MgSO47H2O a 10 1 mL de NaCl
a 10 5 mL de azul de bromotimol 025 em KOH a 02N ou 10 mL de vermelho do
congo a 025
Para as determinaccedilotildees da sacarose foram analisados apenas o ISOL 14 e a estirpe
padratildeo CIAT 899 e a composiccedilatildeo quiacutemica apenas o ISOL 14 selecionadas como as
estirpes maiores produtoras de EPS em estudos realizados por Barreto et al (2008)
(submetido agrave publicaccedilatildeo)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOLADOS ESTIRPE
HOSPEDEIRO ORIGEM
ISOL-1 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-2 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-3 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-4 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-6 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-11 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-14 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-16 Phaseolus vulgaris
CIAT 899 Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
Cali-CO
Inoacuteculo
As estirpes descritas na tabela 7 foram purificadas por repicagem em placas de
Petri contendo o meio de cultura Agar sacarose extrato de levedura (Vincent 1970 -
modificado) utilizando o corante vermelho do congo como indicador Apoacutes a
purificaccedilatildeo as bacteacuterias foram repicadas em tubos inclinados em meio de cultura sem o
indicador vermelho do congo as quais foram incubados a 28 degC por 48 horas em
estufa e armazenadas a plusmn4 degC
A partir dessas culturas os experimentos foram conduzidos em duas etapas
Primeiro preparou-se um preacute-inoacuteculo partindo de uma alccedilada de cultura crescida sobre
meio YMA e incubada em estufa por 48 h a 28 plusmn 1 degC Transcorrido este periacuteodo
preparou-se o inoacuteculo atraveacutes da transferecircncia asseacuteptica em Erlenmeyer de 250 mL
com 80 mL de meio de produccedilatildeo contendo 25 (vv) de uma cultura do preacute-inoacuteculo
crescida ateacute a fase logariacutetma e incubados em agitador rotatoacuterio a 200 rpm a 28 plusmn 1 degC
em triplicata
Tabela 7 Isolados de rizoacutebios e estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Curva de crescimento microbiano O crescimento celular foi avaliado atraveacutes da leitura de absorbacircncia em
comprimento de onda de 560 nm em espectrofotocircmetro contra um branco constituiacutedo
de meio YM O plaqueamento das bacteacuterias foi efetuado em meio YMA contendo o
indicador vermelho do congo atraveacutes do meacutetodo da gota (ldquoDrop-platerdquo) As curvas de
crescimento microbiano foram construiacutedas a partir dos dados de absorbacircncia e
contagem de ceacutelulas viaacuteveis (UFCmL) A Figura 5 mostra o procedimento efetuado
para a contagem de UFC e totais (densidade oacutetica)
Figura 6 Procedimento para contagem de ceacutelulas viaacuteveis (UFC) e totais (densidade oacutetica)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Determinaccedilatildeo quantitativa da sacarose
A sacarose presente no mosto foi hidrolisada para obter glicose e frutose Para
isso foram preparados tubos de ensaio contendo 1 mL de meio fermentado 1 mL de
aacutegua destilada e 1 mL de HCl 2 N deixando-se reagir por 10 minutos a 60 degC Em
seguida resfriou-se rapidamente e neutralizou com 3 mL de NaOH 1 N O caacutelculo da
concentraccedilatildeo de sacarose em gL foi efetuado de acordo com a Equaccedilatildeo 1 (Arauacutejo et
al 2005)
Csac = fator de calibraccedilatildeo meacutedia da leitura (absorbacircncia)D (1100)19 (1)
Em seguida procedeu de acordo com o descrito para dosagem de glicose cujas
determinaccedilotildees foram realizadas por meacutetodo enzimaacutetico utilizando o Kit glicose-oxidase
PAP da LABTEST
Apoacutes a reaccedilatildeo enzimaacutetica a intensidade da cor da soluccedilatildeo foi medida a 505 nm
em espectrofotocircmetro usando cubetas de vidro de 1 cm de percurso oacuteptico
considerando como branco a soluccedilatildeo da glicose-oxidase Esse meacutetodo eacute especiacutefico
para a glicose e se baseia na oxidaccedilatildeo da mesma de acordo com a seguinte reaccedilatildeo
catalizada pela glicose-oxidase (GOD)
GOD
Glicose + O2 + H2O rarr Aacutecido Glucocircnico + H2O2
O peroacutexido de hidrogecircnio formado reage com 4-aminoantipirina e fenol sob accedilatildeo
catalizadora da peroxidase (POD) atraveacutes de uma reaccedilatildeo oxidativa de acoplamento
formando uma antipirilquinona vermelha cuja intensidade de cor eacute proporcional agrave
concentraccedilatildeo da glicose na amostra Esse composto de tonalidade vermelha apresenta
a sua maacutexima absorccedilatildeo de luz na faixa de 505 nm
POD
2 H2O2 + 4-Aminoantipirina + fenol rarr Antipirilquinonimina + 4 H2O
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Determinaccedilatildeo da Composiccedilatildeo Quiacutemica
Agravecido urocircnico A dosagem de aacutecido urocircnico foi efetuada pelo meacutetodo descrito por Blumenkrantz
amp Asbol-Hansen (1973) usando aliacutequotas de 04 mL de uma soluccedilatildeo a 100 mgmL do
polissacariacutedeo e aacutecido D-glucurocircnico como padratildeo O meacutetodo utiliza m-fenilfenol (o
qual promove a formaccedilatildeo de composto corado que absorvem em 520 nm)
As leituras das medidas de absorbacircncia foram realizadas a 520 nm em
espectrofotocircmetro Spectronic 20 Genesys Spectronic Instruments Todas as
determinaccedilotildees foram realizadas em triplicata
Determinaccedilatildeo quantitativa de monossacariacutedeos
Os monossacariacutedeos presentes nas amostras de biopoliacutemeros de Rhizobium
sp foram determinados sob a forma de acetato de alditoacuteis (Sawardeker et al 1965) por
cromatografia gaacutes liacutequido (GLC) Os acetatos derivados foram analisados por
cromatografia gasosa (cromatoacutegrafo a gaacutes modelo 5890S11 (Hewllet-Packard)) a 220
degC com uma coluna capilar DB-210 (025 mm di x 30 m) e filme de espessura igual a
025 microm A temperatura de injeccedilatildeo da amostra e a do FID foi 250 degC e foi utilizado como
gaacutes carreador N2 Para a realizaccedilatildeo desta anaacutelise aproximadamente 10 mg das
amostras foram hidrolisadas reduzidas e acetiladas A hidroacutelise foi efetuada com aacutecido
sulfuacuterico
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
63 Resultados e Discussatildeo Curva de crescimento microbiano
Com base nos resultados obtidos neste estudo que podem ser visualizados nas
Figuras 6 a 14 (a) pode-se observar que houve diferenccedilas quanto ao crescimento
populacional entre os isolados A curva de crescimento dos isolados e da estirpe
padratildeo CIAT 899 de Rhizobium sp em meio utilizando sacarose como fonte de carbono
mostrou que apoacutes 72 horas de incubaccedilatildeo o crescimento foi maacuteximo Pode-se observar
que o oacutetimo da fase log ocorre entre 72 a 120 horas de incubaccedilatildeo agrave temperatura de 28
degC com agitaccedilatildeo de 200 rpm variando conforme a linhagem estudada Esta faixa de
tempo de incubaccedilatildeo corresponde a uma concentraccedilatildeo celular meacutedia de 109 UFCmL
As relaccedilotildees cineacuteticas entre o crescimento e a formaccedilatildeo de produtos satildeo
importantes para determinar o modo de operaccedilatildeo mais econocircmico Segundo Hiss
(2001) sem o conhecimento da cineacutetica torna-se inviaacutevel a transposiccedilatildeo de um
experimento de laboratoacuterio para a escala industrial
Desta forma inicialmente as curvas nos propiciam informaccedilotildees tais como a
faixa de absorbacircncia (560 nm) correspondente ao oacutetimo da fase log e a concentraccedilatildeo
celular que esta faixa corresponde
Pereira (2002) analisando o crescimento das estirpes de Rhizobium em meio
YMA com manitol observou um acentuado crescimento exponencial entre 24 e 48
horas de cultivo de 7 estirpes
Barberi et al (2004) avaliaram as curvas de crescimento de Bradyrhizobium
elkanii (BR 29) de acordo com o pH e com a composiccedilatildeo do meio de cultura Com base
no nuacutemero maacuteximo de UFC mL-1 para o meio (Lorda amp Balatti 1996) modificado o
melhor crescimento ocorreu apoacutes 72 horas para o tratamento com pH inicial de 60 e
no meio Lopreto (1972) citado por Urenha et al (1994) o tratamento com pH inicial 55
foi o que apresentou os valores de nuacutemero maacuteximo de ceacutelulas ocorrendo em 161 horas
de cultivo As meacutedias de log dos nuacutemeros de UFC mL-1 apresentadas por Barberi et al
(2004) foram superiores aos encontrados por Miguel e Moreira (2001) que foram
aproximadamente 109 Isso eacute explicado pela melhor utilizaccedilatildeo da fonte de carbono do
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
meio Lorda e Balatti (1996) em que em sua composiccedilatildeo possui glicerol em
comparaccedilatildeo com o manitol utilizado no meio YM (Vincent 1970) utilizado por esses
autores
Nas figuras 6 a 14 (b) mostram os resultados da Densidade Oacutetica (DO) onde a
curva de crescimento construiacuteda a partir da contagem de ceacutelulas totais demonstrou que
apoacutes 72 horas de cultivo o crescimento permaneceu crescente para a maioria das
estirpes estudadas Provavelmente o aumento da curva deve-se a presenccedila dos EPSs
Segundo Cunningham e Munns (1984) a produccedilatildeo de EPS eacute uma resposta de
vaacuterias espeacutecies da bacteacuteria a uma gama de fatores limitantes que em geral sugerem
estarem implicados em suprimir a reaccedilatildeo da defesa da planta e parecem ser requeridos
para formaccedilatildeo do cordatildeo de infecccedilatildeo Os EPSs pode ter um papel integral por permitir
que um organismo sobreviva sob uma variedade de circunstacircncias estressantes
Miguel e Moreira (2001) utilizando meio YM obtiveram maior densidade oacutetica para
o tratamento com pH igual a 60 do que no pH 68 utilizando o mesmo nuacutemero-base
(1088 UFC mL-1) o que provavelmente estaacute relacionado com a diferente composiccedilatildeo
dos meios principalmente com relaccedilatildeo agrave fonte de carbono Cunningham e Munns
(1984) em meio YMA (modificado por Keyser e Munns 1979) obtiveram maior
quantidade de EPS em estirpes de Rhizobium tolerantes agrave acidez do meio quando
expostas a meio aacutecido
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 1
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 1
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(5
60nm
)
Figura 7- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 1 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
b)
a)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 2
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 2
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 8- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 2 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 3
000E+00500E+08100E+09150E+09
200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 3
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 9- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 3 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 4
000E+00500E+08
100E+09150E+09
200E+09250E+09
300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 4
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 10- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 4 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 6
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 6
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 11- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 6 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 11
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 11
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 12- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 11 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 14
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 14
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 13- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 14 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 16
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 16
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 14- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 16 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
CIAT 899
000E+00500E+08
100E+09150E+09
200E+09250E+09
300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
CIAT 899
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 15- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do CIAT 899 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Determinaccedilatildeo quantitativa da sacarose
Analisando os resultados obtidos para a dosagem da sacarose verificou-se que a
estirpe CIAT 899 (padratildeo) apresentou maior consumo de substrato para o meio de
produccedilatildeo empregado durante 168 horas de fermentaccedilatildeo apresentando um consumo
final de 455 gL Neste ponto a massa celular corresponde a 076 gL (Figura 15)
Entretanto o ISOL 14 apresentou resultados proacuteximos da estirpe padratildeo com consumo
de 478 gL e massa celular de 086 gL no mesmo tempo (Figura 16)
Deu-se preferecircncia agrave utilizaccedilatildeo de um meacutetodo especiacutefico para glicose ao inveacutes de
um para determinaccedilatildeo de accediluacutecares redutores o que garante a detecccedilatildeo da liberaccedilatildeo
especificamente de glicose a partir da hidroacutelise por sacarose do EPS
ISOL 14
0
2
4
6
8
10
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Glic
ose
gL
Figura 16 Concentraccedilatildeo de glicose durante a produccedilatildeo de EPS por Rhizobium sp (ISOL 14)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
CIAT 899
0
2
4
6
8
10
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Glic
ose
gL
Determinaccedilatildeo da Composiccedilatildeo Quiacutemica dos EPS
Na tabela 8 observa-se os accediluacutecares determinados das gomas produzidas pelas
estirpes ISOL 14 e CIAT 899 onde revelaram maiores concentraccedilotildees dos
monossacariacutedeos galactose e glicose para a estirpe ISOL 14 em relaccedilatildeo a estirpe
padratildeo CIAT 899 Tambeacutem foram observados traccedilos de manose e ramnose na
composiccedilatildeo das gomas das estirpes estudadas
Amostras
Ac urocircnico
()
Manose
Accediluacutecares
Ramnose
(mg100g)
Galactose
Glicose
ISOL 14
410
098
016
1260
3695
CIAT 899
-
020
010
895
1680
Castellane amp Lemos (2007)
Tabela 8 Constituintes quiacutemicos da goma produzida pela estirpe de Rhizobium sp (ISOL 14)
Figura 17 Concentraccedilatildeo de glicose durante a produccedilatildeo de EPS por Rhizobium sp (CIAT 899)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Lima (1999) analisando a composiccedilatildeo quiacutemica da goma xantana produzida por
linhagens de Xanthomonas campestris pv campestris verificou a presenccedila de glicose e
manose nas concentraccedilotildees 3322 5778 respectivamente para a linhagem NRRL
B-1459 apresentando componentes tiacutepicos da goma xantana
Whitfield et al (1981) caracterizando cinco amostras de goma xantana
produzidas por diferentes linhagens de Xanthomonas campestris pv campestris
encontraram valores de glicose variando entre 22-42 manose de 12-38 e aacutecido
urocircnico de 9-20 Com relaccedilatildeo agrave ramnose apenas trecircs amostras de xantana
apresentaram este accediluacutecar com valores que oscilam entre 12-22 Outro accediluacutecar
identificado pelos pesquisadores foi a galactose com valores entre 24-28 Em todas
as amostras estudadas por estes autores foram observados os grupamentos piruvato e
acetila Lowson e Symes (1977) relataram a presenccedila de ramnose na xantana
produzida por X juglandis Sugere-se que a presenccedila desse accediluacutecar seja uma
caracteriacutestica desejaacutevel pois em geral os poliacutemeros dos quais faz parte possuem
capacidade de formar geacuteis verdadeiros (Mcnelly e Kang 1977) A goma xantana
comercial natildeo apresenta ramnose na sua composiccedilatildeo (Casas et al2000)
De acordo com Casas et al (2000) a composiccedilatildeo do meio de cultura utilizado na
fermentaccedilatildeo exerce um profundo efeito na siacutentese do produto oligomeacuterico e polimeacuterico
Portanto a quantidade de manose glicose e aacutecido glucurocircnico sintetizados e inseridos
no EPS pelas enzimas durante fermentaccedilatildeo podem sofrer variaccedilotildees dependendo da
composiccedilatildeo do substrato e das condiccedilotildees utilizadas na fermentaccedilatildeo
No presente trabalho o percentual de aacutecido urocircnico produzido pela estirpe ISOL
14 foi de 41 enquanto o apresentado na goma xantana por Lima (1999) foi de 847
Os meacutetodos de anaacutelises de polissacariacutedeos complexos baseiam-se
principalmente na determinaccedilatildeo dos constituintes dos resiacuteduos obtidos apoacutes hidroacutelise
quiacutemica dos poliacutemeros nativos (Wei amp Fang 1990 Ruitter et al 1992 Scamparini et al
2000) Esses satildeo compostos de inuacutemeros resiacuteduos de accediluacutecares interligados por
ligaccedilotildees glicosiacutedicas (α e β) que podem diferir consideravelmente na sua
suscetibilidade agrave hidroacutelise aacutecida Aacutecidos urocircnicos satildeo frequentemente envolvidos por
fortes ligaccedilotildees glicosiacutedicas particularmente nos tipos de ligaccedilotildees dos aacutecidos
aldobiurocircnicos (Druzian 2000)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Moreira et al (1998) analisando a composiccedilatildeo de dois biopoliacutemeros comerciais
gelanareg e xantanareg e um biopoliacutemero produzido a clairana identificou o aacutecido
glicurocircnico (em todas as amostras) e os monossacariacutedeos esperados para a clairana
(glicose galactose e fucose) gelana (glicose e ramnose) e xantana (glicose e manose)
A ramnose estaacute presente na acetana gelana welana e ransana que possuem
estrutura quiacutemica similar agrave da xantana e possui propriedades de espessante e agente
de suspensatildeo semelhantes agravequelas atribuiacutedas para xantana (Kennedy amp Sutherland
1994) A goma welana apresenta como cadeia lateral unidades de manose e ramnose
distribuiacutedas de modo aleatoacuterio Aproximadamente dois terccedilos das unidades quiacutemicas
repetidas do poliacutemero conteacutem ramnose como cadeia lateral enquanto que o restante
das ramificaccedilotildees eacute composto por unidades de manose (Jansson et al 1985)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
64 Conclusotildees
A curva do crescimento microbiano apresentou na fase logariacutetmica valores
correspondentes a uma concentraccedilatildeo celular viaacuteveis meacutedia de 109 UFCmL para
todos os isolados e estirpe padratildeo CIAT 899 apoacutes 72 horas de incubaccedilatildeo a uma
temperatura de 28 degC com agitaccedilatildeo de 200 rpm variando conforme a linhagem
estudada
As estirpes apresentaram valores do consumo de substrato para o meio de
produccedilatildeo empregado de 455 gL para a CIAT 899 e 478 gL para o ISOL 14
em 168 horas de fermentaccedilatildeo
A composiccedilatildeo dos accedilucares da goma do ISOL 14 apresentou valores superiores
de ramnose manose galactose glicose e aacutecidos urocircnicos na moleacutecula em
relaccedilatildeo a estirpe padratildeo CIAT 899
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
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7 ANEXOS
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References Citation Reference list
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Negotiation research spans many disciplines (Thompson 1990)
This result was later contradicted (Becker and Seligman 1996)
This effect has been widely studied (Abbott 1991 Barakat et al 1995 Kelso and Smith 1998 Medvec et al 1993)
Reference list The list of references should only include works that are cited in the text and that have been published or accepted for publication Personal communications and unpublished works should only be mentioned in the text Do not use footnotes or endnotes as a substitute for a reference list Reference list entries should be alphabetized by the last names of the first author of each work
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Normas da Revista Scientia Agraacuteria
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Trabalhos apresentados no 24ordm Congresso Brasileiro de Microbiologia - 3 a 6 de Outubro de 2007 em
Brasiacutelia - Centro de Convenccedilotildees Ulysses Guimaratildees ndash Brasiacutelia DF
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MICROBIOLOGIA GERAL K03 METABOLISMO MICROBIANO E SEUS PRODUTOS 609 Biopoliacutemero sintetizados por Rhizobium sp em diferentes tempos de cultivo comportamento reoloacutegico BARRETO M D C S1 FIGUEIREDO M D V B2 BURITY H A2 OLIVEIRA J P2 COELHO A C D1 LIMA-FILHO J L L1 UFPE
Resumo
Os polissacariacutedeos extracelulares sintetizados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium tem sido estudados na tentativa de melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose leguminosa x Rhizobium uma vez que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes da especificidade simbioacutetica A viscosidade que pode ser tomada como paracircmetro de qualidade eacute influenciada em funccedilatildeo das estirpes da colocircnia bacteriana do meio de fermentaccedilatildeo utilizado e das condiccedilotildees operacionais na produccedilatildeo Com base no exposto o objetivo deste trabalho foi verificar o comportamento reoloacutegico em diferentes tempos de cultivo de 8 isolados de Rhizobium sp e da estirpe padratildeo de Rhizobium tropici (CIAT 899) As bacteacuterias foram incubadas em agitador rotatoacuterio (200rpm agrave 28ordmC) em Erlenmeyers de 250mL contendo 15 de meio YM modificado por um periacuteodo de 96 e 168 horas Foram avaliados a determinaccedilatildeo da viscosidade da soluccedilatildeo aquosa dos biopoliacutemeros a 25 (vv) obtidas em diferentes tempos de cultivo e medidas a 20ordmC em viscosiacutemetro rotacional Brookfield modelo RVT com spindle 2 nas seguintes velocidades de deformaccedilatildeo 10 20 50 e 100rpm a viscosidade aparente a vaacuterias taxas de cisalhamento dos mostos fermentados Os resultados mostraram que os estudos viscosimeacutetricos de soluccedilotildees de polissacariacutedeo dos isolados e da CIAT 899 revelam seu comportamento natildeo tixotroacutepico pseudoplaacutestico mesmo em baixas concentraccedilotildees e caraacuteter polieletroliacutetico e que as medidas de viscosidade do mosto em funccedilatildeo do tempo de agitaccedilatildeo mostra que a viscosidade aparente do meio de cultivo alcanccedila um valor patamar com 168 horas de processo para todos os microrganismos poreacutem os isolados 3 e 16 e CIAT 899 apresentaram maiores valores no aumento da viscosidade
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MICROBIOLOGIA GERAL K03 METABOLISMO MICROBIANO E SEUS PRODUTOS 1751 Biopoliacutemero sintetizados por Rhizobium sp em diferentes tempos de cultivo produccedilatildeo BARRETO M D C S1 FIGUEIREDO M D V B2 BURITY H A2 SILVA M L R B1 CALAZANS G M T1 LIMA-FILHO J L L1 UFPE
Resumo
A produccedilatildeo de exopolissacariacutedeos (EPS) microbianos tem sido objeto de intensa pesquisa tendo em vista seu elevado potencial de aplicaccedilatildeo em diferentes setores pois natildeo se encontra exposta agraves alteraccedilotildees climaacuteticas ou agrave problemas nas colheitas que prejudicam a oferta e alteram o custo de produccedilatildeo das gomas tradicionais No processo de produccedilatildeo de polissacariacutedeos deve-se considerar desde o microrganismo em estudo ateacute a determinaccedilatildeo dos paracircmetros de agitaccedilatildeo onde se destaca o meio de produccedilatildeo e sua influecircncia na siacutentese no rendimento e na composiccedilatildeo dos EPS O objetivo deste trabalho foi avaliar a produccedilatildeo de biopoliacutemeros (gLh) obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp e da estirpe padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo pela massa do produto seco por volume de meio As bacteacuterias foram purificadas em meio YMA e apoacutes foram incubadas em agitador rotatoacuterio (200rpm agrave 28ordm C) em Erlenmeyers de 250mL contendo 15 de meio YM modificado por um periacuteodo de 96 e 168 horas Foram avaliados o peso seco da soluccedilatildeo aquosa dos biopoliacutemeros a 25 (vv) obtidos em diferentes tempos de cultivo atraveacutes da teacutecnica do peso seco onde o aacutelcool etiacutelico foi adicionado ao mosto ateacute atingir a concentraccedilatildeo de 80 na soluccedilatildeo hidroalcooacutelica formada e posterior precipitaccedilatildeo do EPS Apoacutes a filtraccedilatildeo a secagem do produto foi realizada em dissecador (30ordmC) ateacute peso constante comparando-se os diferentes tempos de cultivo Os resultados mostraram que a produccedilatildeo total do biopoliacutemero dos isolados e da estirpe padratildeo CIAT 899 apresentaram maacutexima produccedilatildeo no periacuteodo de 168 horas de processo para todos os microrganismos poreacutem os isolados 3 e 14 e a CIAT 899 foram as que resultaram em maior produtividade (13 17 e 2gL-1h-1) respectivamente
- Barreto Maria do Carmo Silva
-
- Inclui bibliografia
- 5771 CDU (2ed) UFPE
-
- 13 Simbiose rizoacutebio- leguminosa
-
- 14 Polissacariacutedeos de Rizoacutebio
-
- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
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- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
-
Ao Prof e Dr Cosme Rafael pela ajuda aconselhamento e correccedilotildees que foram indispensaacuteveis para o ecircxito deste trabalho muito obrigada
Ao Dr Odemar Reis ndash Estatiacutestico do IPA pela ajuda despendida durante
os trabalhos pelas palavras de confianccedila e ensinamentos
Aos funcionaacuterios do IPA Almira pela ajuda na aquisiccedilatildeo de material bibliograacutefico Rosa Morais pela ajuda e amizade Waldemar Arauacutejo pela amizade palavras de confianccedila e forccedila Luacutecia Maacuterio e Rita pelo conviacutevio no dia a dia pela ajuda carinho e amizade
As Profa Dra Gliacutecia Calazans e Profa Dra Janete Magali pela ajuda e
obtenccedilatildeo do equipamento uacuteteis para a conclusatildeo dos trabalhos muito obrigada
A Coordenadora do Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Ciecircncias Bioloacutegicas CCBUFPE Profa Dra Suely Lins Galdino pelo apoio e informaccedilotildees indispensaacuteveis para o funcionamento do mestrado
A Secretaacuteria da Poacutes-graduaccedilatildeo Adenilda Eugecircnia pela ajuda e amizade despendida ao longo do curso
Agrave CAPESFACEPE pelo apoio financeiro no fomento da bolsa de mestrado
A todos aqueles que mesmo natildeo mencionados estiveram ao meu lado
contribuindo para a minha formaccedilatildeo e para a realizaccedilatildeo deste estudo o meu mais sincero agradecimento
LISTA DE FIGURAS Fig 1
Classificaccedilatildeo dos Fluidos segundo seu comportamento reoloacutegico 16
Fig 2 Curvas de escoamento de fluidos newtoniano e natildeo newtonianos de propriedades independentes do tempo de cisalhamento 16
Fig 3 Aspecto do EPS precipitado sintetizado a partir do ISOL 14 (a) e do CIAT 899(b) com 168 horas de cultivo 47
Fig 4
Variaccedilatildeo da viscosidade aparente em funccedilatildeo da taxa de cisalhamento de soluccedilotildees aquosas de EPS 25 (vv) de 8 isolados de Rhizobium e uma estirpe padratildeo CIAT 899 a 20 degC com tempo de fermentaccedilatildeo de 96 h determinada com viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT) 48
Fig 5
Variaccedilatildeo da viscosidade aparente em funccedilatildeo da taxa de cisalhamento de soluccedilotildees aquosas de EPS 25 (vv) de 8 isolados de Rhizobium e uma estirpe padratildeo CIAT 899 a 20 degC com tempo de fermentaccedilatildeo de 168 h determinada com viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT)
49
Fig 6 Procedimento para contagem de ceacutelulas viaacuteveis (UFC) e totais (Densidade oacutetica) 63
Fig 7 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 1 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 68
Fig 8 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 2 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 69
Fig 9 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoculo do Isolado 3 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 70
Fig 10 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoculo do Isolado 4 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 71
Fig 11 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoculo do Isolado 6 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 72
Fig 12 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 11 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 73
Fig 13 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 14 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 74
Fig 14 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 16 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 75
Fig 15 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do CIAT 899 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 76
Fig 16 Concentraccedilatildeo de glicose durante a produccedilatildeo de EPS por Rhizobium sp (ISOL 14) 77
Fig 17 Concentraccedilatildeo de glicose durante a produccedilatildeo de EPS por Rhizobium sp (CIAT 899) 78
Paacuteginas
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 Caracteriacutesticas morfofisioloacutegicas dos Isolados de rizoacutebios e estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici
40
Tabela 2 Valores das constantes kat e kγ (Mitshka 1982) 42
Tabela 3 Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para experimentos em 96 e 168 horas 43
Tabela 4 Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para grupo de experimentos 44
Tabela 5 Resultados da anaacutelise de variacircncia da produccedilatildeo de biopoliacutemero sintetizados por Rhizobium cultivados em 96 e 168 horas de cultivo 45
Tabela 6 Dados meacutedios das anaacutelises individuais e do grupo de experimento 45
Tabela 7 Isolados de rizoacutebios e estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici 62
Tabela 8 Constituintes quiacutemicos da goma produzida pela estirpe de Rhizobium sp (ISOL 14) 78
SUMAacuteRIO AGRADECIMENTOS LISTA DE FIGURAS LISTA DE TABELAS SUMAacuteRIO 1 Introduccedilatildeo 1
11 Feijoeiro (Phaseolus vulgaris L) 1
12 Rhizobium sp 3
13 Simbiose rizoacutebio-leguminosa 5
14 Polissacariacutedeos de rizoacutebio 8
15 Reologia 13
2 Justificativa 19 3 Objetivos 20
31Geral 20
32 Especiacuteficos 20
4 Referecircncias 21 5 Capiacutetulo 1 34
Resumo 35
Abstract 36
51 Introduccedilatildeo 37
52 Material e Meacutetodos 39
53 Resultados e Discussatildeo 44
54 Conclusotildees 51
55 Referecircncias 52
6 Capiacutetulo 2 57 Resumo 58
61 Introduccedilatildeo 59
62 Material e Meacutetodos 61
63 Resultados e Discussatildeo 66
64 Conclusotildees 81
65 Referecircncias 82
7 Anexos 87
Normas da Revista World Journal of Microbiology and Biotechnology
Submissatildeo do Artigo
Normas da Revista Scientia Agraacuteria
Trabalhos apresentados no 24ordm Congresso Brasileiro de Microbiologia - 3 a 6 de Outubro de 2007 em Brasiacutelia - Centro de Convenccedilotildees Ulysses Guimaratildees ndash Brasiacutelia DF
1 INTRODUCcedilAtildeO
11 Feijoeiro (Phaseolus vulgaris L)
O feijoeiro eacute cultivado em cerca de 100 paiacuteses em todo o mundo envolvendo
grande nuacutemero de gecircneros e espeacutecies dificultando uma anaacutelise comparativa dos
iacutendices de produtividade por espeacutecie Considerando somente o Phaseolus vulgaris L o
Brasil eacute o maior produtor seguido do Meacutexico Entretanto a produccedilatildeo brasileira de feijatildeo
tem sido insuficiente para abastecer o mercado interno devido agrave reduccedilatildeo na aacuterea
plantada da ordem de 35 nos uacuteltimos 17 anos (Yokoyama amp Stone 2000) A falta de
tecnologia e o cultivo em solos marginais devido ao baixo retorno econocircmico da
cultura contribuem decisivamente para a baixa produtividade do feijoeiro e nesse
quadro o fornecimento adequado de nutrientes particularmente o nitrogecircnio (N) e o
foacutesforo (P) representam um dos fatores limitantes agrave obtenccedilatildeo de maiores rendimentos
no Brasil (Arauacutejo 1994)
No Brasil o feijoeiro eacute cultivado nos mais variados tipos de solos e clima sendo
plantado preferencialmente como cultura de subsistecircncia em pequenas propriedades
O feijatildeo eacute importante fonte de nutrientes (proteiacutenas minerais vitaminas) e calorias na
dieta brasileira (Hungria et al 2000) Aleacutem de apresentar alto conteuacutedo de carboidratos
componentes de fibra (celulose hemicelulose e lignina) e digeriacuteveis (amido e sacarose)
encontram-se no feijatildeo alguns oligossacariacutedeos (rafinose estaquiose verbascose) O
feijatildeo tambeacutem eacute uma fonte importante de vitaminas hidrossoluacuteveis como a tiamina a
riboflavina a niacina e a folacina que satildeo vitaminas do complexo B envolvidas na
prevenccedilatildeo de certos defeitos fetais cardiovasculares e certos tipos de cacircncer (Costa amp
Vieira 2000)
O feijoeiro eacute originaacuterio das Ameacutericas com centros de origens e domesticaccedilatildeo na
Meso Ameacuterica (Meacutexico-Guatemala) e na Zona Leste dos Andes Seu cultivo foi
delineado haacute mais de 7000 anos entre os nativos do Peru sugerindo seleccedilatildeo da
espeacutecie para a agricultura (Gepts 1990) As aacutereas de diferenciaccedilatildeo e domesticaccedilatildeo do
feijoeiro ocorrem em altitudes entre 500 e 1800 m na Ameacuterica Central e norte da
Ameacuterica do Sul Diversos tipos selvagens satildeo registrados em altitudes proacuteximas a
1200m (Miranda 1974) Os feijoeiros provenientes desses materiais mostram grande
amplitude de caracteriacutesticas morfoloacutegicas e fisioloacutegicas O gecircnero Phaseolus conteacutem
mais de uma centena de espeacutecies mas apenas P vulgaris L P coccineus L P
acutifolius Gray var Latifolius Freeman e P lunatus var lunatous satildeo cultivadas
comercialmente (Zimmermann amp Teixeira 1988) Dessas o feijoeiro comum P vulgaris
L eacute a espeacutecie de maior importacircncia econocircmica contribuindo com cerca de 95 da
produccedilatildeo mundial de Phaseolus No Brasil em uma rota inversa agrave do traacutefico de
escravos P vulgaris chegou agrave Aacutefrica e provavelmente em tempos anteriores agrave Aacutesia
via Filipinas No seacuteculo XVI foi introduzido na Europa e na Califoacuternia levado por
intermeacutedio dos espanhoacuteis trazido da Ameacuterica Central (Mariot 1989)
Os teores de N nos solos do Brasil satildeo baixos de um modo geral situando-se na
faixa de 005 a 03 Com a intensificaccedilatildeo da agricultura as exigecircncias de adiccedilatildeo
de N bem como a sua remoccedilatildeo satildeo ampliadas e consequentemente se o N retirado
do solo pelas plantas natildeo for reposto o teor desse nutriente decresceraacute rapidamente
Quanto aos fertilizantes nitrogenados existe um custo elevado para a siacutentese dos
mesmos de cerca de seis barris de petroacuteleo para cada tonelada de amocircnio produzido
bem como gastos com o transporte e distribuiccedilatildeo do fertilizante aleacutem de outros
(Hungria et al1997) Considerando que o feijoeiro eacute cultivado principalmente por
pequenos agricultores em solos muitas vezes deficientes em N mineral esforccedilos para
a melhoria do processo de simbiose da cultura com rizoacutebios inoculados nas sementes
podem corresponder a aumentos significativos no rendimento de gratildeos Essa via
bioloacutegica se torna ainda mais importante quando se leva em consideraccedilatildeo os custos
elevados do N mineral limitando a sua utilizaccedilatildeo principalmente pelos pequenos
agricultores Praacuteticas alternativas para diminuir esses custos precisam ser procuradas
principalmente no Brasil que importa fertilizante nitrogenado para satisfazer agrave demanda
interna (Hungria et al 2001) Um outro agravante na utilizaccedilatildeo de fertilizantes
nitrogenados reside na baixa eficiecircncia de sua utilizaccedilatildeo pelas plantas raramente
ultrapassando 50 Deve-se considerar ainda que o uso indiscriminado de fertilizantes
nitrogenados resulta em poluiccedilatildeo ambiental pois a lixiviaccedilatildeo do N ocorre contaminaccedilatildeo
no lenccedilol freaacutetico que resultam em acuacutemulo de formas nitrogenadas podendo atingir
niacuteveis toacutexicos a peixes e ao homem (Hungria et al 2001)
Dentro deste contexto destaca-se a necessidade do desenvolvimento de
tecnologias de baixo custo capazes de melhorar os niacuteveis de produtividade dos
pequenos agricultores responsaacuteveis pela quase totalidade da produccedilatildeo mundial desta
leguminosa essencial na dieta de grande parte da populaccedilatildeo brasileira (Dakora 2003)
12 Rhizobium sp
Este gecircnero foi classificado em 1932 por Fred et al e apresenta como
caracteriacutestica ceacutelulas em forma de bastonete curto Gram-negativas com dimensotildees
que variam entre 05 e 09 microm por 12 a 30 microm ocorrendo isolados ou aos pares
moacuteveis por flagelos polares subpolares ou peritriquiais natildeo formam esporos e em
culturas envelhecidas apresentam granulaccedilotildees de poli-β-hidroxibutirato (Urenha et al
1994) Apresentam bom crescimento em meio com manitol sacarose e levedura
podendo em meios gelificados desenvolver colocircnias planas convexas ou umbilicadas
apresentam normalmente coloraccedilatildeo branca e opaca por vezes transluacutecidas
apresentando frequentemente produccedilatildeo de goma de natureza polissacariacutedica A
inclusatildeo de Vermelho do Congo no meio de cultura natildeo conduz a uma forte absorccedilatildeo
deste corante pelas colocircnias podendo certas estirpes apresentar ligeira absorccedilatildeo As
estirpes de crescimento raacutepido produzem colocircnias de 4 a 6 mm de diacircmetro em 5 dias
de incubaccedilatildeo a 26-30 degC provocando acidificaccedilatildeo do meio de cultura As estirpes de
crescimento lento produzem colocircnias com 1 mm de diacircmetro em 10 dias de incubaccedilatildeo
a 28-30 degC provocando a alcalinizaccedilatildeo do meio de cultura Induzem a formaccedilatildeo de
noacutedulos na raiz de leguminosas compatiacuteveis colonizando-os e podendo aiacute desenvolver
atividade diazotroacutefica em simbiose utilizam oxigecircnio como receptor final de eleacutetrons na
cadeia respiratoacuteria satildeo microrganismos aeroacutebios estrito e a faixa de pH oacutetimo para seu
desenvolvimento estaacute entre 6 e 7 (Hungria amp Arauacutejo1994)
A literatura relata a presenccedila de reaccedilatildeo aacutecida durante o cultivo promovendo
queda do pH do meio de cultura (Jordan 1984) No entanto dados experimentais de
cultivo desta bacteacuteria em fermentador na presenccedila de sacarose glutamato
monossoacutedico e extrato de levedura mostram comportamento oposto As velocidades
especiacuteficas maacuteximas de crescimento desta bacteacuteria oscilam em torno de 020h o que
resulta num tempo de geraccedilatildeo de aproximadamente 35 h
Entre as bacteacuterias fixadoras de nitrogecircnio presentes no solo cujas populaccedilotildees
satildeo altamente influenciadas pela rizosfera das plantas o rizoacutebio eacute considerado o grupo
mais importante na agricultura tropical pela sua associaccedilatildeo com as leguminosas Esta
simbiose eacute responsaacutevel por uma substancial parte talvez a maior do fluxo global de
nitrogecircnio atmosfeacuterico fixado nas formas de amocircnia nitrato e compostos orgacircnicos
(Kahindi et al 1997) Certamente esta associaccedilatildeo eacute a mais estudada mas simbioses
envolvendo actinomicetos do gecircnero Frankia cianobacteacuterias especialmente a
associaccedilatildeo Azolla-Anabaena e organismos heterotoacuteficos fixadores de nitrogecircnio de vida
livre e associativos podem tambeacutem fixar quantidades significativas de nitrogecircnio sob
condiccedilotildees especiacuteficas (Straliotto amp Rumjanek1999)
Atualmente os rizoacutebios estatildeo classificados como pertencentes agrave domiacutenio
Bacteria Filo Proteobacteria Classe Alfaproteobacteria Ordem Rhiobiales e
distribuiacutedos nas Famiacutelias Rhizobiaceae Phyllobacteriaceae Bradyrhizobiaceae e
Hiphomicrobiaceae (Garrity amp Holt 2001) Aleacutem disso algumas bacteacuterias capazes de
nodular e fixar N2 em simbiose com leguminosas foram recentemente identificadas
como pertencentes agrave Classe das Betaproteobacteria Ordem Burkholderiales Famiacutelia
Burkholderiaceae Gecircnero Burkholderia (Moulin et al 2001) e tambeacutem pertencentes agrave
Classe das Alfaproteobacterias Ordem Rhizobiales Famiacutelia Methylobacteriaceae
Gecircnero Methylobacterium (Sy et al 2001)
As bacteacuterias que nodulam o feijoeiro foram classificadas inicialmente como
Rhizobium phaseoli poreacutem com uma melhor caracterizaccedilatildeo fisioloacutegica bioquiacutemica e
geneacutetica essas bacteacuterias foram reclassificadas apoacutes 50 anos na espeacutecie Rhizobium
leguminosarum bv phaseoli (Jordan 1984) Com o estudo de outros isolados e o
avanccedilo nas teacutecnicas de biologia molecular em um curto periacuteodo de tempo foi
constatado que as bacteacuterias que nodulavam o feijoeiro apresentavam claramente
caracteriacutesticas fisioloacutegicas e geneacuteticas distintas permitindo a sua separaccedilatildeo em dois
grupos denominadas Tipo I e Tipo II (Martiacutenez et al 1985 Quinto et al 1985 Brom et
al 1988) Essas e outras diferenccedilas levaram em 1991 agrave definiccedilatildeo de uma nova
espeacutecie R tropici (trorsquo pi ci Gr n tropikos troacutepicos) que incluiria as estirpes do Tipo
II que foi subdividido em IIA e IIB (Martinez-Romero et al 1991) As bacteacuterias dessa
nova espeacutecie foram descritas como aeroacutebias Gram-negativas com pH oacutetimo para
crescimento variando entre 5 e 7 crescendo em temperatura de ateacute 40 degC As estirpes
estudadas foram isoladas de regiotildees tropicais nodulam e fixam N2 com P vulgaris L
Leucaena esculenta e L leucocephala
A estirpe IIB CIAT 899 (= ATCC 49672 = UMR 1899 = SEMIA 4077) foi
designada como estirpe padratildeo (ldquotype strainrdquo) e a estirpe representativa do grupo IIA eacute
a CFN 299 A estirpe CIAT 899 assim como as outras do Tipo IIB tambeacutem eacute resistente
a metais pesados e aos antibioacuteticos clorofenicol espectinomicina carbenicilina e
estreptomicina (Martiacutenez-Romero et al 1991) e apresenta maior toleracircncia agrave acidez
(Graham et al 1994) e a temperaturas elevadas (Hungria et al 1993 Mercante et al
2002) Somente as estirpes do Tipo IIB crescem em meio Luria-Bertani (LB) (Martiacutenez-
Romero et al 1991) Alguns estudos tecircm descrito diferenccedilas entre os Tipos IIA e IIB
incluindo anaacutelise de PCR com sequumlecircncias repetitivas como REP ERIC BOX (van
Berkum et al 1996) e a presenccedila de megaplasmiacutedeos (Geniaux et al 1995)
13 Simbiose rizoacutebio- leguminosa
Haacute uma grande diversidade de bacteacuterias capazes de formar simbioses com as
diferentes leguminosas sendo que ateacute o momento encontram-se distribuiacutedas dentro de
trecircs ramos filogeneacuteticos principais que satildeo os gecircneros Bradyrhizobium Azorhizobium e
os chamados rizoacutebios de crescimento raacutepido Estes atualmente encontram-se divididos
em trecircs gecircneros Rhizobium Mesorhizobium e Sinorhizobium sendo que R galegae
deve ser brevemente renomeado como um novo gecircnero (Young amp Haukka 1996
Lindstroumlm et al 1998) O rizoacutebio induz em suas hospedeiras a formaccedilatildeo de estruturas
especializadas chamadas noacutedulos onde o nitrogecircnio molecular eacute reduzido a amocircnia
Os estudos tecircm demonstrado o alto grau de especializaccedilatildeo desenvolvido durante o
processo evolutivo desta simbiose havendo importantes relaccedilotildees de especificidade e
grandes possibilidades de manipulaccedilatildeo deste conhecimento visando melhorar a
eficiecircncia simbioacutetica Devido agrave sua importacircncia econocircmica os estudos da interaccedilatildeo
rizoacutebio-leguminosas tem tido um bom suporte econocircmico quando comparado agraves demais
aacutereas de pesquisa agronocircmica em diversas partes do mundo sendo que atualmente eacute
a interaccedilatildeo planta-microrganismo mais bem estudada (Straliotto amp Rumjanek1999)
Sob condiccedilatildeo de limitaccedilatildeo de nitrogecircnio mineral as bacteacuterias do gecircnero
Rhizobium Bradyrhizobium Mesorhizobium Sinorhizobium Allorhizobium
coletivamente chamadas de riacutezoacutebio formam noacutedulos simbioacuteticos nas raiacutezes de
leguminosas Nos anos recentes outras α-proteobacterias tem sido apresentadas como
produtoras de noacutedulos em leguminosas (Moullin et al 2002) Methylobacterium (Sy et
al 2001) Blastobacter (Van Berkun e Eardly 2002) e Devosia (Rivas et al 2002)
Nestes noacutedulos simbioacuteticos a bacteacuteria na forma de bacteroacuteides convertem o N
atmosfeacuterico em amocircnia que eacute incorporada em diversas formas de N orgacircnico para a
utilizaccedilatildeo por plantas da famiacutelia das leguminosas
O nitrogecircnio eacute o elemento mais abundante na atmosfera terrestre (em torno de
79 ) estando presente principalmente na forma diatocircmica (N2) e eacute um dos principais
macronutrientes dos vegetais Algumas bacteacuterias que coexistem em simbiose ou natildeo
nas raiacutezes de plantas possuem enzimas com a capacidade de reduccedilatildeo do nitrogecircnio
atmosfeacuterico transformando-o em amocircnia e posteriormente em elementos essenciais
(Lodeiro et al 2000)
As leguminosas tecircm ao seu dispor duas fontes de nitrogecircnio o mineral
proveniente do solo eou fertilizante e o nitrogecircnio fixado biologicamente atraveacutes da
simbiose com os rizoacutebios Entretanto a subida vertiginosa dos preccedilos dos adubos
nitrogenados devido ao consumo de energia foacutessil em sua fabricaccedilatildeo aliada aos graves
problemas de poluiccedilatildeo causados pelo uso intensivo desses adubos tem deixado agrave
agricultura dos paiacuteses em desenvolvimento e dos desenvolvidos apenas as alternativas
de maximizar a fixaccedilatildeo bioloacutegica de nitrogecircnio otimizar a distribuiccedilatildeo e emprego dos
compostos nitrogenados dentro das plantas e tornar mais eficiente a utilizaccedilatildeo de
carboidratos pelos noacutedulos (Neves 1992)
O crescimento e a produccedilatildeo das leguminosas satildeo pelo menos em parte o
resultados da interaccedilatildeo entre as cultivares das plantas as estirpes de Rhizobium e as
condiccedilotildees ambientais em que o sistema simbioacutetico se desenvolve e que afetam a
assimilaccedilatildeo distribuiccedilatildeo e utilizaccedilatildeo do carbono e nitrogecircnio pelas plantas A
disponibilidade de nitrogecircnio para as sementes em desenvolvimento determina a
produccedilatildeo e depende de uma fixaccedilatildeo de nitrogecircnio que se prolongue ateacute o periacuteodo de
enchimento dos gratildeos (Neves amp Rumjanek 1995 Rumjanek et al 2002)
As plantas dependentes da fixaccedilatildeo bioloacutegica do N requerem mais fosfato (P) que
as plantas que usam exclusivamente N mineral Os niacuteveis baixos de P podem afetar a
simbiose ao diminuir o suplemento de fotossintato ao noacutedulo reduzir a taxa de
crescimento bacteriano e a populaccedilatildeo total de Rhizobium e Bradyrhizobium (Keyser amp
Munns 1979)
A fixaccedilatildeo bioloacutegica do nitrogecircnio dar-se-aacute mediante a presenccedila de noacutedulos nas
raiacutezes induzidos pela infecccedilatildeo das raiacutezes pelas bacteacuterias (Uribe 1994) O
desenvolvimento dos noacutedulos seratildeo iniciados pela troca de sinais quiacutemicos moleculares
entre a planta e o simbionte (Singleton et al 1992 Hungria et al 2000)
Os noacutedulos e a planta hospedeira satildeo perfeitamente interligados por meio de
vasos xilemaacuteticos e floemaacuteticos e portanto totalmente integrados em termos hormonais
e nutricionais O processo de fixaccedilatildeo do nitrogecircnio tambeacutem requer um suprimento
contiacutenuo de carboidratos que fornecem tanto a energia para a reduccedilatildeo do nitrogecircnio
quantos os esqueletos de carbono necessaacuterios agrave assimilaccedilatildeo da amocircnia produzida
Durante os processos de infecccedilatildeo e desenvolvimento dos noacutedulos energia eacute
necessaacuteria agraves divisotildees celulares e eacute obtida da oxidaccedilatildeo dos carboidratos produzidos
na parte aeacuterea da planta hospedeira (Neves 1992 Silveira et al 2001 Moreira amp
Siqueira 2006)
Devido agrave existecircncia de uma grande diversidade de espeacutecies nativas de bacteacuterias
fixadoras de nitrogecircnio eacute necessaacuteria a obtenccedilatildeo de estirpes de Rhizobium de alta
qualidade capazes de sobreviver e competir pela fixaccedilatildeo eficiente do nitrogecircnio
atmosfeacuterico na leguminosa alvo (Moawad et al 1998 Silveira et al 2001 Figueiredo et
al 2001 2002)
A nodulaccedilatildeo eacute um processo de multi-passos que envolvem plantas especiacuteficas e
expressatildeo geneacutetica bacteriana compatiacutevel Os resultados de vaacuterias trabalhos tecircm
indicado a participaccedilatildeo de mediadores quiacutemicos no periacuteodo inicial do processo de
infecccedilatildeo das raiacutezes das leguminosas Flavonoides especiacuteficos satildeo reconhecidos pelo
rizoacutebio e em alguns casos este eacute um importante aspecto de reconhecimento do
hospedeiro Se o flavonoide for reconhecido ocorreraacute a siacutentese de sacariacutedeos nas
ceacutelulas bacterianas atraveacutes da accedilatildeo de vaacuterios produtos de genes e resultando a
produccedilatildeo de uma pequena famiacutelia de lipo-oligossacariacutedeos A estrutura dos tipos de
lipo-oligossacariacutedeos eacute o maior determinante da especificidade do hospedeiro
(Laeremans amp Vanderleyden 1998 Diouf et al 2000 Dakora 2003)
14 Polissacariacutedeos de Rizoacutebio
Biopoliacutemeros satildeo polissacariacutedeos microbianos tambeacutem conhecidos como gomas ou
exopolissacariacutedeos (EPS) que tem a capacidade de fornar geacuteis e soluccedilotildees viscosas em
meio aquoso (Moreira et al 2003) Tendo sido observados nas uacuteltimas deacutecadas
progressos significativos em relaccedilatildeo agrave identificaccedilatildeo caracterizaccedilatildeo e utilizaccedilatildeo de
polissacariacutedeos sintetizados por microrganismos (Padilha 1997)
Kay et al (1993) enfatizam que os biopoliacutemeros satildeo na sua maioria compostos
atoacutexicos biodegradaacuteveis produzidos extracelularmente por microrganismos natildeo
patogecircnicos a partir de fermentaccedilotildees em batelada com eficiecircncia proacutexima a 50 na
conversatildeo do substrato
O termo goma tal como usado tecnicamente pelas induacutestrias refere-se aos
polissacariacutedeos de origem vegetal ou microbiana e seus derivados de alto peso
molecular que quando solubilizados em aacutegua fria ou quente produzem suspensotildees ou
soluccedilotildees viscosas podendo formar geacuteis a baixas concentraccedilotildees (Lopes 1989 Whistler
amp BeMiller 1993)
As bacteacuterias Gram-negativas apresentam a parede celular mais fina consequumlecircncia
da menor quantidade de peptidoglicano em comparaccedilatildeo agraves Gram-positivas e tem
como maior componente um macropoliacutemero denominado lipopolissacariacutedeo A
presenccedila do lipopolissacariacutedeo fornece uma barreira hidrofiacutelica agrave superfiacutecie celular Em
muitas bacteacuterias a hidrofilicidade da superfiacutecie celular eacute aumentada pela presenccedila de
uma camada de EPS O EPS pode estar organizado de modo a formar uma camada
coesiva e aderente denominada ldquocaacutepsulardquo ou consistir em um polissacariacutedeo livre e
ldquomucilaginosordquo (slime) com pouca ou nenhuma aderecircncia celular O termo EPS ou
exopolissacariacutedeo pode ser usado tanto para descrever o polissacariacutedeo mucilaginoso
como o capsular (Portilho 2002)
Vaacuterias bacteacuterias pertencentes agrave famiacutelia Rhizobiaceae satildeo produtoras de EPS na
cultura esses EPS rizobianos satildeo heteropolissacariacutedeos de espeacutecie ou estirpe-
especiacuteficos compostos de diferentes tipos de monossacariacutedeos (Becker amp Puumlhler
1998) Existem evidecircncias de que a composiccedilatildeo de EPS varia natildeo soacute entre os diversos
gecircneros mas tambeacutem com mudanccedilas no meio ambiente bacteriano (Karr et al 2000)
e alteraccedilotildees na constituiccedilatildeo das unidades repetitivas podem afetar a habilidade
simbioacutetica do bacterioacuteide (Wielbo et al 2004) Poreacutem os mecanismos de
desenvolvimento simbioacutetico e de infecccedilatildeo ainda natildeo estatildeo claros e por isso existe
contiacutenuo interesse em se elucidar a geneacutetica a biologia molecular e a bioquiacutemica de
EPS e de superfiacutecie de origem bacteriana
Os polissacariacutedeos sintetizados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium tais como
succinoglicanas e galactoglucanas (Zevenhuizen 1997) tecircm sido extensivamente
estudados na tentativa de melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose Muitos
trabalhos tecircm sido desenvolvidos com o objetivo de revelar a composiccedilatildeo quiacutemica a
biossiacutentese e informaccedilotildees geneacuteticas destas biomoleacuteculas e relacionar suas estruturas
quiacutemicas agraves propriedades de infestaccedilatildeo das bacteacuterias nas plantas hospedeiras (Canter
Cremers et al 1991) uma vez que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes da
especificidade simbioacutetica (Gil-Serrano et al 1992)
Os EPSs segundo Costerton (1987) possibilitam vida livre agrave bacteacuteria permitindo a
aderecircncia e colonizaccedilatildeo agrave superfiacutecies soacutelidas onde nutrientes se acumulam Eles
envolvem as membranas das ceacutelulas protegendo-as do dessecamento e outros
estresses ambientais aleacutem de poder ajudar na fixaccedilatildeo de minerais e nutrientes
proacuteximos agrave bacteacuteria (Sutherland 1988 Whitfield 1988)
Rhizobia de raacutepido crescimento sintetizam diferentes EPS EPS de alta massa
molecular o qual eacute excretado para o meio e resulta no aumento da viscosidade do
meio de cultivo CPS neutro e insoluacutevel depositado como uma massa volumosa ao
redor da ceacutelula e β-1 2-glucanas ciacuteclicas acumuladas no espaccedilo periplasmaacutetico e
excretadas para o meio (Zevenhuizen 1986) Os EPS despertam maior interesse
porque podem ser recolhidos diretamente do meio para o qual satildeo secretados Esses
microrganismos podem tambeacutem formar glucanas neutras unidas glicosidicamente por
ligaccedilotildees tipo β-14 presentes como microfibrilas celuloacutesicas de baixo massa molecular
(Zevenhuizen1986 Breedveld et al 1993) e algumas vezes no meio de cultura
podem ser encontrados compostos de baixa massa molecular semelhantes aos das
unidades monomeacutericas do EPS (Breedveld et al 1990)
A siacutentese de EPS aacutecido CPS neutro e poli-β-hidroxibutirato (PHB) por Rhizobium
eacute fortemente dependente das condiccedilotildees de cultivo das linhagens utilizadas assim
como da fase de crescimento levando a resultados que podem variar
consideravelmente (Zevenhuizen 1981 1986 Tombolini amp Nuti 1989) A produccedilatildeo de
EPS por Rhizobium leguminosarum R phaseoli e R trifolii segue associada ao
crescimento enquanto que R meliloti excreta principalmente polissacariacutedeos de baixa
massa molecular quando a proliferaccedilatildeo celular estaacute limitada pela falta de nitrogecircnio em
excesso de fonte de carbono ainda presente no meio
Zevenhuizen (1986) investigando a influecircncia das condiccedilotildees de cultivo nas
quantidades de EPS CPS e glucanas sintetizadas por Sinorhizobium meliloti TA-1
atraveacutes de cultivos em meio de sais contendo aacutecido glutacircmico (01 ) e manitol (1 )
em frascos de 100 mL agitados a 25 ordmC verificou que determinadas condiccedilotildees
direcionavam a siacutentese polissacariacutedica para um produto especiacutefico A produccedilatildeo de EPS
era favorecida em ar saturado com O2 a de CPS sob condiccedilotildees limitantes de nitrogecircnio
e moderado suprimento de O2 e a produccedilatildeo de β-12-glucanas em meio contendo uma
concentraccedilatildeo quatro vezes maior da fonte de nitrogecircnio produzindo uma alta
densidade celular e consequentemente uma limitaccedilatildeo severa de O2
Em todas as linhagens o acuacutemulo de glicogecircnio celular β-12-glucana e PHB
satildeo apenas iniciados sob condiccedilotildees limitantes do crescimento celular (Zevenhuizen amp
Ebbink1974) Quando haacute exaustatildeo da fonte de carbono externa glicogecircnio e PHB satildeo
metabolizados pelas ceacutelulas sustentando assim sua longevidade e atuando como
material de reserva (Zevenhuizen1981)
Ceacutelulas de R leguminosarum bv phaseoli e bv trifolii sintetizam EPS contendo
aacutecido urocircnico PHB eou glicogecircnio e ainda CPS natildeo metabolizaacutevel e pequenas
quantidades de β-12-glucana R melioti sintetiza EPS livre de aacutecido urocircnico PHB eou
glicogecircnio e elevadas concentraccedilotildees de β-12-glucana (Zevenhuizen 1981)
EPS aacutecidos elaborados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium apresentam exceto
por pequenas diferenccedilas uma viscosidade extraordinaacuteria na composiccedilatildeo e nas
propriedades estruturais entre linhagens de diferentes espeacutecies (Zevenhuizen
19711973 e Zevenhuizen amp Scholten-Koerselman1979) Os dois tipos mais comuns de
EPS de rizoacutebio (espeacutecies de raacutepido crescimento) obtidos apoacutes a precipitaccedilatildeo com 3
volumes de etanol satildeo EPS (da S meliloti) sem aacutecido urocircnico e que apresenta na
composiccedilatildeo molar D-glucose D-galactose aacutecido piruacutevico (711) denominado de
polissacariacutedeop Tipo I e EPS (da R leguminosarum bv phaseoli e bv trifolii) com
composiccedilatildeo molar D-glucoseD-galactoseaacutecido D-glucurocircnicoaacutecido piruacutevico (5122)
denominado de polissacariacutedeo Tipo II (Zevenhuizen1981)
As fraccedilotildees polimeacutericas precipitaacuteveis com trecircs volumes de etanol satildeo produtos de
elevada massa molecular com caraacuteter aacutecido os quais resultam em soluccedilotildees aquosas
altamente viscosas Polissacariacutedeos do Tipo I satildeo produtos comuns excretados de
linhagens de S meliloti e de Agrobacterium (Hisamatsu et al1982) sendo tambeacutem
sintetizados por bacteacuterias de origem totalmente diferente tal como Alcaligenes faecalis
(Harada amp Amemura 1981) S melioti sintetiza geralmente um EPS de elevada massa
molecular do tipo succinoglicana com a composiccedilatildeo glucose galactose piruvato
succinato acetato (71111) (Cinquini Dantas 1992 Matulovaacute et al 1994 Ridoult et
al1997)
Algumas linhagens de Rhizobium apresentam composiccedilotildees de EPS desviadas
dos tipos mais comuns mencionados acima tais como R leguminosarum bv phaseoli
linhagem K-82 com EPS de composiccedilatildeo molar D-glucoseD-galactose aacutecido urocircnico
aacutecido piruacutevico (1111) e S meliloti SU-234 que produz EPS correspondente ao
polissacariacutedeo Tipo II (Zevenhuizen 1981)
Um consideraacutevel nuacutemero de polissacariacutedeos produzidos por muitas linhagens de
rizoacutebio natildeo estaacute disperso livremente no meio mas sim presente como um material
viscoso amorfo ao redor da ceacutelula Tais polissacariacutedeos como a curdlana podem ser
extraiacutedos com a simples adiccedilatildeo de NaOH 05 M seguida de precipitaccedilatildeo pela
neutralizaccedilatildeo com HCl Curdlana uma β-13-glucana linear gelificante pode ser
produzida por Agrobacterium e por algumas linhagens de Rhizobium (Harada amp
Amemura 1981 Zevenhuizen 1986) assim como pela bacteacuteria Alcaligenes faecalis
bv myxogenes (Harada et al 1966 Phillips et al1983 Lawford amp Rousseau1989) O
derivado sulfatado deste homopoliacutemero apresenta atividades anticoagulantes e
antitromboacuteticas aleacutem de exibir efeito inibitoacuterio agrave infecccedilatildeo in vitro do viacuterus HIV-1
(Jagodzinsski et al 1994) Aleacutem dos polissacariacutedeos neutro e aacutecido de elevada massa
molecular as espeacutecies de Rhizobium assim como bacteacuterias do gecircnero Agrobacterium
excretam carboidratos de baixa massa molecular os quais tem sido caracterizados
como β-12-glucanas (York et al 1980) Estas glucanas se acumulam
preferencialmente no espaccedilo periplaacutesmico da ceacutelula (Abe et al 1982) mas satildeo
tambeacutem excretadas para o meio juntamente com EPS aacutecidos Aparentemente estes
carboidratos natildeo apresentam uma funccedilatildeo especiacutefica uma vez que experimentos
realizados natildeo sugerem a sua utilizaccedilatildeo como fonte de carbono ou de energia pelas
ceacutelulas apoacutes a exaustatildeo da fonte de carbono exoacutegena Entretanto acredita-se que β-
12-glucanas sejam importantes durante processo de infestaccedilatildeo de raiacutezes de plantas
Ceacutelulas mutantes de S meliloti natildeo sintetizadoras de β-12-glucanas induziram somente
a formaccedilatildeo de pseudonoacutedulos em alfafa (Breedveld et al1990)
As β-12-glucanas ciacuteclicas satildeo moleacuteculas com grande potencial de utilizaccedilatildeo
dado o espaccedilo interno relativamente hidrofoacutebico podendo ser apropriadas como
agentes de inclusatildeo comparaacuteveis agraves ciclodextrinas constituiacutedas de 6 a 8 resiacuteduos de
glucose unidos por ligaccedilotildees α-14 Os espaccedilos internos de ambas as moleacuteculas satildeo
praticamente semelhantes Contudo a solubilidade da β-12-glucana ciacuteclica eacute maior em
relaccedilatildeo agrave ciclodextrinas (Breedveld et al 1990)
Glicogecircnio e PHB estatildeo presentes nas ceacutelulas de Rhizobium sendo que
algumas vezes ocorre separadamente em diferentes linhagens mas na sua maioria
ambos os compostos aparecem juntos em ceacutelulas de uma mesma linhagem
Vaacuterios biopoliacutemeros tem sido produzidos e utilizados comercialmente entre eles
Dextrana (produzida por bacteacuterias dos gecircneros Leuconostoc e Streptococcus) Xantana
(produzida por bacteacuterias do gecircnero Xanthomonas) Curdulana (produzida pelas
bacteacuterias Alcaligenes faecalis bv mixogenes e Agrobacterium radiobacter) Alginato
bacteriano (produzido por bacteacuterias dos gecircneros Azotobacter principalmente
Azotobacter vinelandii e Pseudomonas) Zanflo (produzido pela bacteacuteria Erwinia
tahitica) Gelana (produzida pela bacteacuteria Sphingomonas paucimobilis anteriormente
classificada como Pseudomonas elodea) Welana (produzida por espeacutecies de
Alcaligenes) Escleroglucana (produzida por diferentes espeacutecies de Sclerotium)
Pululana (produzida pelo fungo Aureobasidium pullulans) Celulose bacteriana
(produzida pela bacteacuteria Acetobacter xilinum) (Sutherland 1992 Martins amp Saacute-Correia
1993 Giavasis el al 2000 Maugeri 2001 Giavasis et al 2003 Kalogiannis et al
2003 Campbell et al 2003)
Outros biopoliacutemeros que estatildeo em estudo natildeo sendo produzidos em escala
industrial podem ser citados tais como indicana (produzida por Beijerinckia indica)
emulsana (produzida por Acinetobacter calcoaceticus) pululana (produzida pela
levedura Rhodotorula bacarum) ciclossoforanas (produzidas por Rhizobium
Agrobacterium e algumas espeacutecies de Xanthomonas) clairana (produzida por
Beijerinckia sp) diutana (produzida pelo gecircnero Sphingomonas) (Maugeri 2001
Navarrete amp Shah 2001 Chi amp Zhao 2003 Moreira et al 2003) Ateacute o momento
dextrana e xantana satildeo praticamente os uacutenicos polissacariacutedeos microbianos
comercializados em larga escala A goma gelana eacute o terceiro polissacariacutedeo produzido
comercialmente por biossiacutentese microbiano utilizado na induacutestria de alimentos
(Maugeri 2001)
15 Reologia
A etmologia da palavra rheologia tem raiz e busca significado nos vocaacutebulos
gregos rheo = deformaccedilatildeo e logia = ciecircncia ou estudo Portanto reologia eacute a ciecircncia
que estuda como a mateacuteria se deforma ou escoa quando submetida a esforccedilos
originados por forccedilas externas Schlumberger (1982) Estuda o comportamento
deformacional e do fluxo de mateacuteria submetido a tensotildees sob determinadas condiccedilotildees
termodinacircmicas ao longo de um intervalo de tempo Inclui propriedades como
elasticidade viscosidade e plasticidade No caso mais simples a propriedade reoloacutegica
de interesse no caso de soacutelidos eacute a sua elasticidade e nos fluidos eacute a viscosidade que
pode ser interpretada como a resistecircncia interna ou fricccedilatildeo interna do fluido oferece
para escoar ou tambeacutem como a medida da fricccedilatildeo interna de um fluiacutedo Quanto mais
viscosa o fluido mais difiacutecil de escoar e maior o seu coeficiente de viscosidade
(Pasquel1999)
As propriedades reoloacutegicas das soluccedilotildees de poliacutemeros mudam com a natureza
do soluto dependem da massa molecular meacutedia da estrutura molecular dos grupos
acetil ou piruvato (Casas et al 2000 Moradi-Araghi 2000 Diltz amp Zeller 2001
Navarrete et al 2001)
Viscoelasticidade eacute uma das propriedades reoloacutegicas mais simples de
substacircncias de comportamento reoloacutegico complexo como satildeo os biopoliacutemeros uma
vez que soluccedilotildees de biopoliacutemeros com interesse de aplicaccedilatildeo comercial exibem
propriedades viscoelaacutesticas isto eacute a capacidade de formar geacuteis verdadeiros em baixas
concentraccedilotildees e portanto com caracteriacutesticas intermediaacuterias entre soacutelidos e fluiacutedos
(Szczesniak 1993)
Entretanto uma das importantes indicaccedilotildees de que um biopoliacutemero tem
propriedades funcionais com viabilidade de aplicaccedilatildeo comercial como agente
espessante estruturante ou gelificante eacute o resultado da medida da viscosidade
aparente de suas soluccedilotildees aquosas (Szczesniak 1993)
A viscosidade de uma soluccedilatildeo polimeacuterica eacute uma funccedilatildeo do tamanho e da forma e
conformaccedilatildeo que adotam suas moleacuteculas no solvente sendo que no caso de alimentos
e bebidas o solvente eacute uma soluccedilatildeo de outros solutos Assim sendo as soluccedilotildees das
gomas satildeo dispersotildees de moleacuteculas hidratadas eou agregados de moleacuteculas
hidratadas e seu comportamento reoloacutegico eacute determinado pelo tamanho forma
facilidade de deformaccedilatildeo ou flexibilidade e presenccedila e magnitude da carga eleacutetrica
nessas moleacuteculas hidratadas eou agregados As soluccedilotildees de polissacariacutedeos exibem
dois tipos gerais de comportamento reoloacutegico pseudoplaacutestico e tixotropia As soluccedilotildees
da maioria das gomas experimentam uma diminuiccedilatildeo da viscosidade com o aumento da
temperatura sendo que a goma xantana eacute uma exceccedilatildeo entre 0 e 100 ordm C (Pasquel
1999)
Na Viscoelasticidade os liacutequidos viscosos natildeo possuem forma geomeacutetrica
definida e escoam irreversivelmente quando submetidos a forccedilas externas Por outro
lado os soacutelidos elaacutesticos apresentam forma geomeacutetrica bem definida e se deformados
pela accedilatildeo de forccedilas externas assumem outra forma geomeacutetrica de equiliacutebrio Muitos
materiais apresentam um comportamento mecacircnico intermediaacuterio entre estes dois
extremos evidenciando tanto caracteriacutesticas viscosas como elaacutesticas e por este
motivo satildeo conhecidos como viscoelaacutesticos
Quanto agrave deformaccedilatildeo os fluidos podem ser classificados em
Reversiacuteveis ou elaacutesticos satildeo sistemas que natildeo escoam sua deformaccedilatildeo eacute
reversiacutevel e o sistema obedece agrave Lei de Hooke
Irreversiacuteveis ou viscosos satildeo sistemas que escoam sua deformaccedilatildeo eacute
irreversiacutevel e o sistema obedece agrave Lei de Newton de viscosidade constante
Tambeacutem podem ser classificados quanto agrave relaccedilatildeo entre a taxa de deformaccedilatildeo e a
tensatildeo de cisalhamento
Fluidos Newtonianos sua viscosidade eacute constante seguem a Lei de
Newton Esta classe abrange todos os gases e liacutequidos natildeo polimeacutericos e
homogecircneos A relaccedilatildeo entre a taxa de deformaccedilatildeo e a tensatildeo de cisalhamento
eacute linear e o coeficiente angular da reta eacute a viscosidade (Severs 1962)
Ex aacutegua leite soluccedilotildees de sacarose oacuteleos vegetais
Fluidos Natildeo Newtonianos a relaccedilatildeo entre a taxa de deformaccedilatildeo e a tensatildeo de
cisalhamento natildeo eacute constante A relaccedilatildeo eacute natildeo linear e o coeficiente angular
(viscosidade) varia com a taxa de deformaccedilatildeo (Severs 1962)
Aleacutem disso os fluidos natildeo newtonianos ainda podem ser classificados em
viscoelaacutesticos dependentes e independentes do tempo (Figura 1)
A Figura 2 mostra o comportamento reoloacutegicos do fluido newtoniano e dos fluidos
natildeo newtonianos independentes do tempo
O comportamento reoloacutegico dos fluidos pode ser caracterizado atraveacutes da
relaccedilatildeo entre a tensatildeo de cisalhamento (forccedilaaacuterea cisalhada) e a taxa de deformaccedilatildeo
Normalmente os poliacutemeros em soluccedilatildeo diluiacuteda demonstram um comportamento de
liacutequido newtoniano Em soluccedilatildeo concentrada ou no estado fundido os poliacutemeros
apresentam um comportamento reoloacutegico distinto que lhes confere a denominaccedilatildeo de
fluidos natildeo-newtonianos (Tager 1978)
Dependentes do tempo
Independentes do tempo
Tixotroacutepicos
Sem tensatildeo de cisalhamento
inicial
Natildeo Newtoniano
Com tensatildeo de cisalhamento
inicial
Dilatantes
Herschel-Bulkley
Fluidos
Newtoniano
Viscoelaacutesticos
Reopeacuteticosticos
Pseudoplaacutesticos
Plaacutesticos de Bingham
Figura 1 Classificaccedilatildeo dos Fluidos segundo seu comportamento reoloacutegico
Figura 2 Curvas de escoamento de fluidos newtoniano e natildeo newtonianos de propriedades independentes do tempo de cisalhamento
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Os fluidos natildeo-newtonianos cujas propriedades reoloacutegicas satildeo independentes do
tempo temos diversos tipos de comportamento de materiais que satildeo denominados
viscoplaacutesticos ou de Bingham dilatante e pseudoplaacutesticos
Os materiais viscoplaacutesticos ou de Bingham necessitam de uma tensatildeo inicial
para comeccedilarem a deformaccedilatildeo cisalhamento mantendo entatildeo a relaccedilatildeo entre tensatildeo
e taxa de deformaccedilatildeo que pode ser constante ou natildeo Em soluccedilotildees de poliacutemeros de
alto peso molecular muitas vezes uma tensatildeo de cisalhamento miacutenima se faz
necessaacuteria a fim de vencer as interaccedilotildees intermoleculares existentes Soacute apoacutes o
colapso destas ligaccedilotildees ocorre o escoamento do fluido Como exemplos destes fluidos
podem ser citados a margarina polpa de papel e a maioria das tintas (Bretas 1987)
Os materiais com comportamento dilatante ou pseudoplaacutestico natildeo necessitam de
uma tensatildeo miacutenima para escoarem mas a viscosidade destes fluidos varia de forma
natildeo linear com a taxa de deformaccedilatildeo (Cheremisinoff 1993)
Os materiais pseudoplaacutesticos incluem a maioria dos fluidos natildeo-newtonianos
como por exemplo soluccedilotildees polimeacutericas acetato de celulose maionese suspensotildees
de polpa de papel e pigmentos (Cheremisinoff 1993) A maioria dos poliacutemeros
sinteacuteticos no seu estado fundido e das soluccedilotildees aquosas de polissacariacutedeos satildeo
exemplos de materiais pseudoplaacutesticos (Lopes 1989)
O termo dilatacircncia eacute empregado normalmente para descrever tanto uma
expansatildeo de volume sob cisalhamento como para caracterizar o aumento de
viscosidade de certos fluidos com o aumento da velocidade de cisalhamento Neste
uacuteltimo aspecto a dilatacircncia eacute observada como fenocircmeno inverso agrave pseudoplasticidade
(Bauer amp Collins 1967) O comportamento dilatante pode ser observado em
suspensotildees muito concentradas em que as partiacuteculas constituintes satildeo irregulares e
natildeo se orientam facilmente ou em poliacutemeros fundidos onde haacute formaccedilatildeo de cristais
durante o processo de escoamento (Lopes e Andrade 1991) Como exemplos de
dilatantes podemos citar as suspensotildees aquosas de dioacutexido de titacircnio suspensotildees de
amido de milho em etilenoglicolaacutegua goma araacutebica areia de praia molhada entre
outros (Lopes e Andrade 1991 Cheremisinoff 1993)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Os fluidos natildeo-newtonianos cujas propriedades reoloacutegicas satildeo dependentes do
tempo temos diversos tipos de comportamento de materiais que satildeo denominados de
reopeacuteticos e tixotroacutepicos Materiais que se tornam mais viscosos durante a
transformaccedilatildeo em cisalhamento suave satildeo chamados reopeacuteticos exibem um aumento
da viscosidade com o aumento da velocidade de cisalhamento a uma velocidade de
cisalhamento constante (suspensatildeo de gesso solos) e os que se tornam menos
viscosos satildeo chamados tixotroacutepicos (tinturas vaacuterios lubrificntes) (Cheremisinoff 1993)
Os materiais tixotroacutepicos satildeo inevitavelmente pseudoplaacutesticos mas nem todo
pseudoplaacutestico eacute tixotroacutepico (Lenk 1978)
Uma outra categoria de fluidos natildeo-newtoniano eacute representada pelos fluidos
viscoeslaacutesticos Um material eacute descrito como viscoelaacutestico quando em suas
propriedades mecacircnicas parte da energia eacute armazenada e outra parte eacute dissipada
como calor Na verdade todos os corpos reais satildeo viscoelaacutesticos (Graessley 1984)
Um fluido viscoelaacutestico em equiliacutebrio quando submetido agrave uma tensatildeo cisalhante
responde de dois modos sobrepostos Primeiro o material exibe uma resposta elaacutestica
que corresponde ao deslocamento das moleacuteculas de sua posiccedilatildeo inicial para uma nova
posiccedilatildeo de equiliacutebrio Isto ocorre logo apoacutes a aplicaccedilatildeo da tensatildeo e eacute chamado de
tempo de relaxamento O segundo modo de resposta agrave tensatildeo eacute o escoamento viscoso
iniciando-se tambeacutem logo que esta eacute aplicada O escoamento viscoso eacute por
conseguinte irreversiacutevel espontaneamente podendo continuar mesmo apoacutes o aliacutevio da
tensatildeo (Tager 1978) Como exemplos desta classe de fluiacutedos poliacutemeros como o
naacuteilon vaacuterias soluccedilotildees polimeacutericas e geleacuteias (Cheremisinoff 1993)
O estudo reoloacutegico de sistemas polimeacutericos tem auxiliado tanto na compreensatildeo
da estrutura molecular de muitos tipos de poliacutemeros quanto na forma como esta
conformaccedilatildeo estrutural afeta o comportamento reoloacutegico quer em condiccedilotildees
permanentes quer em deformaccedilatildeo intermitente A viscosidade e a elasticidade satildeo as
duas faces que tendem a caracterizar a maneira como um material reage a uma tensatildeo
imposta (Machado 2002)
A estrutura quiacutemica de cada biopoliacutemero bem como os grupos substituintes que
ele possui determinam suas caracteriacutesticas reoloacutegicas e portanto suas potenciais
aplicaccedilotildees (Pace 1991)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Os polissacariacutedeos microbianos variam consideravelmente em suas
propriedades fiacutesicas incluindo as caracteriacutesticas reoloacutegicas influenciando
marcadamente o processo fermentativo (Sutherland 1990)
2 JUSTIFICATIVA
A relevacircncia deste trabalho consiste na necessidade do desenvolvimento de
tecnologias de baixo custo capazes de melhorar os niacuteveis de produtividade do feijoeiro
podendo ser favorecido pelo estudo do comportamento da produccedilatildeo de polissacariacutedeos
por Rhizobium sp onde os resultados permitiratildeo avaliar a produccedilatildeo do biopoliacutemero
sintetizado como uma alternativa viaacutevel e promissora principalmente pelo uso de
bioproduto para formulaccedilatildeo de inoculante visando incrementar a contribuiccedilatildeo no
processo da Fixaccedilatildeo Bioloacutegica de Nitrogecircnio podendo gerar no futuro insumos
bioloacutegicos capazes de promover saltos qualitativos para a agricultura
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
3 OBJETIVOS 31 Geral Obter isolados de rizoacutebios para maior eficiecircncia no desenvolvimento da planta visando
selecionar microrganismos para produccedilatildeo de polissacariacutedeos extracelulares e que
possuam capacidade para produzir biopoliacutemero
32 Especiacuteficos
Estudo cineacutetico do cultivo de rizoacutebios para determinar as condiccedilotildees culturais que
assegurem uma produccedilatildeo eficiente de polissacariacutedeos
Determinar quais os melhores isolados produtores de polissacariacutedeo em meio
liacutequido (gL-1)
Estudar paracircmetros na produccedilatildeo de exopolissacariacutedeo formado pelas estirpes de
rizoacutebio tais como volume de inoacuteculo e o comportamento viscosimeacutetrico da
dispersatildeo do polissacariacutedeo
Avaliar a influecircncia do tempo na produccedilatildeo do polissacariacutedeo pelo
acompanhamento de consumo de substrato e de formaccedilatildeo do produto
Determinar a composiccedilatildeo quimica e a dosagem de sacarose das melhores
estirpes produtoras de polissacariacutedeo
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
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Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
5 CAPIacuteTULO 1
BIOPOLIacuteMEROS SINTETIZADOS POR Rhizobium sp PRODUCcedilAtildeO E COMPORTAMENTO REOLOacuteGICO
Barreto M C S 12 Figueiredo M V B 2 Burity H A2 Lima-Filho J L 1
1Universidade Federal de Pernambuco Rua Nelson Chaves sn Cidade Universitaacuteria
Recife ndash PE Brasil
2Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria ndash IPA Laboratoacuterio Biologia do
Solo Av Gal San Martin 1371 Bongi Recife ndash PE Brasil
Autor de correspondecircncia Maria do Carmo Silva Barreto Empresa Pernambucana de Pesquisa
Agropecuaacuteria ndash IPA Laboratoacuterio Biologia do Solo Av Gal San Martin 1371 Bongi Recife ndash PE
Brasil E-mail mcsbarretogmailcom
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
RESUMO Os biopoliacutemeros polissacariacutedicos de origem microbiana sintetizados por bacteacuterias
fungos e leveduras satildeo tambeacutem conhecidos como goma devido a sua capacidade de
formar soluccedilotildees viscosas e geacuteis em meio aquoso A produccedilatildeo de exopolissacariacutedeos
(EPS) microbianos tem sido objeto de intensa pesquisa tendo em vista seu elevado
potencial de aplicaccedilatildeo em diferentes setores No entanto os polissacariacutedeos
sintetizados por bacteacuterias do grupo Rhizobium tem sido estudados na tentativa de
melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose leguminosa X Rhizobium uma vez
que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes da especificidade simbioacutetica
entretanto a precisa funccedilatildeo destas moleacuteculas ainda estaacute sendo investigada No
processo de produccedilatildeo e viscosidade de polissacariacutedeo a ser obtido deve-se considerar
desde o microrganismo em estudo ateacute a determinaccedilatildeo dos paracircmetros de agitaccedilatildeo
tempo de incubaccedilatildeo excesso ou ausecircncia de carboidratos e volume de inoculo onde
se destaca o meio de produccedilatildeo e sua influecircncia na siacutentese no rendimento e na
composiccedilatildeo dos EPS O objetivo deste trabalho foi avaliar a produccedilatildeo e viscosidade de
biopoliacutemeros obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp comparados com a estirpe padratildeo
Rhizobium tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo O biopoliacutemero foi obtido
atraveacutes de agitaccedilatildeo em incubador agitador As condiccedilotildees foram 28 degC 200 rpm por 96
e 168 horas em meio YM modificado Foram avaliados a produccedilatildeo pela massa seca
da soluccedilatildeo aquosa dos biopoliacutemeros a 25 (vv) atraveacutes da teacutecnica da massa seca e
apoacutes a secagem do produto foi realizada em dissecador agrave temperatura de 30 degC ateacute
massa constante Para medidas de viscosidade as amostras foram determinadas em
viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT Spindle 1) a 20 degC a diferentes taxas
de cisalhamento Os resultados mostraram que os isolados no tempo de fermentaccedilatildeo
de 168 horas apresentou maior produccedilatildeo de EPS Com o aumento do tempo tambeacutem
houve um aumento da viscosidade para todos os isolados
Palavras Chave Exopolissacariacutedeos (EPS) reologia rizoacutebio
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ABSTRACT
The biopolymers are polysaccharide from microbial origin synthesized by bacteria fungi
and yeast They are also known as gums due to their capacity to produce viscous
solutions and gel in an acquoso medium The production of microbial Exopolysaccharide
(EPS) has been an object of intensive research due to its high application and potential
in different fields However the polysaccharide synthesized by bacteria from
Rhizobium have been studied to help understand their participation in the leguminous
symbiosis X Rhizobium since these biopolymers seem to determine the symbiotic
specificity however the precise function of those molecules are still to be seen to
During the process of production and viscosity of polysaccharide it should be
considered from the microorganism being studied to the determination of rotatory
parameters time of incubation excess or lack of carbohydrates and inocule volume in
which the production medium and its influence on the synthesis is highlighted in the
yield and composition of exopolysaccharides The aim of this research is to evaluate the
production and viscosity of biopolymers obtained form 8 isolated Rhizobium sp
compared to standard strain Rhizobium tropici (CIAT 899) in different culture timing The
biopolymer was obtained through rotation in shakers The conditions were 28degC
200rpm per 96 and 168 hours in modified YM medium The following items were
evaluated the production via dry weight of acquoso solution of biopolymers at 25
(vv) through the technique of dry weight and after drying the product which was done in
a dessicator at 30degC with constant weight For measuring viscosity the samples were
identified by using a rotational Brookfield (model RVT Spindle 1) viscometer at 20degC
and shear rate The results showed that the isolated ones had a bigger production within
168 hours of fermentation time Besides by increasing the time there was also an
increase of viscosity for all the isolated ones
Keywords Exopolysaccharide(EPS) rheology rhizobia
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
51 Introduccedilatildeo
Os biopoliacutemeros polissacariacutedicos de origem microbiana sintetizados por bacteacuterias
fungos e leveduras satildeo tambeacutem conhecidos como goma devido a sua capacidade de
formar soluccedilotildees viscosas e geacuteis em meio aquoso Esses polissacariacutedeos de cadeia
complexa tambeacutem satildeo conhecidos como gomas devido a sua capacidade de formar
soluccedilotildees viscosas e geacuteis em meio aquoso
Um grande nuacutemero de bacteacuterias conhecidas produz quantidades abundantes de
exopolissacariacutedeos (EPS) particularmente as patogecircnicas de plantas como as
Xanthomonas Erwinia e as bacteacuterias fixadoras de nitrogecircnio Rhizobium Beijerinkia e
Azotobacter (Vermani et al 1995) Destas os exopolissacariacutedeos de Xanthomonas
campestris (xantana) Sphingomonas paucimobilis e Pseudomonas elodea (gelana)
Acetobacter xylinum (celulose) e Rhizobium sp (succinoglucana) estatildeo sendo
comercializados (Sutherland 2001)
Os polissacariacutedeos extracelulares sintetizados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium
tecircm sido estudados na tentativa de melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose
leguminosa x Rhizobium uma vez que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes
da especificidade simbioacutetica entretanto a precisa funccedilatildeo destas moleacuteculas ainda estaacute
sendo investigada
Segundo Costerton (1987) os EPS possibilitam vida livre agrave bacteacuteria permitindo a
aderecircncia e colonizaccedilatildeo agrave superfiacutecies soacutelidas onde os nutrientes se acumulam Eles
envolvem as membranas das ceacutelulas protegendo-as do dessecamento e outros
estresses ambientais aleacutem de poder ajudar na fixaccedilatildeo de minerais e nutrientes proacuteximo
a bacteacuteria (Sutherland 1988 Whitfield 1988) Ainda segundo Costerton (1987) os
EPS podem ser homopoliacutemeros ou heteropoliacutemeros e possuem uma variedade de
substituintes natildeo carboidratados Entre os homopoliacutemeros encontrados em bacteacuterias
que interagem com plantas as mais comuns satildeo as glucanas periplasmaacuteticas β (1-2)
que estatildeo presentes em Rhizobiaceae (Otoboni 2001)
Os polissacariacutedeos bacterianos hidrossoluacuteveis vecircm sendo utilizados pelas induacutestrias
como emulsificantes estabilizantes espessantes agentes de suspensatildeo e dependendo
de sua natureza quiacutemica as gomas microbianas podem tambeacutem ser empregadas como
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
promotoras de gelificaccedilatildeo No entanto os polissacariacutedeos sintetizados por bacteacuterias do
gecircnero Rhizobium tais como succinoglicanas e galactoglucanas (Zevenhuizen 1997
Younes et al 2000) tecircm sido estudados na tentativa de melhor compreender sua
participaccedilatildeo na simbiose
A produccedilatildeo de EPS microbianos tem sido objeto de intensa pesquisa tendo em
vista seu elevado potencial de aplicaccedilatildeo em diferentes setores pois natildeo se encontra
exposta agraves alteraccedilotildees climaacuteticas ou agrave problemas nas colheitas que prejudicam a oferta
e alteram o custo de produccedilatildeo das gomas tradicionais No processo de produccedilatildeo de
polissacariacutedeos deve-se considerar desde o microrganismo em estudo ateacute a
determinaccedilatildeo dos paracircmetros de agitaccedilatildeo tempo de incubaccedilatildeo excesso ou ausecircncia
de carboidratos e volume de inoacuteculo onde se destaca o meio de produccedilatildeo e sua
influecircncia na siacutentese no rendimento e na composiccedilatildeo dos EPS (Faria 2002)
Na literatura estatildeo descritos vaacuterios meios de produccedilatildeo entretanto a composiccedilatildeo
qualitativa eacute a mesma e cada suplemento apresenta uma determinada funccedilatildeo na
produccedilatildeo de polissacariacutedeo Basicamente os meios para produccedilatildeo de polissacariacutedeos
apresentam uma fonte de foacutesforo e potaacutessio (fosfato de potaacutessio) e nitrogecircnio (sulfato
de amocircnio) em concentraccedilotildees adequadas para o crescimento do microrganismo uma
fonte de carbono (glicose sacarose manose frutose e outras) como reserva energeacutetica
e ainda oligoelementos como Na1+ K1+ Ca2+ Mg2+ Fe2+ e outros os quais tecircm um
papel importante como cofatores enzimaacuteticos nas vias de produccedilatildeo do polissacariacutedeo
(Martins et al 1990 Wong 1993 Madi et al 1997)
Soluccedilotildees de biopoliacutemeros bacterianos com propriedades reoloacutegicas interessantes
do ponto de vista industrial geralmente exibem propriedades pseudoplaacutesticas
viscoelaacutesticas e tensatildeo residual elevada (Sutherland 2001) poreacutem a viscosidade
aparente do caldo de fermentaccedilatildeo era o paracircmetro utilizado para avaliar a qualidade do
biopoliacutemero (Scamparini 1991 Bueno amp Garcia-Cruz 2000) Dos paracircmetros que
interferem na viscosidade dos poliacutemeros pode-se citar o tipo de estrutura molecular e
concentraccedilatildeo de poliacutemero A viscosidade da soluccedilatildeo aquosa de um polissacariacutedeo estaacute
diretamente relacionada com a rigidez de sua moleacutecula que por sua vez depende da
sua estrutura principalmente da estrutura primaacuteria e secundaacuteria a qual estaacute
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
diretamente relacionada agrave bacteacuteria utilizada e agraves condiccedilotildees operacionais do processo
de produccedilatildeo (Bradshaw et al 1983)
A seleccedilatildeo de microrganismos que produzam polissacariacutedeos com propriedades
funcionais economicamente interessantes bem como os estudos para otimizar o
rendimento e a produtividade dos processos fermentativos na obtenccedilatildeo destes eacute um
desafio constante (Boza 2002) A seleccedilatildeo da linhagem deveria ser o primeiro passo
quando se tenta um processo especiacutefico de produccedilatildeo
Dentro deste contexto este trabalho teve como objetivo geral avaliar a produccedilatildeo e
viscosidade de EPS obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp comparados com a estirpe
padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo
52 Material e Meacutetodos
Microrganismos
Foram utilizadas as bacteacuterias pertencentes ao gecircnero Rhizobium 8 isolados (nativos
da regiatildeo do sertatildeo de Pernambuco ndash Araripina) do banco de germoplasma da
Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria - IPA resistentes a alta
temperatura e formadoras de goma e uma estirpes padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899)
obtidas do Centro Nacional de Pesquisa em Agrobiologia - CNPAB EMBRAPA
As estirpes descritas na Tabela 1 foram mantidas em meio YMA (Vincent 1970 -
modificado) contendo (gL-1) sacarose (30 g) extrato de levedura (04 g) 1 mL de
K2HPO4 a 10 4 mL de KH2PO4 a 10 2 mL de MgSO47H2O a 10 1 mL de NaCl
a 10 5 mL de Azul de Bromotimol 025 em KOH a 02N ou 10 mL de Vermelho
Congo a 025
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Inoacuteculo
As estirpes descritas na Tabela 1 foram purificadas por repicagem em placas de
petri contendo o meio YMA (Vincent 1970 - modificado) utilizando o corante vermelho
do congo como indicador Apoacutes a purificaccedilatildeo as bacteacuterias foram repicadas em tubos
inclinados em meio de cultura sem o indicador vermelho de congo as quais foram
incubados a 28 degC por 48 horas em estufa e armazenadas a plusmn4 degC
A partir dessas culturas os experimentos foram conduzidos em duas etapas
Primeiro preparou-se um preacute-inoacuteculo partindo de uma alccedilada de cultura crescida sobre
meio YMA e incubada em estufa por 48 h a 28 plusmn 1 degC Transcorrido este periacuteodo
Isolados
Estirpe
Tamanho
das colocircnias
Tempo
Crescimento (dias)
pH
Transparecircncia
Hospedeiro
Origem
ISOL-1
gt 1 mm
2
Alcalino
Transluacutecido
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-2
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-3
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-4
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-6
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-11
gt 1 mm
2
Aacutecido
Transluacutecido
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-14
lt 1 mm
2
Levemente
Aacutecido
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-16
gt 1 mm
2
Levemente
Aacutecido
Opaco
Phaseolus vulgaris
CIAT 899
gt 1 mm
2
Aacutecido
Transluacutecido
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
Cali-CO
Tabela 1 Caracteriacutesticas morfofisioloacutegicas dos Isolados de rizoacutebios e da estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
preparou-se o inoacuteculo atraveacutes da transferecircncia asseacuteptica em Erlenmeyer de 250 mL
com 80 mL de meio de produccedilatildeo contendo 25 (vv) de uma cultura do preacute-inoacuteculo
crescida ateacute a fase logariacutetma e incubados em agitador rotatoacuterio a 200 rpm a 28 plusmn 1 degC
em triplicata
Produccedilatildeo e recuperaccedilatildeo de biopoliacutemero
A produccedilatildeo total dos biopoliacutemeros [g(Lh)-1] obtidos nos diferentes tempos de
cultivo foram avaliados pela massa do produto seco por volume de meio YM
modificado em Incubadora refrigerada com agitaccedilatildeo Modelo TE-421 TECNAL A
quantidade produzida de EPS durante a fermentaccedilatildeo foi determinada atraveacutes da
teacutecnica da massa seca Apoacutes centrifugaccedilatildeo aacutelcool etiacutelico PA foi adicionado ao mosto
fermentado ateacute atingir a concentraccedilatildeo de 80 na soluccedilatildeo hidroalcooacutelica formada
Apoacutes a total precipitaccedilatildeo do EPS presente no meio fermentado foi realizado a secagem
do produto em dissecador agrave temperatura 30 degC ateacute massa constante Todas as
determinaccedilotildees foram efetuadas em triplicata
Viscosidade
A caracterizccedilatildeo reoloacutegica do biopoliacutemero produzido foi determinada em um
viscosiacutemetro rotacional Brookfield modelo RVT com spindle 1 a 20 degC acoplados a
um banho-maria termostatizado modelo TE-184 TECNAL Foram determinadas as
viscosidades aparentes e a avaliaccedilatildeo do comportamento pseudoplaacutestico As equaccedilotildees
e procedimentos especiacuteficos aplicados para os caacutelculos das taxas de cisalhamento em
funccedilatildeo da rotaccedilatildeo aplicada no material foram obtidos atraveacutes dos meacutetodos verificados
por Mitschka (1982) citado por Morais (1999) para reocircmetros deste modelo (RV)
O modelo reoloacutegico adotado foi de Ostwald-de Waele (power-law)
n
kibull
= γτ )(
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Pelo meacutetodo utilizado a tensatildeo de cisalhamento eacute calculada pela multiplicaccedilatildeo da
leituras de torque pela constante tabelada kat (funccedilatildeo do rotor) e a taxa de cisalhamento
pela constante kγ (funccedilatildeo do rotor e iacutendice da potecircncia) (Morais 1999)
)()( iLKi at=τ
)()()( iWnKi γγ =
Os valores das constantes das constantes de Mitschka se encontram na tabela 2
seguinte
Tabela 2 Valores das constantes kat e kγ (Mitshka 1982)
Rotor 1 2 3 4 5 6 7
kat 0035 0119 0279 0539 105 235 84
n=01 1728 1431 1457 1492 1544 1366 1936
02 0967 0875 0882 0892 0907 0851 1007
03 0705 0656 0656 0658 0663 0629 0681
kγ 04 0576 0535 0530 0529 0528 0503 0515
05 0499 0458 0449 0445 0442 0421 0413
06 0449 0404 0392 0387 0382 0363 0346
07 0414 0365 0350 0343 0338 0320 0297
08 0387 0334 0317 0310 0304 0286 0261
09 0367 0310 0291 0283 0276 0260 0232
10 0351 0291 0270 0262 0254 0238 0209
Anaacutelise Estatiacutestica Para as anaacutelises individuais do experimento foi utilizado um delineamento
inteiramente casualizado com nove (n = 9) bacteacuterias e trecircs repeticcedilotildees (r =3) O modelo
matemaacutetico utilizado foi o aditivo linear
Yij = micro + bi + lij onde
Yij eacute a variaacutevel resposta (produccedilatildeo de biopoliacutemero) da i-eacutesima bacteacuteria na j-eacutesima
repeticcedilatildeo
micro eacute a meacutedia geral do experimento
bi eacute o efeito da i-eacutesima bacteacuteria
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
lij eacute o componente aleatoacuterio (erro experimental ou resiacuteduo) para a i-eacutesima bacteacuteria e j-
eacutesima repeticcedilatildeo Considerando eij independente e normalmente distribuiacutedo com meacutedia
zero e variacircncia σe2
O esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia utilizado para os experimentos de 96
e 168 horas pode ser visto na Tabela abaixo
Para a anaacutelise de Grupo de experimentos foi utilizado o modelo matemaacutetico Yijk = micro + bi + ti + (bt)ik + lijk onde
Yijk eacute a variaacutevel resposta (produccedilatildeo de biopoliacutemero) da i-eacutesima bacteacuteria no k-eacutesimo
tempo da j-eacutesima repeticcedilatildeo
micro eacute a meacutedia geral dos experimentos
bi eacute o efeito da i-eacutesima bacteacuteria
tk eacute o efeito do k-eacutesimo tempo
(bt)ik eacute o efeito da interaccedilatildeo hierarquica da i-eacutesima bacteacuteria com o k-eacutesimo tempo
lijk eacute o componente aleatoacuterio (erro experimental ou resiacuteduo) para a i-eacutesima bacteacuteria do
k-eacutesimo tempo na j-eacutesima repeticcedilatildeo Considerando lijk independente e normalmente
distribuiacutedo com meacutedia zero e variacircncia σe2
Fonte de variaccedilatildeo
GL
SQ
QM
F
Bacteacuterias
Resiacuteduos
1minusn
( )1minusrn
Total
1minusnr
sum=
minus
n
iCbir 1
21
Diferenccedila
CYij
r
j
n
iminussumsum
==
2
11
1Q
2Q
21
Tabela 3 ndash Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para experimentos em 96 e 168 horas
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
O esquema teoacuterico da decomposiccedilatildeo da variacircncia utilizado pode ser visto na Tabela 3
1minusnrt
53 Resultados e Discussatildeo
Produccedilatildeo de biopoliacutemero
As Tabelas 5 e 6 apresentam os resultados da anaacutelise de variacircncia e dos dados
meacutedios das anaacutelises individuais e do grupo de experimento da produccedilatildeo de biopoliacutemero
(gL-1) para os tempos de cultivo (96 e 168 horas) respectivamente
A Tabela 6 apresenta a produccedilatildeo meacutedia (gL-1) das fermentaccedilotildees realizadas em
triplicata para a produccedilatildeo do biopoliacutemero durante 96 e 168 horas de cultivo dos 8
isolados e da estirpe padratildeo CIAT 899 e a meacutedia do grupo de experimento das
mesmas Nesta observa-se que a produccedilatildeo maacutexima no periacuteodo de 168 horas de
processo ocorreu para todas as estirpes poreacutem a bacteacuteria CIAT 899 (padratildeo)
apresentou a maior produccedilatildeo em relaccedilatildeo aos demais tratamentos ( ISOL 14 ISOL 16 e
ISOL 3 ) pelo teste de Tukey a niacutevel de 1 de probabilidade Isto sugere que com o
aumento do tempo (168 horas) ocorre um aumento da produccedilatildeo o que mostra que a
Fonte de variaccedilatildeo
GL
SQ
QM
F
Bacteacuterias (B)
1minusn
_
1Q
41 QQ
Tempo (T) 1minust _ 2Q 42 QQ
Interaccedilatildeo (BxT) ( )( )11 minusminus tn _ 3Q
43
Resiacuteduo ( )1minusrnt _ 4Q
Tabela 4 ndash Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para grupo de experimentos
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
condiccedilatildeo de 30 g de sacarose 200 rpm 168 horas e 28 degC eacute a condiccedilatildeo maximizada
para a produccedilatildeo do biopoliacutemero realizada neste estudo No entanto em relaccedilatildeo a
meacutedia das produccedilotildees de 96 e 168 horas a estirpe CIAT 899 natildeo apresentou diferenccedila
significativa pelo teste de Tukey (plt001) em relaccedilatildeo ao ISOL 14 A menor produccedilatildeo
de biopoliacutemero ocorreu com o ISOL 1
FV GL
Quadrado Meacutedio 96 horas
168 horas
Bacteacuteria
Resiacuteduo
8
18
04366
00099
08720
00213
Significacircncia ao niacutevel (plt001) para o teste de F CV () 1525 (96 horas) CV() 1420 (168 horas)
Bacteacuterias
Produccedilatildeo
(gL-1) 96 horas
Produccedilatildeo
(gL-1) 168 horas
Meacutedia Produccedilatildeo
(gL-1) 96 e 168 horas
CIAT 899 12520 a 18542 a 15531 a
ISOL 14 10575 ab 16608 ab 13592 a
ISOL 16 08237 bc 13225 bc 10731 ab
ISOL 3 08825 bc 11746 cd 10285 ab
ISOL 11 06241 cd 08463 d 07352 bc
ISOL 4 04958 de 09429 cd 07194 bc
ISOL 6 04029 def 08479 d 06254 bc
ISOL 2 02162 ef 03217 e 02690 c
ISOL 1 01229 f 02779 e 02004 c
Tabela 6 Dados meacutedios das anaacutelises individuais e do grupo de experimento da produccedilatildeo de biopoliacutemeros por Rhizobium sp
Tabela 5 Resultados da anaacutelise de variacircncia da produccedilatildeo de biopoliacutemeros sintetizados por Rhizobium cultivados por 96 e 168 horas de cultivo
As meacutedias (3 repeticcedilotildees) seguidas de mesma letra natildeo diferem estatisticamente entre si pelo teste de Tukey (plt001) CV () 1525 (96 horas) CV () 1420 (168 horas) CV () 1487 (96 e 168 horas)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Entretanto sabe-se que a produccedilatildeo eacute influenciada pela linhagem do
microrganismo tempo e meio de fermentaccedilatildeo (Antunes et al 2000 Souza amp
Vendruscolo 2000 Torres et al 1993) Neste estudo a fonte de carbono utilizada como
substrato foi agrave sacarose que eacute bastante utilizada em experimentos de fermentaccedilatildeo As
fermentaccedilotildees foram realizadas com o meio de produccedilatildeo elaborado a partir do meio YM
(Vincent 1970) suplementado com uma dosagem maior de sacarose (30 gL) no intuito
de incrementar a produccedilatildeo das linhagens testadas
As bacteacuterias do gecircnero Rhizobium satildeo capazes de utilizar uma ampla gama de
produtos como fontes de carbono A literatura cita cultivos com glicose galactose
frutose arabinose xilose ramnose maltose sacarose lactose trealose rafinose
manitol furamato malato succinato citrato e piruvato (Jordan 1984) De todos estes
produtos a sacarose eacute o de mais faacutecil obtenccedilatildeo e mais vantajoso economicamente
Segundo Sutherland (2002) a glicose e sacarose satildeo usadas como fontes de carbono
preferenciais para a produccedilatildeo de biopoliacutemeros O rendimento da conversatildeo de
sacarose em ceacutelulas pelo R leguminosarum bv phaseoli oscila entre 04 e 05 g de
ceacutelulas por grama de sacarose (Boiardi 1983 Balatti 1992 IPT 1993a)
Padilha (2003) tambeacutem verificou que os resultados de fermentaccedilatildeo obtidos em
duas linhagens de Xanthomonas demonstraram a influecircncia do tempo de incubaccedilatildeo na
produccedilatildeo do biopoliacutemero onde a linhagem X axonopodis pv manihotis 289 apresentou
maior concentraccedilatildeo em ambas as condiccedilotildees testadas 72 e 96 horas 69 gL-1 e 79
gL-1 respectivamente em relaccedilatildeo agrave linhagem de X campestris pv campestris CA110
que produziu 63 gL-1 e 68 gL-1 respectivamente
Apoacutes a fermentaccedilatildeo os biopoliacutemeros foram purificados (por
centrifugaccedilatildeo) recuperados e avaliados visualmente para verificar as diferenccedilas
quanto agrave coloraccedilatildeo e estrutura das duas estirpes maiores produtoras de goma (CIAT
899 e ISOL 14) apoacutes a precipitaccedilatildeo com etanol A Figura 3 apresenta o aspecto dos
EPS precipitados a partir da produccedilatildeo onde pode-se observar diferenccedilas quanto ao
aspecto da goma precipitada Observa-se que os poliacutemeros sintetizado pelo ISOL 14
apresenta um aspecto transluacutecido enquanto que o CIAT 899 um aspecto mais opaco e
denso Quanto agrave coloraccedilatildeo natildeo foi detectada pigmentaccedilatildeo nas gomas obtidas
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Segundo Sandford (1979) os meacutetodos usados para a recuperaccedilatildeo de um
biopoliacutemero dependem sobretudo das caracteriacutesticas do microrganismo utilizado do
tipo de polissacariacutedeo e do grau de pureza desejado
Smith amp Pace (1982) revisaram esquemas de recuperaccedilatildeo para polissacariacutedeos
microbianos A precipitaccedilatildeo (baseada no caraacuteter polieletriliacutetico do polissacariacutedeo) tem
sido realizada pela adiccedilatildeo de caacutetions (como eletroacutelito) mono e polivalentes bem como
pela utilizaccedilatildeo de diversos tipos de solventes (acetona metanol etanol isopropanol 1-
butanol ou 111-tricloroetano) como agentes precipitantes
Os soacutelidos obtidos neste estaacutegio de separaccedilatildeo satildeo lavados com soluccedilatildeo
(etanolaacutegua) para remoccedilatildeo de grande parte das impurezas (Sais inorgacircnicos e
pigmentos) sendo entatildeo secos agrave vaacutecuo ou pela passagem forccedilada de ar quente ou
gaacutes inerte (Pace amp Righelato 1981) As condiccedilotildees de secagem devem ser tais que
evitem a degradaccedilatildeo quiacutemica coloraccedilatildeo excessiva ou mudanccedilas na solubilidade do
produto (Margaritis amp Pace 1985) O biopoliacutemero seco eacute entatildeo moiacutedo a uma
granulometria preacute-determinada dependendo da aplicaccedilatildeo do produto
Figura 3 ndash Aspecto do EPS precipitado sintetizado a partir do ISOL 14 (a) e do CIAT 899 (b) com 168 horas de cultivo
(a) (b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Viscosidade aparente
As propriedades reoloacutegicas foram avaliadas atraveacutes da anaacutelise de viscosidade
aparente para verificar o comportamento reoloacutegico dos EPS produzidas a temperatura
de 20 degC comparando-se nos tempos de fermentaccedilatildeo de 96 e 168 horas
Os resultados obtidos podem ser visualizados nas figuras 4 e 5 onde as soluccedilotildees
das gomas apresentaram comportamento pseudoplaacutestico isto eacute a viscosidade
aparente decresceu com o aumento da taxa de cisalhamento De acordo com a
literatura esse comportamento tem sido encontrado em soluccedilotildees polimeacutericas de
polissacariacutedeos microbianos (Amanullah et al 1996 Cacik et al 2001 Padilha 2003)
0
005
01
015
02
025
03
035
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110Taxa Cisalhamento (s-1)
Visc
osid
ade
apar
ente
(Pa
s)
ISOL 1
ISOL 2
ISOL 3
ISOL 4
ISOL 6
ISOL 11
ISOL 14
ISOL 16
CIAT899
Figura 4 Variaccedilatildeo da viscosidade aparente em funccedilatildeo da taxa de cisalhamento de soluccedilotildees aquosas de EPS 25 (vv) de 8 isolados de Rhizobium e uma estirpe padratildeo CIAT 899 a 20 degC com tempo de fermentaccedilatildeo de 96 h determinada com viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
0
005
01
015
02
025
03
035
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
Taxa cisalhamento (s-1)
Visc
osid
ade
apar
ente
(Pa
s)ISOL 1
ISOL 2
ISOL 3
ISOL 4
ISOL 6
ISOL 11
ISOL 14
ISOL 16
CIAT 899
Atraveacutes dos graacuteficos comparativos entre as leituras de viscosidade aparente das
soluccedilotildees aquosas das diferentes gomas produzidas pode-se visualizar que o CIAT
899 ISOL 3 e ISOL 16 apresentaram os valores de viscosidade mais elevados em
ambos os tempos de processo poreacutem em 168 horas as viscosidades tiveram um
aumento comparando-se a 96 horas (Figura 4 e 5)
A diminuiccedilatildeo da viscosidade com o aumento da taxa de cisalhamento eacute uma
caracteriacutestica comum aos biopoliacutemeros bacterianos Beyer et al (1987) observaram que
em soluccedilotildees a 1 do polissacariacutedeo produzido por Rhizobium CB744 medidas a 25 degC
e 65 degC tambeacutem houve um decreacutescimo da viscosidade com taxa de cisalhamento e
temperatura Vendruscolo (1995) estudou o comportamento reoloacutegico das soluccedilotildees
aquosas a 6 do biopoliacutemero Beijerinckia 7070 produzido por fermentaccedilatildeo com meio
VIII contendo 5 de sacarose medido nas temperaturas de 25 45 e 65 deg C Verificou
que a viscosidade eacute dependente da temperatura e que decresce com o aumento desta
poreacutem o biopoliacutemero recupera as suas caracteriacutesticas reoloacutegicas quando a viscosidade
eacute medida novamente na temperatura inicial no caso 25 degC
Figura 5 Variaccedilatildeo da viscosidade aparente em funccedilatildeo da taxa de cisalhamento de soluccedilotildees aquosas de EPS 25 (vv) de 8 isolados de Rhizobium e uma estirpe padratildeo CIAT 899 a 20 degC com tempo de fermentaccedilatildeo de 168 h determinada com viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Em estudo realizado por Bueno amp Garcia-Cruz (2000) com a bacteacuteria do gecircnero
Pseudomonas foi verificada a influecircncia do tempo de cultivo em 24 48 e 72 horas
utilizando-se dois caldos de fermentaccedilatildeo diferentes Em um caldo a fonte de carbono
utilizada foi a glicose e no outro a sacarose na concentraccedilatildeo de 20 Os
biopoliacutemeros apresentaram comportamento pseudoplaacutestico e a maior viscosidade
aparente obtida foi em 72 horas de cultivo O meio contendo sacarose produziu fluidos
mais viscosos em 24 e 48 horas e o contendo de glicose produziu fluidos mais viscosos
somente apoacutes 72 horas de cultivo
As propriedades reoloacutegicas do biopoliacutemero devem ser estaacuteveis durante mudanccedilas
na temperatura pH e forccedila iocircnica O conhecimento sobre as propriedades dos
biopoliacutemeros principalmente a viscosidade e o comportamento reoloacutegico satildeo
importantes para futuras aplicaccedilotildees industriais refletem sua estrutura quiacutemica primaacuteria
e servem para predizer em quais produtos podem ser utilizados (Scamparini et al
1997)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
54 Conclusotildees
Eacute possiacutevel produzir biopoliacutemeros a partir de Rhizobium sp utilizando-se meio
suplementado (sacarose 30 gL)
A condiccedilatildeo maximizada para a produccedilatildeo de biopoliacutemeros sintetizados por
Rhizobium sp a partir do meio suplementado dentro das faixas estudadas foi 28
degC 200 rpm 168 horas de fermentaccedilatildeo em meio contendo 25 (vv) inoculo
A produccedilatildeo obtida nessa condiccedilatildeo foi 185 gL-1 para a estirpe CIAT 899 166
gL-1 para o ISOL 14 e 132 gL-1 para o ISOL 16
Os biopoliacutemeros sintetizados por Rhizobium sp apresentaram comportamento
reoloacutegico caracteriacutestico de soluccedilotildees polimeacutericas de polissacariacutedeos microbianos
apresentando os valores mais elevados de viscosidade aparente para CIAT 899
ISOL 3 e ISOL 16 respectivamente para soluccedilotildees aquosas de goma sintetizadas
a partir de sacarose 30 gL medidos a 20 degC em 168 horas de processo
Estudos viscosiacutemetricos de soluccedilotildees do polissacariacutedeo revelaram seu
comportamento pseudoplaacutestico mesmo em baixas concentraccedilotildees
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
55 Referecircncias
Amanullah A Serrano LC Galindo E Nienow AW (1996) Reproducibility of pilot scale
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Antunes AEC Moreira AS Vendruscolo JLS Vendruscolo CT (2000) Viscosidade
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pv Pruni Ciecircncia e Engenharia 9 (1) 83-87
Balatti AP (1992) Produccioacuten de inoculantes para leguminosas La Pampa Facultad de
Ciecircncias Exactas Y Naturales de la Universidad Nacional de La Pampa 152p
Beyer R Melton DL Kennedy DL (1987) Viscosity studies on the polysaccharide gum
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Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
6 CAPIacuteTULO 2
CINEacuteTICA MICROBIANA E COMPOSICcedilAtildeO QUIacuteMICA DOS EPSs PRODUZIDOS POR Rhizobium sp
Barreto M C S 12 Figueiredo M V B 2Oliveira J P2 Lima-Filho J L 1
1Universidade Federal de Pernambuco Rua Nelson Chaves sn Cidade Universitaacuteria
Recife ndash PE Brasil
2Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria ndash IPA Laboratoacuterio Biologia do
Solo Av Gal San Martin 1371 Bongi Recife ndash PE Brasil
O manuscrito a seguir seraacute submetido agrave revista Scientia Agraacuteria
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
RESUMO Os exopolissacariacutedeos (EPSs) satildeo definidos como polissacariacutedeos extracelulares
produzidos por alguns fungos e bacteacuterias Alguns EPSs satildeo sintetizados durante todo o
crescimento bacteriano enquanto que outros satildeo produzidos somente durante a fase
logariacutetmica ou na fase estacionaacuteria O objetivo deste trabalho foi avaliar o crescimento
microbiano e dosagem de sacarose assim como determinar a composiccedilatildeo quiacutemica das
melhores estirpes obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp em diferentes tempos de
cultivo O biopoliacutemero foi obtido atraveacutes de agitaccedilatildeo em incubador rotatoacuterio As
condiccedilotildees foram 28 degC 200 rpm por 96 e 168 horas em meio YM modificado Foram
avaliados a cineacutetica microbiana pela contagem do nuacutemero de unidades formadoras de
colocircnias (UFC) e por densidade oacutetica assim como consumo de substrato (sacarose)
pelo meacutetodo glicose-oxidase e determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo quiacutemica por cromatografia
gaacutes liacutequido (GLC) Os resultados mostraram que a cineacutetica de crescimento microbiano
apresentou na fase logariacutetmica valores correspondentes a uma concentraccedilatildeo celular
meacutedia de 109 UFCmL para todos os isolados e estirpe padratildeo CIAT 899 apoacutes 72 horas
de incubaccedilatildeo O consumo de substrato em 168 horas de fermentaccedilatildeo foi de de 455
gL e 478 gL para o ISOL 14 e CIAT 899 respectivamente A composiccedilatildeo dos
accedilucares dos exopolissacariacutedeos do ISOL 14 apresentou valores superiores de
ramnose manose galactose glicose e aacutecidos urocircnicos na moleacutecula em relaccedilatildeo a
estirpe padratildeo CIAT 899
Palavras Chave Exopolissacariacutedeos glicose rizoacutebio sacarose unidades formadoras de colocircnias (UFC)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
61 Introduccedilatildeo
Os exopolissacariacutedeos (EPSs) chamados de biopoliacutemeros ou gomas
hidrossoluacuteveis satildeo produzidos por uma grande variedade de microrganismos e
possuem propriedades fiacutesicas estruturais e quiacutemicas bastante homogecircneas em
relaccedilatildeo aos derivados de algas e plantas (Margaritis Pace 1985)
A produccedilatildeo de EPS pode ser limitada por certas condiccedilotildees como quantidade de
carboidratos nitrogecircnio cofatores no meio temperatura pH e condiccedilotildees de aeraccedilatildeo
Entretanto os efeitos destas condiccedilotildees natildeo podem ser generalizados para todas as
estirpes bacterianas deve-se levar em consideraccedilatildeo as particularidades de cada uma
Os EPSs formam uma camada protetora para as ceacutelulas protegendo-as da
desidrataccedilatildeo e de substacircncias toacutexicas e servem como fonte de carbono e energia aleacutem
de manterem os microrganismos perto das fontes alimentares
Os primeiros estudos nutricionais sobre a composiccedilatildeo do meio de produccedilatildeo foram
realizados por Davidson (1978) em cultivo contiacutenuo e por Souw amp Demain (1979) em
batelada Souw amp Demain (1979) estudaram diferentes fontes de carbono e nitrogecircnio e
concluiacuteram que as melhores fontes de carbono satildeo accediluacutecares especialmente glicose e
sacarose Aleacutem do tipo de substrato utilizado a concentraccedilatildeo inicial deste no meio de
cultivo parece ser um fator decisivo para o sucesso do processo fermentativo
Thomart et al (1985) concluiacuteram que a produccedilatildeo de poliacutemero eacute altamente
dependente da concentraccedilatildeo inicial de accediluacutecar enquanto o crescimento do
microrganismo independe desta concentraccedilatildeo inicial de accediluacutecar Foi relatada uma
produccedilatildeo decrescente de poliacutemero agrave medida em que a concentraccedilatildeo inicial de glicose
foi aumentada caindo rapidamente a razatildeo poliacutemerobiomassa para concentraccedilotildees
iniciais maiores que 3
Diversas pesquisas tecircm tentado elucidar a rota biossinteacutetica as condiccedilotildees de
crescimento e a fisiologia bacteriana que leva agrave produccedilatildeo de polissacariacutedeos Alguns
EPSs satildeo sintetizados durante todo o crescimento bacteriano enquanto que outros satildeo
produzidos somente durante a fase logariacutetmica ou na fase estacionaacuteria A siacutentese de
todos esses EPSs eacute um processo intracelular utilizando accedilucares difosfato nucleotiacutedios
(De Souza Sutherland 1994)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Tem sido observado que as limitaccedilotildees da fonte de nitrogecircnio fosfato ou enxofre em
presenccedila de excesso de carboidrato podem conduzir a um aumento na siacutentese de
polissacariacutedeo embora a quantidade seja tambeacutem afetada pelo teor de oxigecircnio pH e
temperatura Cada cepa bacteriana difere em sua resposta ao efeito destas mudanccedilas
ambientais e agrave fonte de carbono utilizada (Faria 2002) Portanto a utilizaccedilatildeo do meio
de fermentaccedilatildeo mais adequado para a produccedilatildeo de EPS iraacute refletir nas propriedades
funcionais de cada polissacariacutedeo obtido
Para a produccedilatildeo de EPS podem ser usados os mais diversos substratos glicose
frutose sacarose lactose amido hidrolisado metanol diferentes hidrocarbonetos O
custo de produccedilatildeo eacute dependente destes substratos (Margaritis Pace 1985) De todos
estes produtos a sacarose eacute o de mais faacutecil obtenccedilatildeo e mais vantajoso
economicamente O rendimento da conversatildeo de sacarose com ceacutelulas pelo R
leguminosarum bv phaseoli oscila entre 04 e 05 g de ceacutelulas por grama de sacarose
(Boiardi 1983 Balatti 1992 IPT 1993 a) A sacarose (C12H22O11) eacute um dissacariacutedeo
natildeo redutor o qual por hidroacutelise com aacutecidos muito diluiacutedos resinas de troca catiocircnica ou
a enzima invertase fornece proporccedilotildees equimolares de D-Glicose e D-Frutose
Geralmente concentraccedilotildees limitantes de alguns nutrientes e excesso de
carboidrato favorecem a produccedilatildeo de polissacariacutedeos (Sutherland 1979) Obteacutem-se um
alto rendimento quando ocorre a conversatildeo de 70-80 da fonte de carbono utilizada
em biopoliacutemero (Margaritis Pace 1985)
Um aspecto de extrema importacircncia em relaccedilatildeo aos EPSs eacute a necessidade de
um riacutegido controle das condiccedilotildees de fermentaccedilotildees uma vez que diferentes paracircmetros
de produccedilatildeo levam agrave obtenccedilatildeo de produtos com caracteriacutesticas heterogecircneas
Assim eacute fundamental que qualquer estudo para a produccedilatildeo de EPS seja
acompanhado pela caracterizaccedilatildeo do material produzido principalmente a composiccedilatildeo
quiacutemica uma vez que pequenas variaccedilotildees quiacutemicas na moleacutecula teratildeo grande efeito
para determinadas aplicaccedilotildees
Dentro deste contexto este trabalho teve como objetivo geral avaliar a cineacutetica
microbiana obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp e uma estirpe padratildeo Rhizobium
tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo determinar a dosagem da sacarose
do ISOL 14 e a estirpe padratildeo CIAT 899 e a composiccedilatildeo quiacutemica do ISOL 14
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
selecionadas como as estirpes maiores produtoras de EPS em estudos realizados
anteriormente por Barreto et al (2008) (submetido agrave publicaccedilatildeo)
62 Material e Meacutetodos
Microrganismos
Foram utilizadas as bacteacuterias pertencentes ao gecircnero Rhizobium 8 isolados (nativos
da regiatildeo do sertatildeo de Pernambuco ndash Araripina) do banco de germoplasma da
Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria - IPA resistentes a alta
temperatura e formadoras de goma e uma estirpes padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899)
obtidas do Centro Nacional de Pesquisa em Agrobiologia - CNPAB EMBRAPA
As estirpes descritas na Tabela 1 foram mantidas em meio YMA (Vincent 1970)
modificado contendo (gL-1) sacarose (30 g) Extrato de Levedura (04 g) 1 mL de
K2HPO4 a 10 4 mL de KH2PO4 a 10 2 mL de MgSO47H2O a 10 1 mL de NaCl
a 10 5 mL de azul de bromotimol 025 em KOH a 02N ou 10 mL de vermelho do
congo a 025
Para as determinaccedilotildees da sacarose foram analisados apenas o ISOL 14 e a estirpe
padratildeo CIAT 899 e a composiccedilatildeo quiacutemica apenas o ISOL 14 selecionadas como as
estirpes maiores produtoras de EPS em estudos realizados por Barreto et al (2008)
(submetido agrave publicaccedilatildeo)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOLADOS ESTIRPE
HOSPEDEIRO ORIGEM
ISOL-1 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-2 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-3 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-4 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-6 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-11 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-14 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-16 Phaseolus vulgaris
CIAT 899 Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
Cali-CO
Inoacuteculo
As estirpes descritas na tabela 7 foram purificadas por repicagem em placas de
Petri contendo o meio de cultura Agar sacarose extrato de levedura (Vincent 1970 -
modificado) utilizando o corante vermelho do congo como indicador Apoacutes a
purificaccedilatildeo as bacteacuterias foram repicadas em tubos inclinados em meio de cultura sem o
indicador vermelho do congo as quais foram incubados a 28 degC por 48 horas em
estufa e armazenadas a plusmn4 degC
A partir dessas culturas os experimentos foram conduzidos em duas etapas
Primeiro preparou-se um preacute-inoacuteculo partindo de uma alccedilada de cultura crescida sobre
meio YMA e incubada em estufa por 48 h a 28 plusmn 1 degC Transcorrido este periacuteodo
preparou-se o inoacuteculo atraveacutes da transferecircncia asseacuteptica em Erlenmeyer de 250 mL
com 80 mL de meio de produccedilatildeo contendo 25 (vv) de uma cultura do preacute-inoacuteculo
crescida ateacute a fase logariacutetma e incubados em agitador rotatoacuterio a 200 rpm a 28 plusmn 1 degC
em triplicata
Tabela 7 Isolados de rizoacutebios e estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Curva de crescimento microbiano O crescimento celular foi avaliado atraveacutes da leitura de absorbacircncia em
comprimento de onda de 560 nm em espectrofotocircmetro contra um branco constituiacutedo
de meio YM O plaqueamento das bacteacuterias foi efetuado em meio YMA contendo o
indicador vermelho do congo atraveacutes do meacutetodo da gota (ldquoDrop-platerdquo) As curvas de
crescimento microbiano foram construiacutedas a partir dos dados de absorbacircncia e
contagem de ceacutelulas viaacuteveis (UFCmL) A Figura 5 mostra o procedimento efetuado
para a contagem de UFC e totais (densidade oacutetica)
Figura 6 Procedimento para contagem de ceacutelulas viaacuteveis (UFC) e totais (densidade oacutetica)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Determinaccedilatildeo quantitativa da sacarose
A sacarose presente no mosto foi hidrolisada para obter glicose e frutose Para
isso foram preparados tubos de ensaio contendo 1 mL de meio fermentado 1 mL de
aacutegua destilada e 1 mL de HCl 2 N deixando-se reagir por 10 minutos a 60 degC Em
seguida resfriou-se rapidamente e neutralizou com 3 mL de NaOH 1 N O caacutelculo da
concentraccedilatildeo de sacarose em gL foi efetuado de acordo com a Equaccedilatildeo 1 (Arauacutejo et
al 2005)
Csac = fator de calibraccedilatildeo meacutedia da leitura (absorbacircncia)D (1100)19 (1)
Em seguida procedeu de acordo com o descrito para dosagem de glicose cujas
determinaccedilotildees foram realizadas por meacutetodo enzimaacutetico utilizando o Kit glicose-oxidase
PAP da LABTEST
Apoacutes a reaccedilatildeo enzimaacutetica a intensidade da cor da soluccedilatildeo foi medida a 505 nm
em espectrofotocircmetro usando cubetas de vidro de 1 cm de percurso oacuteptico
considerando como branco a soluccedilatildeo da glicose-oxidase Esse meacutetodo eacute especiacutefico
para a glicose e se baseia na oxidaccedilatildeo da mesma de acordo com a seguinte reaccedilatildeo
catalizada pela glicose-oxidase (GOD)
GOD
Glicose + O2 + H2O rarr Aacutecido Glucocircnico + H2O2
O peroacutexido de hidrogecircnio formado reage com 4-aminoantipirina e fenol sob accedilatildeo
catalizadora da peroxidase (POD) atraveacutes de uma reaccedilatildeo oxidativa de acoplamento
formando uma antipirilquinona vermelha cuja intensidade de cor eacute proporcional agrave
concentraccedilatildeo da glicose na amostra Esse composto de tonalidade vermelha apresenta
a sua maacutexima absorccedilatildeo de luz na faixa de 505 nm
POD
2 H2O2 + 4-Aminoantipirina + fenol rarr Antipirilquinonimina + 4 H2O
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Determinaccedilatildeo da Composiccedilatildeo Quiacutemica
Agravecido urocircnico A dosagem de aacutecido urocircnico foi efetuada pelo meacutetodo descrito por Blumenkrantz
amp Asbol-Hansen (1973) usando aliacutequotas de 04 mL de uma soluccedilatildeo a 100 mgmL do
polissacariacutedeo e aacutecido D-glucurocircnico como padratildeo O meacutetodo utiliza m-fenilfenol (o
qual promove a formaccedilatildeo de composto corado que absorvem em 520 nm)
As leituras das medidas de absorbacircncia foram realizadas a 520 nm em
espectrofotocircmetro Spectronic 20 Genesys Spectronic Instruments Todas as
determinaccedilotildees foram realizadas em triplicata
Determinaccedilatildeo quantitativa de monossacariacutedeos
Os monossacariacutedeos presentes nas amostras de biopoliacutemeros de Rhizobium
sp foram determinados sob a forma de acetato de alditoacuteis (Sawardeker et al 1965) por
cromatografia gaacutes liacutequido (GLC) Os acetatos derivados foram analisados por
cromatografia gasosa (cromatoacutegrafo a gaacutes modelo 5890S11 (Hewllet-Packard)) a 220
degC com uma coluna capilar DB-210 (025 mm di x 30 m) e filme de espessura igual a
025 microm A temperatura de injeccedilatildeo da amostra e a do FID foi 250 degC e foi utilizado como
gaacutes carreador N2 Para a realizaccedilatildeo desta anaacutelise aproximadamente 10 mg das
amostras foram hidrolisadas reduzidas e acetiladas A hidroacutelise foi efetuada com aacutecido
sulfuacuterico
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
63 Resultados e Discussatildeo Curva de crescimento microbiano
Com base nos resultados obtidos neste estudo que podem ser visualizados nas
Figuras 6 a 14 (a) pode-se observar que houve diferenccedilas quanto ao crescimento
populacional entre os isolados A curva de crescimento dos isolados e da estirpe
padratildeo CIAT 899 de Rhizobium sp em meio utilizando sacarose como fonte de carbono
mostrou que apoacutes 72 horas de incubaccedilatildeo o crescimento foi maacuteximo Pode-se observar
que o oacutetimo da fase log ocorre entre 72 a 120 horas de incubaccedilatildeo agrave temperatura de 28
degC com agitaccedilatildeo de 200 rpm variando conforme a linhagem estudada Esta faixa de
tempo de incubaccedilatildeo corresponde a uma concentraccedilatildeo celular meacutedia de 109 UFCmL
As relaccedilotildees cineacuteticas entre o crescimento e a formaccedilatildeo de produtos satildeo
importantes para determinar o modo de operaccedilatildeo mais econocircmico Segundo Hiss
(2001) sem o conhecimento da cineacutetica torna-se inviaacutevel a transposiccedilatildeo de um
experimento de laboratoacuterio para a escala industrial
Desta forma inicialmente as curvas nos propiciam informaccedilotildees tais como a
faixa de absorbacircncia (560 nm) correspondente ao oacutetimo da fase log e a concentraccedilatildeo
celular que esta faixa corresponde
Pereira (2002) analisando o crescimento das estirpes de Rhizobium em meio
YMA com manitol observou um acentuado crescimento exponencial entre 24 e 48
horas de cultivo de 7 estirpes
Barberi et al (2004) avaliaram as curvas de crescimento de Bradyrhizobium
elkanii (BR 29) de acordo com o pH e com a composiccedilatildeo do meio de cultura Com base
no nuacutemero maacuteximo de UFC mL-1 para o meio (Lorda amp Balatti 1996) modificado o
melhor crescimento ocorreu apoacutes 72 horas para o tratamento com pH inicial de 60 e
no meio Lopreto (1972) citado por Urenha et al (1994) o tratamento com pH inicial 55
foi o que apresentou os valores de nuacutemero maacuteximo de ceacutelulas ocorrendo em 161 horas
de cultivo As meacutedias de log dos nuacutemeros de UFC mL-1 apresentadas por Barberi et al
(2004) foram superiores aos encontrados por Miguel e Moreira (2001) que foram
aproximadamente 109 Isso eacute explicado pela melhor utilizaccedilatildeo da fonte de carbono do
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
meio Lorda e Balatti (1996) em que em sua composiccedilatildeo possui glicerol em
comparaccedilatildeo com o manitol utilizado no meio YM (Vincent 1970) utilizado por esses
autores
Nas figuras 6 a 14 (b) mostram os resultados da Densidade Oacutetica (DO) onde a
curva de crescimento construiacuteda a partir da contagem de ceacutelulas totais demonstrou que
apoacutes 72 horas de cultivo o crescimento permaneceu crescente para a maioria das
estirpes estudadas Provavelmente o aumento da curva deve-se a presenccedila dos EPSs
Segundo Cunningham e Munns (1984) a produccedilatildeo de EPS eacute uma resposta de
vaacuterias espeacutecies da bacteacuteria a uma gama de fatores limitantes que em geral sugerem
estarem implicados em suprimir a reaccedilatildeo da defesa da planta e parecem ser requeridos
para formaccedilatildeo do cordatildeo de infecccedilatildeo Os EPSs pode ter um papel integral por permitir
que um organismo sobreviva sob uma variedade de circunstacircncias estressantes
Miguel e Moreira (2001) utilizando meio YM obtiveram maior densidade oacutetica para
o tratamento com pH igual a 60 do que no pH 68 utilizando o mesmo nuacutemero-base
(1088 UFC mL-1) o que provavelmente estaacute relacionado com a diferente composiccedilatildeo
dos meios principalmente com relaccedilatildeo agrave fonte de carbono Cunningham e Munns
(1984) em meio YMA (modificado por Keyser e Munns 1979) obtiveram maior
quantidade de EPS em estirpes de Rhizobium tolerantes agrave acidez do meio quando
expostas a meio aacutecido
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 1
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 1
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(5
60nm
)
Figura 7- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 1 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
b)
a)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 2
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 2
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 8- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 2 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 3
000E+00500E+08100E+09150E+09
200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 3
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 9- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 3 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 4
000E+00500E+08
100E+09150E+09
200E+09250E+09
300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 4
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 10- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 4 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 6
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 6
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 11- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 6 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 11
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 11
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 12- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 11 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 14
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 14
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 13- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 14 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 16
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 16
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 14- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 16 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
CIAT 899
000E+00500E+08
100E+09150E+09
200E+09250E+09
300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
CIAT 899
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 15- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do CIAT 899 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Determinaccedilatildeo quantitativa da sacarose
Analisando os resultados obtidos para a dosagem da sacarose verificou-se que a
estirpe CIAT 899 (padratildeo) apresentou maior consumo de substrato para o meio de
produccedilatildeo empregado durante 168 horas de fermentaccedilatildeo apresentando um consumo
final de 455 gL Neste ponto a massa celular corresponde a 076 gL (Figura 15)
Entretanto o ISOL 14 apresentou resultados proacuteximos da estirpe padratildeo com consumo
de 478 gL e massa celular de 086 gL no mesmo tempo (Figura 16)
Deu-se preferecircncia agrave utilizaccedilatildeo de um meacutetodo especiacutefico para glicose ao inveacutes de
um para determinaccedilatildeo de accediluacutecares redutores o que garante a detecccedilatildeo da liberaccedilatildeo
especificamente de glicose a partir da hidroacutelise por sacarose do EPS
ISOL 14
0
2
4
6
8
10
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Glic
ose
gL
Figura 16 Concentraccedilatildeo de glicose durante a produccedilatildeo de EPS por Rhizobium sp (ISOL 14)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
CIAT 899
0
2
4
6
8
10
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Glic
ose
gL
Determinaccedilatildeo da Composiccedilatildeo Quiacutemica dos EPS
Na tabela 8 observa-se os accediluacutecares determinados das gomas produzidas pelas
estirpes ISOL 14 e CIAT 899 onde revelaram maiores concentraccedilotildees dos
monossacariacutedeos galactose e glicose para a estirpe ISOL 14 em relaccedilatildeo a estirpe
padratildeo CIAT 899 Tambeacutem foram observados traccedilos de manose e ramnose na
composiccedilatildeo das gomas das estirpes estudadas
Amostras
Ac urocircnico
()
Manose
Accediluacutecares
Ramnose
(mg100g)
Galactose
Glicose
ISOL 14
410
098
016
1260
3695
CIAT 899
-
020
010
895
1680
Castellane amp Lemos (2007)
Tabela 8 Constituintes quiacutemicos da goma produzida pela estirpe de Rhizobium sp (ISOL 14)
Figura 17 Concentraccedilatildeo de glicose durante a produccedilatildeo de EPS por Rhizobium sp (CIAT 899)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Lima (1999) analisando a composiccedilatildeo quiacutemica da goma xantana produzida por
linhagens de Xanthomonas campestris pv campestris verificou a presenccedila de glicose e
manose nas concentraccedilotildees 3322 5778 respectivamente para a linhagem NRRL
B-1459 apresentando componentes tiacutepicos da goma xantana
Whitfield et al (1981) caracterizando cinco amostras de goma xantana
produzidas por diferentes linhagens de Xanthomonas campestris pv campestris
encontraram valores de glicose variando entre 22-42 manose de 12-38 e aacutecido
urocircnico de 9-20 Com relaccedilatildeo agrave ramnose apenas trecircs amostras de xantana
apresentaram este accediluacutecar com valores que oscilam entre 12-22 Outro accediluacutecar
identificado pelos pesquisadores foi a galactose com valores entre 24-28 Em todas
as amostras estudadas por estes autores foram observados os grupamentos piruvato e
acetila Lowson e Symes (1977) relataram a presenccedila de ramnose na xantana
produzida por X juglandis Sugere-se que a presenccedila desse accediluacutecar seja uma
caracteriacutestica desejaacutevel pois em geral os poliacutemeros dos quais faz parte possuem
capacidade de formar geacuteis verdadeiros (Mcnelly e Kang 1977) A goma xantana
comercial natildeo apresenta ramnose na sua composiccedilatildeo (Casas et al2000)
De acordo com Casas et al (2000) a composiccedilatildeo do meio de cultura utilizado na
fermentaccedilatildeo exerce um profundo efeito na siacutentese do produto oligomeacuterico e polimeacuterico
Portanto a quantidade de manose glicose e aacutecido glucurocircnico sintetizados e inseridos
no EPS pelas enzimas durante fermentaccedilatildeo podem sofrer variaccedilotildees dependendo da
composiccedilatildeo do substrato e das condiccedilotildees utilizadas na fermentaccedilatildeo
No presente trabalho o percentual de aacutecido urocircnico produzido pela estirpe ISOL
14 foi de 41 enquanto o apresentado na goma xantana por Lima (1999) foi de 847
Os meacutetodos de anaacutelises de polissacariacutedeos complexos baseiam-se
principalmente na determinaccedilatildeo dos constituintes dos resiacuteduos obtidos apoacutes hidroacutelise
quiacutemica dos poliacutemeros nativos (Wei amp Fang 1990 Ruitter et al 1992 Scamparini et al
2000) Esses satildeo compostos de inuacutemeros resiacuteduos de accediluacutecares interligados por
ligaccedilotildees glicosiacutedicas (α e β) que podem diferir consideravelmente na sua
suscetibilidade agrave hidroacutelise aacutecida Aacutecidos urocircnicos satildeo frequentemente envolvidos por
fortes ligaccedilotildees glicosiacutedicas particularmente nos tipos de ligaccedilotildees dos aacutecidos
aldobiurocircnicos (Druzian 2000)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Moreira et al (1998) analisando a composiccedilatildeo de dois biopoliacutemeros comerciais
gelanareg e xantanareg e um biopoliacutemero produzido a clairana identificou o aacutecido
glicurocircnico (em todas as amostras) e os monossacariacutedeos esperados para a clairana
(glicose galactose e fucose) gelana (glicose e ramnose) e xantana (glicose e manose)
A ramnose estaacute presente na acetana gelana welana e ransana que possuem
estrutura quiacutemica similar agrave da xantana e possui propriedades de espessante e agente
de suspensatildeo semelhantes agravequelas atribuiacutedas para xantana (Kennedy amp Sutherland
1994) A goma welana apresenta como cadeia lateral unidades de manose e ramnose
distribuiacutedas de modo aleatoacuterio Aproximadamente dois terccedilos das unidades quiacutemicas
repetidas do poliacutemero conteacutem ramnose como cadeia lateral enquanto que o restante
das ramificaccedilotildees eacute composto por unidades de manose (Jansson et al 1985)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
64 Conclusotildees
A curva do crescimento microbiano apresentou na fase logariacutetmica valores
correspondentes a uma concentraccedilatildeo celular viaacuteveis meacutedia de 109 UFCmL para
todos os isolados e estirpe padratildeo CIAT 899 apoacutes 72 horas de incubaccedilatildeo a uma
temperatura de 28 degC com agitaccedilatildeo de 200 rpm variando conforme a linhagem
estudada
As estirpes apresentaram valores do consumo de substrato para o meio de
produccedilatildeo empregado de 455 gL para a CIAT 899 e 478 gL para o ISOL 14
em 168 horas de fermentaccedilatildeo
A composiccedilatildeo dos accedilucares da goma do ISOL 14 apresentou valores superiores
de ramnose manose galactose glicose e aacutecidos urocircnicos na moleacutecula em
relaccedilatildeo a estirpe padratildeo CIAT 899
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
65 Referecircncias Bibliograacuteficas
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Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
7 ANEXOS
Normas da Revista World Journal of Microbiology and Biotechnology
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
WORLD JOURNAL OF
MICROBIOLOGY AND
BIOTECHNOLOGY Editor-in-Chief Peter J Large ISSN 0959-3993 (print version) ISSN 1573-0972 (electronic version) Journal no 11274 Springer Netherlands Online version available
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WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND
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BIOTECHNOLOGY Editor-in-Chief Peter J Large ISSN 0959-3993 (print version) ISSN 1573-0972 (electronic version) Journal no 11274 Springer Netherlands Online version available
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Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND
BIOTECHNOLOGY Editor-in-Chief Peter J Large ISSN 0959-3993 (print version) ISSN 1573-0972 (electronic version) Journal no 11274 Springer Netherlands Online version available
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Negotiation research spans many disciplines (Thompson 1990)
This result was later contradicted (Becker and Seligman 1996)
This effect has been widely studied (Abbott 1991 Barakat et al 1995 Kelso and Smith 1998 Medvec et al 1993)
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Journal article Smith J Jones M Jr Houghton L et al (1999) Future of health insurance N Engl J Med 965325ndash329
Article by DOI Slifka MK Whitton JL (2000) Clinical implications of dysregulated cytokine production J Mol Med Doi101007s001090000086
Book South J Blass B (2001) The future of modern genomics Blackwell London
Book chapter Brown B Aaron M (2001) The politics of nature In Smith J (ed) The rise of modern genomics 3rd edn Wiley New York pp 230-257
Online document Doe J (1999) Title of subordinate document In The dictionary of substances and their effects Royal Society of Chemistry Available via DIALOG httpwwwrscorgdosetitle of subordinate document Accessed 15 Jan 1999
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Trabalhos apresentados no 24ordm Congresso Brasileiro de Microbiologia - 3 a 6 de Outubro de 2007 em
Brasiacutelia - Centro de Convenccedilotildees Ulysses Guimaratildees ndash Brasiacutelia DF
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MICROBIOLOGIA GERAL K03 METABOLISMO MICROBIANO E SEUS PRODUTOS 609 Biopoliacutemero sintetizados por Rhizobium sp em diferentes tempos de cultivo comportamento reoloacutegico BARRETO M D C S1 FIGUEIREDO M D V B2 BURITY H A2 OLIVEIRA J P2 COELHO A C D1 LIMA-FILHO J L L1 UFPE
Resumo
Os polissacariacutedeos extracelulares sintetizados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium tem sido estudados na tentativa de melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose leguminosa x Rhizobium uma vez que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes da especificidade simbioacutetica A viscosidade que pode ser tomada como paracircmetro de qualidade eacute influenciada em funccedilatildeo das estirpes da colocircnia bacteriana do meio de fermentaccedilatildeo utilizado e das condiccedilotildees operacionais na produccedilatildeo Com base no exposto o objetivo deste trabalho foi verificar o comportamento reoloacutegico em diferentes tempos de cultivo de 8 isolados de Rhizobium sp e da estirpe padratildeo de Rhizobium tropici (CIAT 899) As bacteacuterias foram incubadas em agitador rotatoacuterio (200rpm agrave 28ordmC) em Erlenmeyers de 250mL contendo 15 de meio YM modificado por um periacuteodo de 96 e 168 horas Foram avaliados a determinaccedilatildeo da viscosidade da soluccedilatildeo aquosa dos biopoliacutemeros a 25 (vv) obtidas em diferentes tempos de cultivo e medidas a 20ordmC em viscosiacutemetro rotacional Brookfield modelo RVT com spindle 2 nas seguintes velocidades de deformaccedilatildeo 10 20 50 e 100rpm a viscosidade aparente a vaacuterias taxas de cisalhamento dos mostos fermentados Os resultados mostraram que os estudos viscosimeacutetricos de soluccedilotildees de polissacariacutedeo dos isolados e da CIAT 899 revelam seu comportamento natildeo tixotroacutepico pseudoplaacutestico mesmo em baixas concentraccedilotildees e caraacuteter polieletroliacutetico e que as medidas de viscosidade do mosto em funccedilatildeo do tempo de agitaccedilatildeo mostra que a viscosidade aparente do meio de cultivo alcanccedila um valor patamar com 168 horas de processo para todos os microrganismos poreacutem os isolados 3 e 16 e CIAT 899 apresentaram maiores valores no aumento da viscosidade
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MICROBIOLOGIA GERAL K03 METABOLISMO MICROBIANO E SEUS PRODUTOS 1751 Biopoliacutemero sintetizados por Rhizobium sp em diferentes tempos de cultivo produccedilatildeo BARRETO M D C S1 FIGUEIREDO M D V B2 BURITY H A2 SILVA M L R B1 CALAZANS G M T1 LIMA-FILHO J L L1 UFPE
Resumo
A produccedilatildeo de exopolissacariacutedeos (EPS) microbianos tem sido objeto de intensa pesquisa tendo em vista seu elevado potencial de aplicaccedilatildeo em diferentes setores pois natildeo se encontra exposta agraves alteraccedilotildees climaacuteticas ou agrave problemas nas colheitas que prejudicam a oferta e alteram o custo de produccedilatildeo das gomas tradicionais No processo de produccedilatildeo de polissacariacutedeos deve-se considerar desde o microrganismo em estudo ateacute a determinaccedilatildeo dos paracircmetros de agitaccedilatildeo onde se destaca o meio de produccedilatildeo e sua influecircncia na siacutentese no rendimento e na composiccedilatildeo dos EPS O objetivo deste trabalho foi avaliar a produccedilatildeo de biopoliacutemeros (gLh) obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp e da estirpe padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo pela massa do produto seco por volume de meio As bacteacuterias foram purificadas em meio YMA e apoacutes foram incubadas em agitador rotatoacuterio (200rpm agrave 28ordm C) em Erlenmeyers de 250mL contendo 15 de meio YM modificado por um periacuteodo de 96 e 168 horas Foram avaliados o peso seco da soluccedilatildeo aquosa dos biopoliacutemeros a 25 (vv) obtidos em diferentes tempos de cultivo atraveacutes da teacutecnica do peso seco onde o aacutelcool etiacutelico foi adicionado ao mosto ateacute atingir a concentraccedilatildeo de 80 na soluccedilatildeo hidroalcooacutelica formada e posterior precipitaccedilatildeo do EPS Apoacutes a filtraccedilatildeo a secagem do produto foi realizada em dissecador (30ordmC) ateacute peso constante comparando-se os diferentes tempos de cultivo Os resultados mostraram que a produccedilatildeo total do biopoliacutemero dos isolados e da estirpe padratildeo CIAT 899 apresentaram maacutexima produccedilatildeo no periacuteodo de 168 horas de processo para todos os microrganismos poreacutem os isolados 3 e 14 e a CIAT 899 foram as que resultaram em maior produtividade (13 17 e 2gL-1h-1) respectivamente
- Barreto Maria do Carmo Silva
-
- Inclui bibliografia
- 5771 CDU (2ed) UFPE
-
- 13 Simbiose rizoacutebio- leguminosa
-
- 14 Polissacariacutedeos de Rizoacutebio
-
- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
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- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
-
LISTA DE FIGURAS Fig 1
Classificaccedilatildeo dos Fluidos segundo seu comportamento reoloacutegico 16
Fig 2 Curvas de escoamento de fluidos newtoniano e natildeo newtonianos de propriedades independentes do tempo de cisalhamento 16
Fig 3 Aspecto do EPS precipitado sintetizado a partir do ISOL 14 (a) e do CIAT 899(b) com 168 horas de cultivo 47
Fig 4
Variaccedilatildeo da viscosidade aparente em funccedilatildeo da taxa de cisalhamento de soluccedilotildees aquosas de EPS 25 (vv) de 8 isolados de Rhizobium e uma estirpe padratildeo CIAT 899 a 20 degC com tempo de fermentaccedilatildeo de 96 h determinada com viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT) 48
Fig 5
Variaccedilatildeo da viscosidade aparente em funccedilatildeo da taxa de cisalhamento de soluccedilotildees aquosas de EPS 25 (vv) de 8 isolados de Rhizobium e uma estirpe padratildeo CIAT 899 a 20 degC com tempo de fermentaccedilatildeo de 168 h determinada com viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT)
49
Fig 6 Procedimento para contagem de ceacutelulas viaacuteveis (UFC) e totais (Densidade oacutetica) 63
Fig 7 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 1 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 68
Fig 8 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 2 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 69
Fig 9 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoculo do Isolado 3 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 70
Fig 10 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoculo do Isolado 4 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 71
Fig 11 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoculo do Isolado 6 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 72
Fig 12 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 11 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 73
Fig 13 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 14 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 74
Fig 14 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 16 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 75
Fig 15 Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do CIAT 899 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm 76
Fig 16 Concentraccedilatildeo de glicose durante a produccedilatildeo de EPS por Rhizobium sp (ISOL 14) 77
Fig 17 Concentraccedilatildeo de glicose durante a produccedilatildeo de EPS por Rhizobium sp (CIAT 899) 78
Paacuteginas
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 Caracteriacutesticas morfofisioloacutegicas dos Isolados de rizoacutebios e estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici
40
Tabela 2 Valores das constantes kat e kγ (Mitshka 1982) 42
Tabela 3 Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para experimentos em 96 e 168 horas 43
Tabela 4 Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para grupo de experimentos 44
Tabela 5 Resultados da anaacutelise de variacircncia da produccedilatildeo de biopoliacutemero sintetizados por Rhizobium cultivados em 96 e 168 horas de cultivo 45
Tabela 6 Dados meacutedios das anaacutelises individuais e do grupo de experimento 45
Tabela 7 Isolados de rizoacutebios e estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici 62
Tabela 8 Constituintes quiacutemicos da goma produzida pela estirpe de Rhizobium sp (ISOL 14) 78
SUMAacuteRIO AGRADECIMENTOS LISTA DE FIGURAS LISTA DE TABELAS SUMAacuteRIO 1 Introduccedilatildeo 1
11 Feijoeiro (Phaseolus vulgaris L) 1
12 Rhizobium sp 3
13 Simbiose rizoacutebio-leguminosa 5
14 Polissacariacutedeos de rizoacutebio 8
15 Reologia 13
2 Justificativa 19 3 Objetivos 20
31Geral 20
32 Especiacuteficos 20
4 Referecircncias 21 5 Capiacutetulo 1 34
Resumo 35
Abstract 36
51 Introduccedilatildeo 37
52 Material e Meacutetodos 39
53 Resultados e Discussatildeo 44
54 Conclusotildees 51
55 Referecircncias 52
6 Capiacutetulo 2 57 Resumo 58
61 Introduccedilatildeo 59
62 Material e Meacutetodos 61
63 Resultados e Discussatildeo 66
64 Conclusotildees 81
65 Referecircncias 82
7 Anexos 87
Normas da Revista World Journal of Microbiology and Biotechnology
Submissatildeo do Artigo
Normas da Revista Scientia Agraacuteria
Trabalhos apresentados no 24ordm Congresso Brasileiro de Microbiologia - 3 a 6 de Outubro de 2007 em Brasiacutelia - Centro de Convenccedilotildees Ulysses Guimaratildees ndash Brasiacutelia DF
1 INTRODUCcedilAtildeO
11 Feijoeiro (Phaseolus vulgaris L)
O feijoeiro eacute cultivado em cerca de 100 paiacuteses em todo o mundo envolvendo
grande nuacutemero de gecircneros e espeacutecies dificultando uma anaacutelise comparativa dos
iacutendices de produtividade por espeacutecie Considerando somente o Phaseolus vulgaris L o
Brasil eacute o maior produtor seguido do Meacutexico Entretanto a produccedilatildeo brasileira de feijatildeo
tem sido insuficiente para abastecer o mercado interno devido agrave reduccedilatildeo na aacuterea
plantada da ordem de 35 nos uacuteltimos 17 anos (Yokoyama amp Stone 2000) A falta de
tecnologia e o cultivo em solos marginais devido ao baixo retorno econocircmico da
cultura contribuem decisivamente para a baixa produtividade do feijoeiro e nesse
quadro o fornecimento adequado de nutrientes particularmente o nitrogecircnio (N) e o
foacutesforo (P) representam um dos fatores limitantes agrave obtenccedilatildeo de maiores rendimentos
no Brasil (Arauacutejo 1994)
No Brasil o feijoeiro eacute cultivado nos mais variados tipos de solos e clima sendo
plantado preferencialmente como cultura de subsistecircncia em pequenas propriedades
O feijatildeo eacute importante fonte de nutrientes (proteiacutenas minerais vitaminas) e calorias na
dieta brasileira (Hungria et al 2000) Aleacutem de apresentar alto conteuacutedo de carboidratos
componentes de fibra (celulose hemicelulose e lignina) e digeriacuteveis (amido e sacarose)
encontram-se no feijatildeo alguns oligossacariacutedeos (rafinose estaquiose verbascose) O
feijatildeo tambeacutem eacute uma fonte importante de vitaminas hidrossoluacuteveis como a tiamina a
riboflavina a niacina e a folacina que satildeo vitaminas do complexo B envolvidas na
prevenccedilatildeo de certos defeitos fetais cardiovasculares e certos tipos de cacircncer (Costa amp
Vieira 2000)
O feijoeiro eacute originaacuterio das Ameacutericas com centros de origens e domesticaccedilatildeo na
Meso Ameacuterica (Meacutexico-Guatemala) e na Zona Leste dos Andes Seu cultivo foi
delineado haacute mais de 7000 anos entre os nativos do Peru sugerindo seleccedilatildeo da
espeacutecie para a agricultura (Gepts 1990) As aacutereas de diferenciaccedilatildeo e domesticaccedilatildeo do
feijoeiro ocorrem em altitudes entre 500 e 1800 m na Ameacuterica Central e norte da
Ameacuterica do Sul Diversos tipos selvagens satildeo registrados em altitudes proacuteximas a
1200m (Miranda 1974) Os feijoeiros provenientes desses materiais mostram grande
amplitude de caracteriacutesticas morfoloacutegicas e fisioloacutegicas O gecircnero Phaseolus conteacutem
mais de uma centena de espeacutecies mas apenas P vulgaris L P coccineus L P
acutifolius Gray var Latifolius Freeman e P lunatus var lunatous satildeo cultivadas
comercialmente (Zimmermann amp Teixeira 1988) Dessas o feijoeiro comum P vulgaris
L eacute a espeacutecie de maior importacircncia econocircmica contribuindo com cerca de 95 da
produccedilatildeo mundial de Phaseolus No Brasil em uma rota inversa agrave do traacutefico de
escravos P vulgaris chegou agrave Aacutefrica e provavelmente em tempos anteriores agrave Aacutesia
via Filipinas No seacuteculo XVI foi introduzido na Europa e na Califoacuternia levado por
intermeacutedio dos espanhoacuteis trazido da Ameacuterica Central (Mariot 1989)
Os teores de N nos solos do Brasil satildeo baixos de um modo geral situando-se na
faixa de 005 a 03 Com a intensificaccedilatildeo da agricultura as exigecircncias de adiccedilatildeo
de N bem como a sua remoccedilatildeo satildeo ampliadas e consequentemente se o N retirado
do solo pelas plantas natildeo for reposto o teor desse nutriente decresceraacute rapidamente
Quanto aos fertilizantes nitrogenados existe um custo elevado para a siacutentese dos
mesmos de cerca de seis barris de petroacuteleo para cada tonelada de amocircnio produzido
bem como gastos com o transporte e distribuiccedilatildeo do fertilizante aleacutem de outros
(Hungria et al1997) Considerando que o feijoeiro eacute cultivado principalmente por
pequenos agricultores em solos muitas vezes deficientes em N mineral esforccedilos para
a melhoria do processo de simbiose da cultura com rizoacutebios inoculados nas sementes
podem corresponder a aumentos significativos no rendimento de gratildeos Essa via
bioloacutegica se torna ainda mais importante quando se leva em consideraccedilatildeo os custos
elevados do N mineral limitando a sua utilizaccedilatildeo principalmente pelos pequenos
agricultores Praacuteticas alternativas para diminuir esses custos precisam ser procuradas
principalmente no Brasil que importa fertilizante nitrogenado para satisfazer agrave demanda
interna (Hungria et al 2001) Um outro agravante na utilizaccedilatildeo de fertilizantes
nitrogenados reside na baixa eficiecircncia de sua utilizaccedilatildeo pelas plantas raramente
ultrapassando 50 Deve-se considerar ainda que o uso indiscriminado de fertilizantes
nitrogenados resulta em poluiccedilatildeo ambiental pois a lixiviaccedilatildeo do N ocorre contaminaccedilatildeo
no lenccedilol freaacutetico que resultam em acuacutemulo de formas nitrogenadas podendo atingir
niacuteveis toacutexicos a peixes e ao homem (Hungria et al 2001)
Dentro deste contexto destaca-se a necessidade do desenvolvimento de
tecnologias de baixo custo capazes de melhorar os niacuteveis de produtividade dos
pequenos agricultores responsaacuteveis pela quase totalidade da produccedilatildeo mundial desta
leguminosa essencial na dieta de grande parte da populaccedilatildeo brasileira (Dakora 2003)
12 Rhizobium sp
Este gecircnero foi classificado em 1932 por Fred et al e apresenta como
caracteriacutestica ceacutelulas em forma de bastonete curto Gram-negativas com dimensotildees
que variam entre 05 e 09 microm por 12 a 30 microm ocorrendo isolados ou aos pares
moacuteveis por flagelos polares subpolares ou peritriquiais natildeo formam esporos e em
culturas envelhecidas apresentam granulaccedilotildees de poli-β-hidroxibutirato (Urenha et al
1994) Apresentam bom crescimento em meio com manitol sacarose e levedura
podendo em meios gelificados desenvolver colocircnias planas convexas ou umbilicadas
apresentam normalmente coloraccedilatildeo branca e opaca por vezes transluacutecidas
apresentando frequentemente produccedilatildeo de goma de natureza polissacariacutedica A
inclusatildeo de Vermelho do Congo no meio de cultura natildeo conduz a uma forte absorccedilatildeo
deste corante pelas colocircnias podendo certas estirpes apresentar ligeira absorccedilatildeo As
estirpes de crescimento raacutepido produzem colocircnias de 4 a 6 mm de diacircmetro em 5 dias
de incubaccedilatildeo a 26-30 degC provocando acidificaccedilatildeo do meio de cultura As estirpes de
crescimento lento produzem colocircnias com 1 mm de diacircmetro em 10 dias de incubaccedilatildeo
a 28-30 degC provocando a alcalinizaccedilatildeo do meio de cultura Induzem a formaccedilatildeo de
noacutedulos na raiz de leguminosas compatiacuteveis colonizando-os e podendo aiacute desenvolver
atividade diazotroacutefica em simbiose utilizam oxigecircnio como receptor final de eleacutetrons na
cadeia respiratoacuteria satildeo microrganismos aeroacutebios estrito e a faixa de pH oacutetimo para seu
desenvolvimento estaacute entre 6 e 7 (Hungria amp Arauacutejo1994)
A literatura relata a presenccedila de reaccedilatildeo aacutecida durante o cultivo promovendo
queda do pH do meio de cultura (Jordan 1984) No entanto dados experimentais de
cultivo desta bacteacuteria em fermentador na presenccedila de sacarose glutamato
monossoacutedico e extrato de levedura mostram comportamento oposto As velocidades
especiacuteficas maacuteximas de crescimento desta bacteacuteria oscilam em torno de 020h o que
resulta num tempo de geraccedilatildeo de aproximadamente 35 h
Entre as bacteacuterias fixadoras de nitrogecircnio presentes no solo cujas populaccedilotildees
satildeo altamente influenciadas pela rizosfera das plantas o rizoacutebio eacute considerado o grupo
mais importante na agricultura tropical pela sua associaccedilatildeo com as leguminosas Esta
simbiose eacute responsaacutevel por uma substancial parte talvez a maior do fluxo global de
nitrogecircnio atmosfeacuterico fixado nas formas de amocircnia nitrato e compostos orgacircnicos
(Kahindi et al 1997) Certamente esta associaccedilatildeo eacute a mais estudada mas simbioses
envolvendo actinomicetos do gecircnero Frankia cianobacteacuterias especialmente a
associaccedilatildeo Azolla-Anabaena e organismos heterotoacuteficos fixadores de nitrogecircnio de vida
livre e associativos podem tambeacutem fixar quantidades significativas de nitrogecircnio sob
condiccedilotildees especiacuteficas (Straliotto amp Rumjanek1999)
Atualmente os rizoacutebios estatildeo classificados como pertencentes agrave domiacutenio
Bacteria Filo Proteobacteria Classe Alfaproteobacteria Ordem Rhiobiales e
distribuiacutedos nas Famiacutelias Rhizobiaceae Phyllobacteriaceae Bradyrhizobiaceae e
Hiphomicrobiaceae (Garrity amp Holt 2001) Aleacutem disso algumas bacteacuterias capazes de
nodular e fixar N2 em simbiose com leguminosas foram recentemente identificadas
como pertencentes agrave Classe das Betaproteobacteria Ordem Burkholderiales Famiacutelia
Burkholderiaceae Gecircnero Burkholderia (Moulin et al 2001) e tambeacutem pertencentes agrave
Classe das Alfaproteobacterias Ordem Rhizobiales Famiacutelia Methylobacteriaceae
Gecircnero Methylobacterium (Sy et al 2001)
As bacteacuterias que nodulam o feijoeiro foram classificadas inicialmente como
Rhizobium phaseoli poreacutem com uma melhor caracterizaccedilatildeo fisioloacutegica bioquiacutemica e
geneacutetica essas bacteacuterias foram reclassificadas apoacutes 50 anos na espeacutecie Rhizobium
leguminosarum bv phaseoli (Jordan 1984) Com o estudo de outros isolados e o
avanccedilo nas teacutecnicas de biologia molecular em um curto periacuteodo de tempo foi
constatado que as bacteacuterias que nodulavam o feijoeiro apresentavam claramente
caracteriacutesticas fisioloacutegicas e geneacuteticas distintas permitindo a sua separaccedilatildeo em dois
grupos denominadas Tipo I e Tipo II (Martiacutenez et al 1985 Quinto et al 1985 Brom et
al 1988) Essas e outras diferenccedilas levaram em 1991 agrave definiccedilatildeo de uma nova
espeacutecie R tropici (trorsquo pi ci Gr n tropikos troacutepicos) que incluiria as estirpes do Tipo
II que foi subdividido em IIA e IIB (Martinez-Romero et al 1991) As bacteacuterias dessa
nova espeacutecie foram descritas como aeroacutebias Gram-negativas com pH oacutetimo para
crescimento variando entre 5 e 7 crescendo em temperatura de ateacute 40 degC As estirpes
estudadas foram isoladas de regiotildees tropicais nodulam e fixam N2 com P vulgaris L
Leucaena esculenta e L leucocephala
A estirpe IIB CIAT 899 (= ATCC 49672 = UMR 1899 = SEMIA 4077) foi
designada como estirpe padratildeo (ldquotype strainrdquo) e a estirpe representativa do grupo IIA eacute
a CFN 299 A estirpe CIAT 899 assim como as outras do Tipo IIB tambeacutem eacute resistente
a metais pesados e aos antibioacuteticos clorofenicol espectinomicina carbenicilina e
estreptomicina (Martiacutenez-Romero et al 1991) e apresenta maior toleracircncia agrave acidez
(Graham et al 1994) e a temperaturas elevadas (Hungria et al 1993 Mercante et al
2002) Somente as estirpes do Tipo IIB crescem em meio Luria-Bertani (LB) (Martiacutenez-
Romero et al 1991) Alguns estudos tecircm descrito diferenccedilas entre os Tipos IIA e IIB
incluindo anaacutelise de PCR com sequumlecircncias repetitivas como REP ERIC BOX (van
Berkum et al 1996) e a presenccedila de megaplasmiacutedeos (Geniaux et al 1995)
13 Simbiose rizoacutebio- leguminosa
Haacute uma grande diversidade de bacteacuterias capazes de formar simbioses com as
diferentes leguminosas sendo que ateacute o momento encontram-se distribuiacutedas dentro de
trecircs ramos filogeneacuteticos principais que satildeo os gecircneros Bradyrhizobium Azorhizobium e
os chamados rizoacutebios de crescimento raacutepido Estes atualmente encontram-se divididos
em trecircs gecircneros Rhizobium Mesorhizobium e Sinorhizobium sendo que R galegae
deve ser brevemente renomeado como um novo gecircnero (Young amp Haukka 1996
Lindstroumlm et al 1998) O rizoacutebio induz em suas hospedeiras a formaccedilatildeo de estruturas
especializadas chamadas noacutedulos onde o nitrogecircnio molecular eacute reduzido a amocircnia
Os estudos tecircm demonstrado o alto grau de especializaccedilatildeo desenvolvido durante o
processo evolutivo desta simbiose havendo importantes relaccedilotildees de especificidade e
grandes possibilidades de manipulaccedilatildeo deste conhecimento visando melhorar a
eficiecircncia simbioacutetica Devido agrave sua importacircncia econocircmica os estudos da interaccedilatildeo
rizoacutebio-leguminosas tem tido um bom suporte econocircmico quando comparado agraves demais
aacutereas de pesquisa agronocircmica em diversas partes do mundo sendo que atualmente eacute
a interaccedilatildeo planta-microrganismo mais bem estudada (Straliotto amp Rumjanek1999)
Sob condiccedilatildeo de limitaccedilatildeo de nitrogecircnio mineral as bacteacuterias do gecircnero
Rhizobium Bradyrhizobium Mesorhizobium Sinorhizobium Allorhizobium
coletivamente chamadas de riacutezoacutebio formam noacutedulos simbioacuteticos nas raiacutezes de
leguminosas Nos anos recentes outras α-proteobacterias tem sido apresentadas como
produtoras de noacutedulos em leguminosas (Moullin et al 2002) Methylobacterium (Sy et
al 2001) Blastobacter (Van Berkun e Eardly 2002) e Devosia (Rivas et al 2002)
Nestes noacutedulos simbioacuteticos a bacteacuteria na forma de bacteroacuteides convertem o N
atmosfeacuterico em amocircnia que eacute incorporada em diversas formas de N orgacircnico para a
utilizaccedilatildeo por plantas da famiacutelia das leguminosas
O nitrogecircnio eacute o elemento mais abundante na atmosfera terrestre (em torno de
79 ) estando presente principalmente na forma diatocircmica (N2) e eacute um dos principais
macronutrientes dos vegetais Algumas bacteacuterias que coexistem em simbiose ou natildeo
nas raiacutezes de plantas possuem enzimas com a capacidade de reduccedilatildeo do nitrogecircnio
atmosfeacuterico transformando-o em amocircnia e posteriormente em elementos essenciais
(Lodeiro et al 2000)
As leguminosas tecircm ao seu dispor duas fontes de nitrogecircnio o mineral
proveniente do solo eou fertilizante e o nitrogecircnio fixado biologicamente atraveacutes da
simbiose com os rizoacutebios Entretanto a subida vertiginosa dos preccedilos dos adubos
nitrogenados devido ao consumo de energia foacutessil em sua fabricaccedilatildeo aliada aos graves
problemas de poluiccedilatildeo causados pelo uso intensivo desses adubos tem deixado agrave
agricultura dos paiacuteses em desenvolvimento e dos desenvolvidos apenas as alternativas
de maximizar a fixaccedilatildeo bioloacutegica de nitrogecircnio otimizar a distribuiccedilatildeo e emprego dos
compostos nitrogenados dentro das plantas e tornar mais eficiente a utilizaccedilatildeo de
carboidratos pelos noacutedulos (Neves 1992)
O crescimento e a produccedilatildeo das leguminosas satildeo pelo menos em parte o
resultados da interaccedilatildeo entre as cultivares das plantas as estirpes de Rhizobium e as
condiccedilotildees ambientais em que o sistema simbioacutetico se desenvolve e que afetam a
assimilaccedilatildeo distribuiccedilatildeo e utilizaccedilatildeo do carbono e nitrogecircnio pelas plantas A
disponibilidade de nitrogecircnio para as sementes em desenvolvimento determina a
produccedilatildeo e depende de uma fixaccedilatildeo de nitrogecircnio que se prolongue ateacute o periacuteodo de
enchimento dos gratildeos (Neves amp Rumjanek 1995 Rumjanek et al 2002)
As plantas dependentes da fixaccedilatildeo bioloacutegica do N requerem mais fosfato (P) que
as plantas que usam exclusivamente N mineral Os niacuteveis baixos de P podem afetar a
simbiose ao diminuir o suplemento de fotossintato ao noacutedulo reduzir a taxa de
crescimento bacteriano e a populaccedilatildeo total de Rhizobium e Bradyrhizobium (Keyser amp
Munns 1979)
A fixaccedilatildeo bioloacutegica do nitrogecircnio dar-se-aacute mediante a presenccedila de noacutedulos nas
raiacutezes induzidos pela infecccedilatildeo das raiacutezes pelas bacteacuterias (Uribe 1994) O
desenvolvimento dos noacutedulos seratildeo iniciados pela troca de sinais quiacutemicos moleculares
entre a planta e o simbionte (Singleton et al 1992 Hungria et al 2000)
Os noacutedulos e a planta hospedeira satildeo perfeitamente interligados por meio de
vasos xilemaacuteticos e floemaacuteticos e portanto totalmente integrados em termos hormonais
e nutricionais O processo de fixaccedilatildeo do nitrogecircnio tambeacutem requer um suprimento
contiacutenuo de carboidratos que fornecem tanto a energia para a reduccedilatildeo do nitrogecircnio
quantos os esqueletos de carbono necessaacuterios agrave assimilaccedilatildeo da amocircnia produzida
Durante os processos de infecccedilatildeo e desenvolvimento dos noacutedulos energia eacute
necessaacuteria agraves divisotildees celulares e eacute obtida da oxidaccedilatildeo dos carboidratos produzidos
na parte aeacuterea da planta hospedeira (Neves 1992 Silveira et al 2001 Moreira amp
Siqueira 2006)
Devido agrave existecircncia de uma grande diversidade de espeacutecies nativas de bacteacuterias
fixadoras de nitrogecircnio eacute necessaacuteria a obtenccedilatildeo de estirpes de Rhizobium de alta
qualidade capazes de sobreviver e competir pela fixaccedilatildeo eficiente do nitrogecircnio
atmosfeacuterico na leguminosa alvo (Moawad et al 1998 Silveira et al 2001 Figueiredo et
al 2001 2002)
A nodulaccedilatildeo eacute um processo de multi-passos que envolvem plantas especiacuteficas e
expressatildeo geneacutetica bacteriana compatiacutevel Os resultados de vaacuterias trabalhos tecircm
indicado a participaccedilatildeo de mediadores quiacutemicos no periacuteodo inicial do processo de
infecccedilatildeo das raiacutezes das leguminosas Flavonoides especiacuteficos satildeo reconhecidos pelo
rizoacutebio e em alguns casos este eacute um importante aspecto de reconhecimento do
hospedeiro Se o flavonoide for reconhecido ocorreraacute a siacutentese de sacariacutedeos nas
ceacutelulas bacterianas atraveacutes da accedilatildeo de vaacuterios produtos de genes e resultando a
produccedilatildeo de uma pequena famiacutelia de lipo-oligossacariacutedeos A estrutura dos tipos de
lipo-oligossacariacutedeos eacute o maior determinante da especificidade do hospedeiro
(Laeremans amp Vanderleyden 1998 Diouf et al 2000 Dakora 2003)
14 Polissacariacutedeos de Rizoacutebio
Biopoliacutemeros satildeo polissacariacutedeos microbianos tambeacutem conhecidos como gomas ou
exopolissacariacutedeos (EPS) que tem a capacidade de fornar geacuteis e soluccedilotildees viscosas em
meio aquoso (Moreira et al 2003) Tendo sido observados nas uacuteltimas deacutecadas
progressos significativos em relaccedilatildeo agrave identificaccedilatildeo caracterizaccedilatildeo e utilizaccedilatildeo de
polissacariacutedeos sintetizados por microrganismos (Padilha 1997)
Kay et al (1993) enfatizam que os biopoliacutemeros satildeo na sua maioria compostos
atoacutexicos biodegradaacuteveis produzidos extracelularmente por microrganismos natildeo
patogecircnicos a partir de fermentaccedilotildees em batelada com eficiecircncia proacutexima a 50 na
conversatildeo do substrato
O termo goma tal como usado tecnicamente pelas induacutestrias refere-se aos
polissacariacutedeos de origem vegetal ou microbiana e seus derivados de alto peso
molecular que quando solubilizados em aacutegua fria ou quente produzem suspensotildees ou
soluccedilotildees viscosas podendo formar geacuteis a baixas concentraccedilotildees (Lopes 1989 Whistler
amp BeMiller 1993)
As bacteacuterias Gram-negativas apresentam a parede celular mais fina consequumlecircncia
da menor quantidade de peptidoglicano em comparaccedilatildeo agraves Gram-positivas e tem
como maior componente um macropoliacutemero denominado lipopolissacariacutedeo A
presenccedila do lipopolissacariacutedeo fornece uma barreira hidrofiacutelica agrave superfiacutecie celular Em
muitas bacteacuterias a hidrofilicidade da superfiacutecie celular eacute aumentada pela presenccedila de
uma camada de EPS O EPS pode estar organizado de modo a formar uma camada
coesiva e aderente denominada ldquocaacutepsulardquo ou consistir em um polissacariacutedeo livre e
ldquomucilaginosordquo (slime) com pouca ou nenhuma aderecircncia celular O termo EPS ou
exopolissacariacutedeo pode ser usado tanto para descrever o polissacariacutedeo mucilaginoso
como o capsular (Portilho 2002)
Vaacuterias bacteacuterias pertencentes agrave famiacutelia Rhizobiaceae satildeo produtoras de EPS na
cultura esses EPS rizobianos satildeo heteropolissacariacutedeos de espeacutecie ou estirpe-
especiacuteficos compostos de diferentes tipos de monossacariacutedeos (Becker amp Puumlhler
1998) Existem evidecircncias de que a composiccedilatildeo de EPS varia natildeo soacute entre os diversos
gecircneros mas tambeacutem com mudanccedilas no meio ambiente bacteriano (Karr et al 2000)
e alteraccedilotildees na constituiccedilatildeo das unidades repetitivas podem afetar a habilidade
simbioacutetica do bacterioacuteide (Wielbo et al 2004) Poreacutem os mecanismos de
desenvolvimento simbioacutetico e de infecccedilatildeo ainda natildeo estatildeo claros e por isso existe
contiacutenuo interesse em se elucidar a geneacutetica a biologia molecular e a bioquiacutemica de
EPS e de superfiacutecie de origem bacteriana
Os polissacariacutedeos sintetizados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium tais como
succinoglicanas e galactoglucanas (Zevenhuizen 1997) tecircm sido extensivamente
estudados na tentativa de melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose Muitos
trabalhos tecircm sido desenvolvidos com o objetivo de revelar a composiccedilatildeo quiacutemica a
biossiacutentese e informaccedilotildees geneacuteticas destas biomoleacuteculas e relacionar suas estruturas
quiacutemicas agraves propriedades de infestaccedilatildeo das bacteacuterias nas plantas hospedeiras (Canter
Cremers et al 1991) uma vez que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes da
especificidade simbioacutetica (Gil-Serrano et al 1992)
Os EPSs segundo Costerton (1987) possibilitam vida livre agrave bacteacuteria permitindo a
aderecircncia e colonizaccedilatildeo agrave superfiacutecies soacutelidas onde nutrientes se acumulam Eles
envolvem as membranas das ceacutelulas protegendo-as do dessecamento e outros
estresses ambientais aleacutem de poder ajudar na fixaccedilatildeo de minerais e nutrientes
proacuteximos agrave bacteacuteria (Sutherland 1988 Whitfield 1988)
Rhizobia de raacutepido crescimento sintetizam diferentes EPS EPS de alta massa
molecular o qual eacute excretado para o meio e resulta no aumento da viscosidade do
meio de cultivo CPS neutro e insoluacutevel depositado como uma massa volumosa ao
redor da ceacutelula e β-1 2-glucanas ciacuteclicas acumuladas no espaccedilo periplasmaacutetico e
excretadas para o meio (Zevenhuizen 1986) Os EPS despertam maior interesse
porque podem ser recolhidos diretamente do meio para o qual satildeo secretados Esses
microrganismos podem tambeacutem formar glucanas neutras unidas glicosidicamente por
ligaccedilotildees tipo β-14 presentes como microfibrilas celuloacutesicas de baixo massa molecular
(Zevenhuizen1986 Breedveld et al 1993) e algumas vezes no meio de cultura
podem ser encontrados compostos de baixa massa molecular semelhantes aos das
unidades monomeacutericas do EPS (Breedveld et al 1990)
A siacutentese de EPS aacutecido CPS neutro e poli-β-hidroxibutirato (PHB) por Rhizobium
eacute fortemente dependente das condiccedilotildees de cultivo das linhagens utilizadas assim
como da fase de crescimento levando a resultados que podem variar
consideravelmente (Zevenhuizen 1981 1986 Tombolini amp Nuti 1989) A produccedilatildeo de
EPS por Rhizobium leguminosarum R phaseoli e R trifolii segue associada ao
crescimento enquanto que R meliloti excreta principalmente polissacariacutedeos de baixa
massa molecular quando a proliferaccedilatildeo celular estaacute limitada pela falta de nitrogecircnio em
excesso de fonte de carbono ainda presente no meio
Zevenhuizen (1986) investigando a influecircncia das condiccedilotildees de cultivo nas
quantidades de EPS CPS e glucanas sintetizadas por Sinorhizobium meliloti TA-1
atraveacutes de cultivos em meio de sais contendo aacutecido glutacircmico (01 ) e manitol (1 )
em frascos de 100 mL agitados a 25 ordmC verificou que determinadas condiccedilotildees
direcionavam a siacutentese polissacariacutedica para um produto especiacutefico A produccedilatildeo de EPS
era favorecida em ar saturado com O2 a de CPS sob condiccedilotildees limitantes de nitrogecircnio
e moderado suprimento de O2 e a produccedilatildeo de β-12-glucanas em meio contendo uma
concentraccedilatildeo quatro vezes maior da fonte de nitrogecircnio produzindo uma alta
densidade celular e consequentemente uma limitaccedilatildeo severa de O2
Em todas as linhagens o acuacutemulo de glicogecircnio celular β-12-glucana e PHB
satildeo apenas iniciados sob condiccedilotildees limitantes do crescimento celular (Zevenhuizen amp
Ebbink1974) Quando haacute exaustatildeo da fonte de carbono externa glicogecircnio e PHB satildeo
metabolizados pelas ceacutelulas sustentando assim sua longevidade e atuando como
material de reserva (Zevenhuizen1981)
Ceacutelulas de R leguminosarum bv phaseoli e bv trifolii sintetizam EPS contendo
aacutecido urocircnico PHB eou glicogecircnio e ainda CPS natildeo metabolizaacutevel e pequenas
quantidades de β-12-glucana R melioti sintetiza EPS livre de aacutecido urocircnico PHB eou
glicogecircnio e elevadas concentraccedilotildees de β-12-glucana (Zevenhuizen 1981)
EPS aacutecidos elaborados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium apresentam exceto
por pequenas diferenccedilas uma viscosidade extraordinaacuteria na composiccedilatildeo e nas
propriedades estruturais entre linhagens de diferentes espeacutecies (Zevenhuizen
19711973 e Zevenhuizen amp Scholten-Koerselman1979) Os dois tipos mais comuns de
EPS de rizoacutebio (espeacutecies de raacutepido crescimento) obtidos apoacutes a precipitaccedilatildeo com 3
volumes de etanol satildeo EPS (da S meliloti) sem aacutecido urocircnico e que apresenta na
composiccedilatildeo molar D-glucose D-galactose aacutecido piruacutevico (711) denominado de
polissacariacutedeop Tipo I e EPS (da R leguminosarum bv phaseoli e bv trifolii) com
composiccedilatildeo molar D-glucoseD-galactoseaacutecido D-glucurocircnicoaacutecido piruacutevico (5122)
denominado de polissacariacutedeo Tipo II (Zevenhuizen1981)
As fraccedilotildees polimeacutericas precipitaacuteveis com trecircs volumes de etanol satildeo produtos de
elevada massa molecular com caraacuteter aacutecido os quais resultam em soluccedilotildees aquosas
altamente viscosas Polissacariacutedeos do Tipo I satildeo produtos comuns excretados de
linhagens de S meliloti e de Agrobacterium (Hisamatsu et al1982) sendo tambeacutem
sintetizados por bacteacuterias de origem totalmente diferente tal como Alcaligenes faecalis
(Harada amp Amemura 1981) S melioti sintetiza geralmente um EPS de elevada massa
molecular do tipo succinoglicana com a composiccedilatildeo glucose galactose piruvato
succinato acetato (71111) (Cinquini Dantas 1992 Matulovaacute et al 1994 Ridoult et
al1997)
Algumas linhagens de Rhizobium apresentam composiccedilotildees de EPS desviadas
dos tipos mais comuns mencionados acima tais como R leguminosarum bv phaseoli
linhagem K-82 com EPS de composiccedilatildeo molar D-glucoseD-galactose aacutecido urocircnico
aacutecido piruacutevico (1111) e S meliloti SU-234 que produz EPS correspondente ao
polissacariacutedeo Tipo II (Zevenhuizen 1981)
Um consideraacutevel nuacutemero de polissacariacutedeos produzidos por muitas linhagens de
rizoacutebio natildeo estaacute disperso livremente no meio mas sim presente como um material
viscoso amorfo ao redor da ceacutelula Tais polissacariacutedeos como a curdlana podem ser
extraiacutedos com a simples adiccedilatildeo de NaOH 05 M seguida de precipitaccedilatildeo pela
neutralizaccedilatildeo com HCl Curdlana uma β-13-glucana linear gelificante pode ser
produzida por Agrobacterium e por algumas linhagens de Rhizobium (Harada amp
Amemura 1981 Zevenhuizen 1986) assim como pela bacteacuteria Alcaligenes faecalis
bv myxogenes (Harada et al 1966 Phillips et al1983 Lawford amp Rousseau1989) O
derivado sulfatado deste homopoliacutemero apresenta atividades anticoagulantes e
antitromboacuteticas aleacutem de exibir efeito inibitoacuterio agrave infecccedilatildeo in vitro do viacuterus HIV-1
(Jagodzinsski et al 1994) Aleacutem dos polissacariacutedeos neutro e aacutecido de elevada massa
molecular as espeacutecies de Rhizobium assim como bacteacuterias do gecircnero Agrobacterium
excretam carboidratos de baixa massa molecular os quais tem sido caracterizados
como β-12-glucanas (York et al 1980) Estas glucanas se acumulam
preferencialmente no espaccedilo periplaacutesmico da ceacutelula (Abe et al 1982) mas satildeo
tambeacutem excretadas para o meio juntamente com EPS aacutecidos Aparentemente estes
carboidratos natildeo apresentam uma funccedilatildeo especiacutefica uma vez que experimentos
realizados natildeo sugerem a sua utilizaccedilatildeo como fonte de carbono ou de energia pelas
ceacutelulas apoacutes a exaustatildeo da fonte de carbono exoacutegena Entretanto acredita-se que β-
12-glucanas sejam importantes durante processo de infestaccedilatildeo de raiacutezes de plantas
Ceacutelulas mutantes de S meliloti natildeo sintetizadoras de β-12-glucanas induziram somente
a formaccedilatildeo de pseudonoacutedulos em alfafa (Breedveld et al1990)
As β-12-glucanas ciacuteclicas satildeo moleacuteculas com grande potencial de utilizaccedilatildeo
dado o espaccedilo interno relativamente hidrofoacutebico podendo ser apropriadas como
agentes de inclusatildeo comparaacuteveis agraves ciclodextrinas constituiacutedas de 6 a 8 resiacuteduos de
glucose unidos por ligaccedilotildees α-14 Os espaccedilos internos de ambas as moleacuteculas satildeo
praticamente semelhantes Contudo a solubilidade da β-12-glucana ciacuteclica eacute maior em
relaccedilatildeo agrave ciclodextrinas (Breedveld et al 1990)
Glicogecircnio e PHB estatildeo presentes nas ceacutelulas de Rhizobium sendo que
algumas vezes ocorre separadamente em diferentes linhagens mas na sua maioria
ambos os compostos aparecem juntos em ceacutelulas de uma mesma linhagem
Vaacuterios biopoliacutemeros tem sido produzidos e utilizados comercialmente entre eles
Dextrana (produzida por bacteacuterias dos gecircneros Leuconostoc e Streptococcus) Xantana
(produzida por bacteacuterias do gecircnero Xanthomonas) Curdulana (produzida pelas
bacteacuterias Alcaligenes faecalis bv mixogenes e Agrobacterium radiobacter) Alginato
bacteriano (produzido por bacteacuterias dos gecircneros Azotobacter principalmente
Azotobacter vinelandii e Pseudomonas) Zanflo (produzido pela bacteacuteria Erwinia
tahitica) Gelana (produzida pela bacteacuteria Sphingomonas paucimobilis anteriormente
classificada como Pseudomonas elodea) Welana (produzida por espeacutecies de
Alcaligenes) Escleroglucana (produzida por diferentes espeacutecies de Sclerotium)
Pululana (produzida pelo fungo Aureobasidium pullulans) Celulose bacteriana
(produzida pela bacteacuteria Acetobacter xilinum) (Sutherland 1992 Martins amp Saacute-Correia
1993 Giavasis el al 2000 Maugeri 2001 Giavasis et al 2003 Kalogiannis et al
2003 Campbell et al 2003)
Outros biopoliacutemeros que estatildeo em estudo natildeo sendo produzidos em escala
industrial podem ser citados tais como indicana (produzida por Beijerinckia indica)
emulsana (produzida por Acinetobacter calcoaceticus) pululana (produzida pela
levedura Rhodotorula bacarum) ciclossoforanas (produzidas por Rhizobium
Agrobacterium e algumas espeacutecies de Xanthomonas) clairana (produzida por
Beijerinckia sp) diutana (produzida pelo gecircnero Sphingomonas) (Maugeri 2001
Navarrete amp Shah 2001 Chi amp Zhao 2003 Moreira et al 2003) Ateacute o momento
dextrana e xantana satildeo praticamente os uacutenicos polissacariacutedeos microbianos
comercializados em larga escala A goma gelana eacute o terceiro polissacariacutedeo produzido
comercialmente por biossiacutentese microbiano utilizado na induacutestria de alimentos
(Maugeri 2001)
15 Reologia
A etmologia da palavra rheologia tem raiz e busca significado nos vocaacutebulos
gregos rheo = deformaccedilatildeo e logia = ciecircncia ou estudo Portanto reologia eacute a ciecircncia
que estuda como a mateacuteria se deforma ou escoa quando submetida a esforccedilos
originados por forccedilas externas Schlumberger (1982) Estuda o comportamento
deformacional e do fluxo de mateacuteria submetido a tensotildees sob determinadas condiccedilotildees
termodinacircmicas ao longo de um intervalo de tempo Inclui propriedades como
elasticidade viscosidade e plasticidade No caso mais simples a propriedade reoloacutegica
de interesse no caso de soacutelidos eacute a sua elasticidade e nos fluidos eacute a viscosidade que
pode ser interpretada como a resistecircncia interna ou fricccedilatildeo interna do fluido oferece
para escoar ou tambeacutem como a medida da fricccedilatildeo interna de um fluiacutedo Quanto mais
viscosa o fluido mais difiacutecil de escoar e maior o seu coeficiente de viscosidade
(Pasquel1999)
As propriedades reoloacutegicas das soluccedilotildees de poliacutemeros mudam com a natureza
do soluto dependem da massa molecular meacutedia da estrutura molecular dos grupos
acetil ou piruvato (Casas et al 2000 Moradi-Araghi 2000 Diltz amp Zeller 2001
Navarrete et al 2001)
Viscoelasticidade eacute uma das propriedades reoloacutegicas mais simples de
substacircncias de comportamento reoloacutegico complexo como satildeo os biopoliacutemeros uma
vez que soluccedilotildees de biopoliacutemeros com interesse de aplicaccedilatildeo comercial exibem
propriedades viscoelaacutesticas isto eacute a capacidade de formar geacuteis verdadeiros em baixas
concentraccedilotildees e portanto com caracteriacutesticas intermediaacuterias entre soacutelidos e fluiacutedos
(Szczesniak 1993)
Entretanto uma das importantes indicaccedilotildees de que um biopoliacutemero tem
propriedades funcionais com viabilidade de aplicaccedilatildeo comercial como agente
espessante estruturante ou gelificante eacute o resultado da medida da viscosidade
aparente de suas soluccedilotildees aquosas (Szczesniak 1993)
A viscosidade de uma soluccedilatildeo polimeacuterica eacute uma funccedilatildeo do tamanho e da forma e
conformaccedilatildeo que adotam suas moleacuteculas no solvente sendo que no caso de alimentos
e bebidas o solvente eacute uma soluccedilatildeo de outros solutos Assim sendo as soluccedilotildees das
gomas satildeo dispersotildees de moleacuteculas hidratadas eou agregados de moleacuteculas
hidratadas e seu comportamento reoloacutegico eacute determinado pelo tamanho forma
facilidade de deformaccedilatildeo ou flexibilidade e presenccedila e magnitude da carga eleacutetrica
nessas moleacuteculas hidratadas eou agregados As soluccedilotildees de polissacariacutedeos exibem
dois tipos gerais de comportamento reoloacutegico pseudoplaacutestico e tixotropia As soluccedilotildees
da maioria das gomas experimentam uma diminuiccedilatildeo da viscosidade com o aumento da
temperatura sendo que a goma xantana eacute uma exceccedilatildeo entre 0 e 100 ordm C (Pasquel
1999)
Na Viscoelasticidade os liacutequidos viscosos natildeo possuem forma geomeacutetrica
definida e escoam irreversivelmente quando submetidos a forccedilas externas Por outro
lado os soacutelidos elaacutesticos apresentam forma geomeacutetrica bem definida e se deformados
pela accedilatildeo de forccedilas externas assumem outra forma geomeacutetrica de equiliacutebrio Muitos
materiais apresentam um comportamento mecacircnico intermediaacuterio entre estes dois
extremos evidenciando tanto caracteriacutesticas viscosas como elaacutesticas e por este
motivo satildeo conhecidos como viscoelaacutesticos
Quanto agrave deformaccedilatildeo os fluidos podem ser classificados em
Reversiacuteveis ou elaacutesticos satildeo sistemas que natildeo escoam sua deformaccedilatildeo eacute
reversiacutevel e o sistema obedece agrave Lei de Hooke
Irreversiacuteveis ou viscosos satildeo sistemas que escoam sua deformaccedilatildeo eacute
irreversiacutevel e o sistema obedece agrave Lei de Newton de viscosidade constante
Tambeacutem podem ser classificados quanto agrave relaccedilatildeo entre a taxa de deformaccedilatildeo e a
tensatildeo de cisalhamento
Fluidos Newtonianos sua viscosidade eacute constante seguem a Lei de
Newton Esta classe abrange todos os gases e liacutequidos natildeo polimeacutericos e
homogecircneos A relaccedilatildeo entre a taxa de deformaccedilatildeo e a tensatildeo de cisalhamento
eacute linear e o coeficiente angular da reta eacute a viscosidade (Severs 1962)
Ex aacutegua leite soluccedilotildees de sacarose oacuteleos vegetais
Fluidos Natildeo Newtonianos a relaccedilatildeo entre a taxa de deformaccedilatildeo e a tensatildeo de
cisalhamento natildeo eacute constante A relaccedilatildeo eacute natildeo linear e o coeficiente angular
(viscosidade) varia com a taxa de deformaccedilatildeo (Severs 1962)
Aleacutem disso os fluidos natildeo newtonianos ainda podem ser classificados em
viscoelaacutesticos dependentes e independentes do tempo (Figura 1)
A Figura 2 mostra o comportamento reoloacutegicos do fluido newtoniano e dos fluidos
natildeo newtonianos independentes do tempo
O comportamento reoloacutegico dos fluidos pode ser caracterizado atraveacutes da
relaccedilatildeo entre a tensatildeo de cisalhamento (forccedilaaacuterea cisalhada) e a taxa de deformaccedilatildeo
Normalmente os poliacutemeros em soluccedilatildeo diluiacuteda demonstram um comportamento de
liacutequido newtoniano Em soluccedilatildeo concentrada ou no estado fundido os poliacutemeros
apresentam um comportamento reoloacutegico distinto que lhes confere a denominaccedilatildeo de
fluidos natildeo-newtonianos (Tager 1978)
Dependentes do tempo
Independentes do tempo
Tixotroacutepicos
Sem tensatildeo de cisalhamento
inicial
Natildeo Newtoniano
Com tensatildeo de cisalhamento
inicial
Dilatantes
Herschel-Bulkley
Fluidos
Newtoniano
Viscoelaacutesticos
Reopeacuteticosticos
Pseudoplaacutesticos
Plaacutesticos de Bingham
Figura 1 Classificaccedilatildeo dos Fluidos segundo seu comportamento reoloacutegico
Figura 2 Curvas de escoamento de fluidos newtoniano e natildeo newtonianos de propriedades independentes do tempo de cisalhamento
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Os fluidos natildeo-newtonianos cujas propriedades reoloacutegicas satildeo independentes do
tempo temos diversos tipos de comportamento de materiais que satildeo denominados
viscoplaacutesticos ou de Bingham dilatante e pseudoplaacutesticos
Os materiais viscoplaacutesticos ou de Bingham necessitam de uma tensatildeo inicial
para comeccedilarem a deformaccedilatildeo cisalhamento mantendo entatildeo a relaccedilatildeo entre tensatildeo
e taxa de deformaccedilatildeo que pode ser constante ou natildeo Em soluccedilotildees de poliacutemeros de
alto peso molecular muitas vezes uma tensatildeo de cisalhamento miacutenima se faz
necessaacuteria a fim de vencer as interaccedilotildees intermoleculares existentes Soacute apoacutes o
colapso destas ligaccedilotildees ocorre o escoamento do fluido Como exemplos destes fluidos
podem ser citados a margarina polpa de papel e a maioria das tintas (Bretas 1987)
Os materiais com comportamento dilatante ou pseudoplaacutestico natildeo necessitam de
uma tensatildeo miacutenima para escoarem mas a viscosidade destes fluidos varia de forma
natildeo linear com a taxa de deformaccedilatildeo (Cheremisinoff 1993)
Os materiais pseudoplaacutesticos incluem a maioria dos fluidos natildeo-newtonianos
como por exemplo soluccedilotildees polimeacutericas acetato de celulose maionese suspensotildees
de polpa de papel e pigmentos (Cheremisinoff 1993) A maioria dos poliacutemeros
sinteacuteticos no seu estado fundido e das soluccedilotildees aquosas de polissacariacutedeos satildeo
exemplos de materiais pseudoplaacutesticos (Lopes 1989)
O termo dilatacircncia eacute empregado normalmente para descrever tanto uma
expansatildeo de volume sob cisalhamento como para caracterizar o aumento de
viscosidade de certos fluidos com o aumento da velocidade de cisalhamento Neste
uacuteltimo aspecto a dilatacircncia eacute observada como fenocircmeno inverso agrave pseudoplasticidade
(Bauer amp Collins 1967) O comportamento dilatante pode ser observado em
suspensotildees muito concentradas em que as partiacuteculas constituintes satildeo irregulares e
natildeo se orientam facilmente ou em poliacutemeros fundidos onde haacute formaccedilatildeo de cristais
durante o processo de escoamento (Lopes e Andrade 1991) Como exemplos de
dilatantes podemos citar as suspensotildees aquosas de dioacutexido de titacircnio suspensotildees de
amido de milho em etilenoglicolaacutegua goma araacutebica areia de praia molhada entre
outros (Lopes e Andrade 1991 Cheremisinoff 1993)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Os fluidos natildeo-newtonianos cujas propriedades reoloacutegicas satildeo dependentes do
tempo temos diversos tipos de comportamento de materiais que satildeo denominados de
reopeacuteticos e tixotroacutepicos Materiais que se tornam mais viscosos durante a
transformaccedilatildeo em cisalhamento suave satildeo chamados reopeacuteticos exibem um aumento
da viscosidade com o aumento da velocidade de cisalhamento a uma velocidade de
cisalhamento constante (suspensatildeo de gesso solos) e os que se tornam menos
viscosos satildeo chamados tixotroacutepicos (tinturas vaacuterios lubrificntes) (Cheremisinoff 1993)
Os materiais tixotroacutepicos satildeo inevitavelmente pseudoplaacutesticos mas nem todo
pseudoplaacutestico eacute tixotroacutepico (Lenk 1978)
Uma outra categoria de fluidos natildeo-newtoniano eacute representada pelos fluidos
viscoeslaacutesticos Um material eacute descrito como viscoelaacutestico quando em suas
propriedades mecacircnicas parte da energia eacute armazenada e outra parte eacute dissipada
como calor Na verdade todos os corpos reais satildeo viscoelaacutesticos (Graessley 1984)
Um fluido viscoelaacutestico em equiliacutebrio quando submetido agrave uma tensatildeo cisalhante
responde de dois modos sobrepostos Primeiro o material exibe uma resposta elaacutestica
que corresponde ao deslocamento das moleacuteculas de sua posiccedilatildeo inicial para uma nova
posiccedilatildeo de equiliacutebrio Isto ocorre logo apoacutes a aplicaccedilatildeo da tensatildeo e eacute chamado de
tempo de relaxamento O segundo modo de resposta agrave tensatildeo eacute o escoamento viscoso
iniciando-se tambeacutem logo que esta eacute aplicada O escoamento viscoso eacute por
conseguinte irreversiacutevel espontaneamente podendo continuar mesmo apoacutes o aliacutevio da
tensatildeo (Tager 1978) Como exemplos desta classe de fluiacutedos poliacutemeros como o
naacuteilon vaacuterias soluccedilotildees polimeacutericas e geleacuteias (Cheremisinoff 1993)
O estudo reoloacutegico de sistemas polimeacutericos tem auxiliado tanto na compreensatildeo
da estrutura molecular de muitos tipos de poliacutemeros quanto na forma como esta
conformaccedilatildeo estrutural afeta o comportamento reoloacutegico quer em condiccedilotildees
permanentes quer em deformaccedilatildeo intermitente A viscosidade e a elasticidade satildeo as
duas faces que tendem a caracterizar a maneira como um material reage a uma tensatildeo
imposta (Machado 2002)
A estrutura quiacutemica de cada biopoliacutemero bem como os grupos substituintes que
ele possui determinam suas caracteriacutesticas reoloacutegicas e portanto suas potenciais
aplicaccedilotildees (Pace 1991)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Os polissacariacutedeos microbianos variam consideravelmente em suas
propriedades fiacutesicas incluindo as caracteriacutesticas reoloacutegicas influenciando
marcadamente o processo fermentativo (Sutherland 1990)
2 JUSTIFICATIVA
A relevacircncia deste trabalho consiste na necessidade do desenvolvimento de
tecnologias de baixo custo capazes de melhorar os niacuteveis de produtividade do feijoeiro
podendo ser favorecido pelo estudo do comportamento da produccedilatildeo de polissacariacutedeos
por Rhizobium sp onde os resultados permitiratildeo avaliar a produccedilatildeo do biopoliacutemero
sintetizado como uma alternativa viaacutevel e promissora principalmente pelo uso de
bioproduto para formulaccedilatildeo de inoculante visando incrementar a contribuiccedilatildeo no
processo da Fixaccedilatildeo Bioloacutegica de Nitrogecircnio podendo gerar no futuro insumos
bioloacutegicos capazes de promover saltos qualitativos para a agricultura
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
3 OBJETIVOS 31 Geral Obter isolados de rizoacutebios para maior eficiecircncia no desenvolvimento da planta visando
selecionar microrganismos para produccedilatildeo de polissacariacutedeos extracelulares e que
possuam capacidade para produzir biopoliacutemero
32 Especiacuteficos
Estudo cineacutetico do cultivo de rizoacutebios para determinar as condiccedilotildees culturais que
assegurem uma produccedilatildeo eficiente de polissacariacutedeos
Determinar quais os melhores isolados produtores de polissacariacutedeo em meio
liacutequido (gL-1)
Estudar paracircmetros na produccedilatildeo de exopolissacariacutedeo formado pelas estirpes de
rizoacutebio tais como volume de inoacuteculo e o comportamento viscosimeacutetrico da
dispersatildeo do polissacariacutedeo
Avaliar a influecircncia do tempo na produccedilatildeo do polissacariacutedeo pelo
acompanhamento de consumo de substrato e de formaccedilatildeo do produto
Determinar a composiccedilatildeo quimica e a dosagem de sacarose das melhores
estirpes produtoras de polissacariacutedeo
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
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Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
5 CAPIacuteTULO 1
BIOPOLIacuteMEROS SINTETIZADOS POR Rhizobium sp PRODUCcedilAtildeO E COMPORTAMENTO REOLOacuteGICO
Barreto M C S 12 Figueiredo M V B 2 Burity H A2 Lima-Filho J L 1
1Universidade Federal de Pernambuco Rua Nelson Chaves sn Cidade Universitaacuteria
Recife ndash PE Brasil
2Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria ndash IPA Laboratoacuterio Biologia do
Solo Av Gal San Martin 1371 Bongi Recife ndash PE Brasil
Autor de correspondecircncia Maria do Carmo Silva Barreto Empresa Pernambucana de Pesquisa
Agropecuaacuteria ndash IPA Laboratoacuterio Biologia do Solo Av Gal San Martin 1371 Bongi Recife ndash PE
Brasil E-mail mcsbarretogmailcom
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
RESUMO Os biopoliacutemeros polissacariacutedicos de origem microbiana sintetizados por bacteacuterias
fungos e leveduras satildeo tambeacutem conhecidos como goma devido a sua capacidade de
formar soluccedilotildees viscosas e geacuteis em meio aquoso A produccedilatildeo de exopolissacariacutedeos
(EPS) microbianos tem sido objeto de intensa pesquisa tendo em vista seu elevado
potencial de aplicaccedilatildeo em diferentes setores No entanto os polissacariacutedeos
sintetizados por bacteacuterias do grupo Rhizobium tem sido estudados na tentativa de
melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose leguminosa X Rhizobium uma vez
que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes da especificidade simbioacutetica
entretanto a precisa funccedilatildeo destas moleacuteculas ainda estaacute sendo investigada No
processo de produccedilatildeo e viscosidade de polissacariacutedeo a ser obtido deve-se considerar
desde o microrganismo em estudo ateacute a determinaccedilatildeo dos paracircmetros de agitaccedilatildeo
tempo de incubaccedilatildeo excesso ou ausecircncia de carboidratos e volume de inoculo onde
se destaca o meio de produccedilatildeo e sua influecircncia na siacutentese no rendimento e na
composiccedilatildeo dos EPS O objetivo deste trabalho foi avaliar a produccedilatildeo e viscosidade de
biopoliacutemeros obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp comparados com a estirpe padratildeo
Rhizobium tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo O biopoliacutemero foi obtido
atraveacutes de agitaccedilatildeo em incubador agitador As condiccedilotildees foram 28 degC 200 rpm por 96
e 168 horas em meio YM modificado Foram avaliados a produccedilatildeo pela massa seca
da soluccedilatildeo aquosa dos biopoliacutemeros a 25 (vv) atraveacutes da teacutecnica da massa seca e
apoacutes a secagem do produto foi realizada em dissecador agrave temperatura de 30 degC ateacute
massa constante Para medidas de viscosidade as amostras foram determinadas em
viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT Spindle 1) a 20 degC a diferentes taxas
de cisalhamento Os resultados mostraram que os isolados no tempo de fermentaccedilatildeo
de 168 horas apresentou maior produccedilatildeo de EPS Com o aumento do tempo tambeacutem
houve um aumento da viscosidade para todos os isolados
Palavras Chave Exopolissacariacutedeos (EPS) reologia rizoacutebio
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ABSTRACT
The biopolymers are polysaccharide from microbial origin synthesized by bacteria fungi
and yeast They are also known as gums due to their capacity to produce viscous
solutions and gel in an acquoso medium The production of microbial Exopolysaccharide
(EPS) has been an object of intensive research due to its high application and potential
in different fields However the polysaccharide synthesized by bacteria from
Rhizobium have been studied to help understand their participation in the leguminous
symbiosis X Rhizobium since these biopolymers seem to determine the symbiotic
specificity however the precise function of those molecules are still to be seen to
During the process of production and viscosity of polysaccharide it should be
considered from the microorganism being studied to the determination of rotatory
parameters time of incubation excess or lack of carbohydrates and inocule volume in
which the production medium and its influence on the synthesis is highlighted in the
yield and composition of exopolysaccharides The aim of this research is to evaluate the
production and viscosity of biopolymers obtained form 8 isolated Rhizobium sp
compared to standard strain Rhizobium tropici (CIAT 899) in different culture timing The
biopolymer was obtained through rotation in shakers The conditions were 28degC
200rpm per 96 and 168 hours in modified YM medium The following items were
evaluated the production via dry weight of acquoso solution of biopolymers at 25
(vv) through the technique of dry weight and after drying the product which was done in
a dessicator at 30degC with constant weight For measuring viscosity the samples were
identified by using a rotational Brookfield (model RVT Spindle 1) viscometer at 20degC
and shear rate The results showed that the isolated ones had a bigger production within
168 hours of fermentation time Besides by increasing the time there was also an
increase of viscosity for all the isolated ones
Keywords Exopolysaccharide(EPS) rheology rhizobia
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
51 Introduccedilatildeo
Os biopoliacutemeros polissacariacutedicos de origem microbiana sintetizados por bacteacuterias
fungos e leveduras satildeo tambeacutem conhecidos como goma devido a sua capacidade de
formar soluccedilotildees viscosas e geacuteis em meio aquoso Esses polissacariacutedeos de cadeia
complexa tambeacutem satildeo conhecidos como gomas devido a sua capacidade de formar
soluccedilotildees viscosas e geacuteis em meio aquoso
Um grande nuacutemero de bacteacuterias conhecidas produz quantidades abundantes de
exopolissacariacutedeos (EPS) particularmente as patogecircnicas de plantas como as
Xanthomonas Erwinia e as bacteacuterias fixadoras de nitrogecircnio Rhizobium Beijerinkia e
Azotobacter (Vermani et al 1995) Destas os exopolissacariacutedeos de Xanthomonas
campestris (xantana) Sphingomonas paucimobilis e Pseudomonas elodea (gelana)
Acetobacter xylinum (celulose) e Rhizobium sp (succinoglucana) estatildeo sendo
comercializados (Sutherland 2001)
Os polissacariacutedeos extracelulares sintetizados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium
tecircm sido estudados na tentativa de melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose
leguminosa x Rhizobium uma vez que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes
da especificidade simbioacutetica entretanto a precisa funccedilatildeo destas moleacuteculas ainda estaacute
sendo investigada
Segundo Costerton (1987) os EPS possibilitam vida livre agrave bacteacuteria permitindo a
aderecircncia e colonizaccedilatildeo agrave superfiacutecies soacutelidas onde os nutrientes se acumulam Eles
envolvem as membranas das ceacutelulas protegendo-as do dessecamento e outros
estresses ambientais aleacutem de poder ajudar na fixaccedilatildeo de minerais e nutrientes proacuteximo
a bacteacuteria (Sutherland 1988 Whitfield 1988) Ainda segundo Costerton (1987) os
EPS podem ser homopoliacutemeros ou heteropoliacutemeros e possuem uma variedade de
substituintes natildeo carboidratados Entre os homopoliacutemeros encontrados em bacteacuterias
que interagem com plantas as mais comuns satildeo as glucanas periplasmaacuteticas β (1-2)
que estatildeo presentes em Rhizobiaceae (Otoboni 2001)
Os polissacariacutedeos bacterianos hidrossoluacuteveis vecircm sendo utilizados pelas induacutestrias
como emulsificantes estabilizantes espessantes agentes de suspensatildeo e dependendo
de sua natureza quiacutemica as gomas microbianas podem tambeacutem ser empregadas como
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
promotoras de gelificaccedilatildeo No entanto os polissacariacutedeos sintetizados por bacteacuterias do
gecircnero Rhizobium tais como succinoglicanas e galactoglucanas (Zevenhuizen 1997
Younes et al 2000) tecircm sido estudados na tentativa de melhor compreender sua
participaccedilatildeo na simbiose
A produccedilatildeo de EPS microbianos tem sido objeto de intensa pesquisa tendo em
vista seu elevado potencial de aplicaccedilatildeo em diferentes setores pois natildeo se encontra
exposta agraves alteraccedilotildees climaacuteticas ou agrave problemas nas colheitas que prejudicam a oferta
e alteram o custo de produccedilatildeo das gomas tradicionais No processo de produccedilatildeo de
polissacariacutedeos deve-se considerar desde o microrganismo em estudo ateacute a
determinaccedilatildeo dos paracircmetros de agitaccedilatildeo tempo de incubaccedilatildeo excesso ou ausecircncia
de carboidratos e volume de inoacuteculo onde se destaca o meio de produccedilatildeo e sua
influecircncia na siacutentese no rendimento e na composiccedilatildeo dos EPS (Faria 2002)
Na literatura estatildeo descritos vaacuterios meios de produccedilatildeo entretanto a composiccedilatildeo
qualitativa eacute a mesma e cada suplemento apresenta uma determinada funccedilatildeo na
produccedilatildeo de polissacariacutedeo Basicamente os meios para produccedilatildeo de polissacariacutedeos
apresentam uma fonte de foacutesforo e potaacutessio (fosfato de potaacutessio) e nitrogecircnio (sulfato
de amocircnio) em concentraccedilotildees adequadas para o crescimento do microrganismo uma
fonte de carbono (glicose sacarose manose frutose e outras) como reserva energeacutetica
e ainda oligoelementos como Na1+ K1+ Ca2+ Mg2+ Fe2+ e outros os quais tecircm um
papel importante como cofatores enzimaacuteticos nas vias de produccedilatildeo do polissacariacutedeo
(Martins et al 1990 Wong 1993 Madi et al 1997)
Soluccedilotildees de biopoliacutemeros bacterianos com propriedades reoloacutegicas interessantes
do ponto de vista industrial geralmente exibem propriedades pseudoplaacutesticas
viscoelaacutesticas e tensatildeo residual elevada (Sutherland 2001) poreacutem a viscosidade
aparente do caldo de fermentaccedilatildeo era o paracircmetro utilizado para avaliar a qualidade do
biopoliacutemero (Scamparini 1991 Bueno amp Garcia-Cruz 2000) Dos paracircmetros que
interferem na viscosidade dos poliacutemeros pode-se citar o tipo de estrutura molecular e
concentraccedilatildeo de poliacutemero A viscosidade da soluccedilatildeo aquosa de um polissacariacutedeo estaacute
diretamente relacionada com a rigidez de sua moleacutecula que por sua vez depende da
sua estrutura principalmente da estrutura primaacuteria e secundaacuteria a qual estaacute
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
diretamente relacionada agrave bacteacuteria utilizada e agraves condiccedilotildees operacionais do processo
de produccedilatildeo (Bradshaw et al 1983)
A seleccedilatildeo de microrganismos que produzam polissacariacutedeos com propriedades
funcionais economicamente interessantes bem como os estudos para otimizar o
rendimento e a produtividade dos processos fermentativos na obtenccedilatildeo destes eacute um
desafio constante (Boza 2002) A seleccedilatildeo da linhagem deveria ser o primeiro passo
quando se tenta um processo especiacutefico de produccedilatildeo
Dentro deste contexto este trabalho teve como objetivo geral avaliar a produccedilatildeo e
viscosidade de EPS obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp comparados com a estirpe
padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo
52 Material e Meacutetodos
Microrganismos
Foram utilizadas as bacteacuterias pertencentes ao gecircnero Rhizobium 8 isolados (nativos
da regiatildeo do sertatildeo de Pernambuco ndash Araripina) do banco de germoplasma da
Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria - IPA resistentes a alta
temperatura e formadoras de goma e uma estirpes padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899)
obtidas do Centro Nacional de Pesquisa em Agrobiologia - CNPAB EMBRAPA
As estirpes descritas na Tabela 1 foram mantidas em meio YMA (Vincent 1970 -
modificado) contendo (gL-1) sacarose (30 g) extrato de levedura (04 g) 1 mL de
K2HPO4 a 10 4 mL de KH2PO4 a 10 2 mL de MgSO47H2O a 10 1 mL de NaCl
a 10 5 mL de Azul de Bromotimol 025 em KOH a 02N ou 10 mL de Vermelho
Congo a 025
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Inoacuteculo
As estirpes descritas na Tabela 1 foram purificadas por repicagem em placas de
petri contendo o meio YMA (Vincent 1970 - modificado) utilizando o corante vermelho
do congo como indicador Apoacutes a purificaccedilatildeo as bacteacuterias foram repicadas em tubos
inclinados em meio de cultura sem o indicador vermelho de congo as quais foram
incubados a 28 degC por 48 horas em estufa e armazenadas a plusmn4 degC
A partir dessas culturas os experimentos foram conduzidos em duas etapas
Primeiro preparou-se um preacute-inoacuteculo partindo de uma alccedilada de cultura crescida sobre
meio YMA e incubada em estufa por 48 h a 28 plusmn 1 degC Transcorrido este periacuteodo
Isolados
Estirpe
Tamanho
das colocircnias
Tempo
Crescimento (dias)
pH
Transparecircncia
Hospedeiro
Origem
ISOL-1
gt 1 mm
2
Alcalino
Transluacutecido
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-2
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-3
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-4
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-6
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-11
gt 1 mm
2
Aacutecido
Transluacutecido
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-14
lt 1 mm
2
Levemente
Aacutecido
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-16
gt 1 mm
2
Levemente
Aacutecido
Opaco
Phaseolus vulgaris
CIAT 899
gt 1 mm
2
Aacutecido
Transluacutecido
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
Cali-CO
Tabela 1 Caracteriacutesticas morfofisioloacutegicas dos Isolados de rizoacutebios e da estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
preparou-se o inoacuteculo atraveacutes da transferecircncia asseacuteptica em Erlenmeyer de 250 mL
com 80 mL de meio de produccedilatildeo contendo 25 (vv) de uma cultura do preacute-inoacuteculo
crescida ateacute a fase logariacutetma e incubados em agitador rotatoacuterio a 200 rpm a 28 plusmn 1 degC
em triplicata
Produccedilatildeo e recuperaccedilatildeo de biopoliacutemero
A produccedilatildeo total dos biopoliacutemeros [g(Lh)-1] obtidos nos diferentes tempos de
cultivo foram avaliados pela massa do produto seco por volume de meio YM
modificado em Incubadora refrigerada com agitaccedilatildeo Modelo TE-421 TECNAL A
quantidade produzida de EPS durante a fermentaccedilatildeo foi determinada atraveacutes da
teacutecnica da massa seca Apoacutes centrifugaccedilatildeo aacutelcool etiacutelico PA foi adicionado ao mosto
fermentado ateacute atingir a concentraccedilatildeo de 80 na soluccedilatildeo hidroalcooacutelica formada
Apoacutes a total precipitaccedilatildeo do EPS presente no meio fermentado foi realizado a secagem
do produto em dissecador agrave temperatura 30 degC ateacute massa constante Todas as
determinaccedilotildees foram efetuadas em triplicata
Viscosidade
A caracterizccedilatildeo reoloacutegica do biopoliacutemero produzido foi determinada em um
viscosiacutemetro rotacional Brookfield modelo RVT com spindle 1 a 20 degC acoplados a
um banho-maria termostatizado modelo TE-184 TECNAL Foram determinadas as
viscosidades aparentes e a avaliaccedilatildeo do comportamento pseudoplaacutestico As equaccedilotildees
e procedimentos especiacuteficos aplicados para os caacutelculos das taxas de cisalhamento em
funccedilatildeo da rotaccedilatildeo aplicada no material foram obtidos atraveacutes dos meacutetodos verificados
por Mitschka (1982) citado por Morais (1999) para reocircmetros deste modelo (RV)
O modelo reoloacutegico adotado foi de Ostwald-de Waele (power-law)
n
kibull
= γτ )(
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Pelo meacutetodo utilizado a tensatildeo de cisalhamento eacute calculada pela multiplicaccedilatildeo da
leituras de torque pela constante tabelada kat (funccedilatildeo do rotor) e a taxa de cisalhamento
pela constante kγ (funccedilatildeo do rotor e iacutendice da potecircncia) (Morais 1999)
)()( iLKi at=τ
)()()( iWnKi γγ =
Os valores das constantes das constantes de Mitschka se encontram na tabela 2
seguinte
Tabela 2 Valores das constantes kat e kγ (Mitshka 1982)
Rotor 1 2 3 4 5 6 7
kat 0035 0119 0279 0539 105 235 84
n=01 1728 1431 1457 1492 1544 1366 1936
02 0967 0875 0882 0892 0907 0851 1007
03 0705 0656 0656 0658 0663 0629 0681
kγ 04 0576 0535 0530 0529 0528 0503 0515
05 0499 0458 0449 0445 0442 0421 0413
06 0449 0404 0392 0387 0382 0363 0346
07 0414 0365 0350 0343 0338 0320 0297
08 0387 0334 0317 0310 0304 0286 0261
09 0367 0310 0291 0283 0276 0260 0232
10 0351 0291 0270 0262 0254 0238 0209
Anaacutelise Estatiacutestica Para as anaacutelises individuais do experimento foi utilizado um delineamento
inteiramente casualizado com nove (n = 9) bacteacuterias e trecircs repeticcedilotildees (r =3) O modelo
matemaacutetico utilizado foi o aditivo linear
Yij = micro + bi + lij onde
Yij eacute a variaacutevel resposta (produccedilatildeo de biopoliacutemero) da i-eacutesima bacteacuteria na j-eacutesima
repeticcedilatildeo
micro eacute a meacutedia geral do experimento
bi eacute o efeito da i-eacutesima bacteacuteria
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
lij eacute o componente aleatoacuterio (erro experimental ou resiacuteduo) para a i-eacutesima bacteacuteria e j-
eacutesima repeticcedilatildeo Considerando eij independente e normalmente distribuiacutedo com meacutedia
zero e variacircncia σe2
O esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia utilizado para os experimentos de 96
e 168 horas pode ser visto na Tabela abaixo
Para a anaacutelise de Grupo de experimentos foi utilizado o modelo matemaacutetico Yijk = micro + bi + ti + (bt)ik + lijk onde
Yijk eacute a variaacutevel resposta (produccedilatildeo de biopoliacutemero) da i-eacutesima bacteacuteria no k-eacutesimo
tempo da j-eacutesima repeticcedilatildeo
micro eacute a meacutedia geral dos experimentos
bi eacute o efeito da i-eacutesima bacteacuteria
tk eacute o efeito do k-eacutesimo tempo
(bt)ik eacute o efeito da interaccedilatildeo hierarquica da i-eacutesima bacteacuteria com o k-eacutesimo tempo
lijk eacute o componente aleatoacuterio (erro experimental ou resiacuteduo) para a i-eacutesima bacteacuteria do
k-eacutesimo tempo na j-eacutesima repeticcedilatildeo Considerando lijk independente e normalmente
distribuiacutedo com meacutedia zero e variacircncia σe2
Fonte de variaccedilatildeo
GL
SQ
QM
F
Bacteacuterias
Resiacuteduos
1minusn
( )1minusrn
Total
1minusnr
sum=
minus
n
iCbir 1
21
Diferenccedila
CYij
r
j
n
iminussumsum
==
2
11
1Q
2Q
21
Tabela 3 ndash Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para experimentos em 96 e 168 horas
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
O esquema teoacuterico da decomposiccedilatildeo da variacircncia utilizado pode ser visto na Tabela 3
1minusnrt
53 Resultados e Discussatildeo
Produccedilatildeo de biopoliacutemero
As Tabelas 5 e 6 apresentam os resultados da anaacutelise de variacircncia e dos dados
meacutedios das anaacutelises individuais e do grupo de experimento da produccedilatildeo de biopoliacutemero
(gL-1) para os tempos de cultivo (96 e 168 horas) respectivamente
A Tabela 6 apresenta a produccedilatildeo meacutedia (gL-1) das fermentaccedilotildees realizadas em
triplicata para a produccedilatildeo do biopoliacutemero durante 96 e 168 horas de cultivo dos 8
isolados e da estirpe padratildeo CIAT 899 e a meacutedia do grupo de experimento das
mesmas Nesta observa-se que a produccedilatildeo maacutexima no periacuteodo de 168 horas de
processo ocorreu para todas as estirpes poreacutem a bacteacuteria CIAT 899 (padratildeo)
apresentou a maior produccedilatildeo em relaccedilatildeo aos demais tratamentos ( ISOL 14 ISOL 16 e
ISOL 3 ) pelo teste de Tukey a niacutevel de 1 de probabilidade Isto sugere que com o
aumento do tempo (168 horas) ocorre um aumento da produccedilatildeo o que mostra que a
Fonte de variaccedilatildeo
GL
SQ
QM
F
Bacteacuterias (B)
1minusn
_
1Q
41 QQ
Tempo (T) 1minust _ 2Q 42 QQ
Interaccedilatildeo (BxT) ( )( )11 minusminus tn _ 3Q
43
Resiacuteduo ( )1minusrnt _ 4Q
Tabela 4 ndash Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para grupo de experimentos
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
condiccedilatildeo de 30 g de sacarose 200 rpm 168 horas e 28 degC eacute a condiccedilatildeo maximizada
para a produccedilatildeo do biopoliacutemero realizada neste estudo No entanto em relaccedilatildeo a
meacutedia das produccedilotildees de 96 e 168 horas a estirpe CIAT 899 natildeo apresentou diferenccedila
significativa pelo teste de Tukey (plt001) em relaccedilatildeo ao ISOL 14 A menor produccedilatildeo
de biopoliacutemero ocorreu com o ISOL 1
FV GL
Quadrado Meacutedio 96 horas
168 horas
Bacteacuteria
Resiacuteduo
8
18
04366
00099
08720
00213
Significacircncia ao niacutevel (plt001) para o teste de F CV () 1525 (96 horas) CV() 1420 (168 horas)
Bacteacuterias
Produccedilatildeo
(gL-1) 96 horas
Produccedilatildeo
(gL-1) 168 horas
Meacutedia Produccedilatildeo
(gL-1) 96 e 168 horas
CIAT 899 12520 a 18542 a 15531 a
ISOL 14 10575 ab 16608 ab 13592 a
ISOL 16 08237 bc 13225 bc 10731 ab
ISOL 3 08825 bc 11746 cd 10285 ab
ISOL 11 06241 cd 08463 d 07352 bc
ISOL 4 04958 de 09429 cd 07194 bc
ISOL 6 04029 def 08479 d 06254 bc
ISOL 2 02162 ef 03217 e 02690 c
ISOL 1 01229 f 02779 e 02004 c
Tabela 6 Dados meacutedios das anaacutelises individuais e do grupo de experimento da produccedilatildeo de biopoliacutemeros por Rhizobium sp
Tabela 5 Resultados da anaacutelise de variacircncia da produccedilatildeo de biopoliacutemeros sintetizados por Rhizobium cultivados por 96 e 168 horas de cultivo
As meacutedias (3 repeticcedilotildees) seguidas de mesma letra natildeo diferem estatisticamente entre si pelo teste de Tukey (plt001) CV () 1525 (96 horas) CV () 1420 (168 horas) CV () 1487 (96 e 168 horas)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Entretanto sabe-se que a produccedilatildeo eacute influenciada pela linhagem do
microrganismo tempo e meio de fermentaccedilatildeo (Antunes et al 2000 Souza amp
Vendruscolo 2000 Torres et al 1993) Neste estudo a fonte de carbono utilizada como
substrato foi agrave sacarose que eacute bastante utilizada em experimentos de fermentaccedilatildeo As
fermentaccedilotildees foram realizadas com o meio de produccedilatildeo elaborado a partir do meio YM
(Vincent 1970) suplementado com uma dosagem maior de sacarose (30 gL) no intuito
de incrementar a produccedilatildeo das linhagens testadas
As bacteacuterias do gecircnero Rhizobium satildeo capazes de utilizar uma ampla gama de
produtos como fontes de carbono A literatura cita cultivos com glicose galactose
frutose arabinose xilose ramnose maltose sacarose lactose trealose rafinose
manitol furamato malato succinato citrato e piruvato (Jordan 1984) De todos estes
produtos a sacarose eacute o de mais faacutecil obtenccedilatildeo e mais vantajoso economicamente
Segundo Sutherland (2002) a glicose e sacarose satildeo usadas como fontes de carbono
preferenciais para a produccedilatildeo de biopoliacutemeros O rendimento da conversatildeo de
sacarose em ceacutelulas pelo R leguminosarum bv phaseoli oscila entre 04 e 05 g de
ceacutelulas por grama de sacarose (Boiardi 1983 Balatti 1992 IPT 1993a)
Padilha (2003) tambeacutem verificou que os resultados de fermentaccedilatildeo obtidos em
duas linhagens de Xanthomonas demonstraram a influecircncia do tempo de incubaccedilatildeo na
produccedilatildeo do biopoliacutemero onde a linhagem X axonopodis pv manihotis 289 apresentou
maior concentraccedilatildeo em ambas as condiccedilotildees testadas 72 e 96 horas 69 gL-1 e 79
gL-1 respectivamente em relaccedilatildeo agrave linhagem de X campestris pv campestris CA110
que produziu 63 gL-1 e 68 gL-1 respectivamente
Apoacutes a fermentaccedilatildeo os biopoliacutemeros foram purificados (por
centrifugaccedilatildeo) recuperados e avaliados visualmente para verificar as diferenccedilas
quanto agrave coloraccedilatildeo e estrutura das duas estirpes maiores produtoras de goma (CIAT
899 e ISOL 14) apoacutes a precipitaccedilatildeo com etanol A Figura 3 apresenta o aspecto dos
EPS precipitados a partir da produccedilatildeo onde pode-se observar diferenccedilas quanto ao
aspecto da goma precipitada Observa-se que os poliacutemeros sintetizado pelo ISOL 14
apresenta um aspecto transluacutecido enquanto que o CIAT 899 um aspecto mais opaco e
denso Quanto agrave coloraccedilatildeo natildeo foi detectada pigmentaccedilatildeo nas gomas obtidas
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Segundo Sandford (1979) os meacutetodos usados para a recuperaccedilatildeo de um
biopoliacutemero dependem sobretudo das caracteriacutesticas do microrganismo utilizado do
tipo de polissacariacutedeo e do grau de pureza desejado
Smith amp Pace (1982) revisaram esquemas de recuperaccedilatildeo para polissacariacutedeos
microbianos A precipitaccedilatildeo (baseada no caraacuteter polieletriliacutetico do polissacariacutedeo) tem
sido realizada pela adiccedilatildeo de caacutetions (como eletroacutelito) mono e polivalentes bem como
pela utilizaccedilatildeo de diversos tipos de solventes (acetona metanol etanol isopropanol 1-
butanol ou 111-tricloroetano) como agentes precipitantes
Os soacutelidos obtidos neste estaacutegio de separaccedilatildeo satildeo lavados com soluccedilatildeo
(etanolaacutegua) para remoccedilatildeo de grande parte das impurezas (Sais inorgacircnicos e
pigmentos) sendo entatildeo secos agrave vaacutecuo ou pela passagem forccedilada de ar quente ou
gaacutes inerte (Pace amp Righelato 1981) As condiccedilotildees de secagem devem ser tais que
evitem a degradaccedilatildeo quiacutemica coloraccedilatildeo excessiva ou mudanccedilas na solubilidade do
produto (Margaritis amp Pace 1985) O biopoliacutemero seco eacute entatildeo moiacutedo a uma
granulometria preacute-determinada dependendo da aplicaccedilatildeo do produto
Figura 3 ndash Aspecto do EPS precipitado sintetizado a partir do ISOL 14 (a) e do CIAT 899 (b) com 168 horas de cultivo
(a) (b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Viscosidade aparente
As propriedades reoloacutegicas foram avaliadas atraveacutes da anaacutelise de viscosidade
aparente para verificar o comportamento reoloacutegico dos EPS produzidas a temperatura
de 20 degC comparando-se nos tempos de fermentaccedilatildeo de 96 e 168 horas
Os resultados obtidos podem ser visualizados nas figuras 4 e 5 onde as soluccedilotildees
das gomas apresentaram comportamento pseudoplaacutestico isto eacute a viscosidade
aparente decresceu com o aumento da taxa de cisalhamento De acordo com a
literatura esse comportamento tem sido encontrado em soluccedilotildees polimeacutericas de
polissacariacutedeos microbianos (Amanullah et al 1996 Cacik et al 2001 Padilha 2003)
0
005
01
015
02
025
03
035
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110Taxa Cisalhamento (s-1)
Visc
osid
ade
apar
ente
(Pa
s)
ISOL 1
ISOL 2
ISOL 3
ISOL 4
ISOL 6
ISOL 11
ISOL 14
ISOL 16
CIAT899
Figura 4 Variaccedilatildeo da viscosidade aparente em funccedilatildeo da taxa de cisalhamento de soluccedilotildees aquosas de EPS 25 (vv) de 8 isolados de Rhizobium e uma estirpe padratildeo CIAT 899 a 20 degC com tempo de fermentaccedilatildeo de 96 h determinada com viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
0
005
01
015
02
025
03
035
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
Taxa cisalhamento (s-1)
Visc
osid
ade
apar
ente
(Pa
s)ISOL 1
ISOL 2
ISOL 3
ISOL 4
ISOL 6
ISOL 11
ISOL 14
ISOL 16
CIAT 899
Atraveacutes dos graacuteficos comparativos entre as leituras de viscosidade aparente das
soluccedilotildees aquosas das diferentes gomas produzidas pode-se visualizar que o CIAT
899 ISOL 3 e ISOL 16 apresentaram os valores de viscosidade mais elevados em
ambos os tempos de processo poreacutem em 168 horas as viscosidades tiveram um
aumento comparando-se a 96 horas (Figura 4 e 5)
A diminuiccedilatildeo da viscosidade com o aumento da taxa de cisalhamento eacute uma
caracteriacutestica comum aos biopoliacutemeros bacterianos Beyer et al (1987) observaram que
em soluccedilotildees a 1 do polissacariacutedeo produzido por Rhizobium CB744 medidas a 25 degC
e 65 degC tambeacutem houve um decreacutescimo da viscosidade com taxa de cisalhamento e
temperatura Vendruscolo (1995) estudou o comportamento reoloacutegico das soluccedilotildees
aquosas a 6 do biopoliacutemero Beijerinckia 7070 produzido por fermentaccedilatildeo com meio
VIII contendo 5 de sacarose medido nas temperaturas de 25 45 e 65 deg C Verificou
que a viscosidade eacute dependente da temperatura e que decresce com o aumento desta
poreacutem o biopoliacutemero recupera as suas caracteriacutesticas reoloacutegicas quando a viscosidade
eacute medida novamente na temperatura inicial no caso 25 degC
Figura 5 Variaccedilatildeo da viscosidade aparente em funccedilatildeo da taxa de cisalhamento de soluccedilotildees aquosas de EPS 25 (vv) de 8 isolados de Rhizobium e uma estirpe padratildeo CIAT 899 a 20 degC com tempo de fermentaccedilatildeo de 168 h determinada com viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Em estudo realizado por Bueno amp Garcia-Cruz (2000) com a bacteacuteria do gecircnero
Pseudomonas foi verificada a influecircncia do tempo de cultivo em 24 48 e 72 horas
utilizando-se dois caldos de fermentaccedilatildeo diferentes Em um caldo a fonte de carbono
utilizada foi a glicose e no outro a sacarose na concentraccedilatildeo de 20 Os
biopoliacutemeros apresentaram comportamento pseudoplaacutestico e a maior viscosidade
aparente obtida foi em 72 horas de cultivo O meio contendo sacarose produziu fluidos
mais viscosos em 24 e 48 horas e o contendo de glicose produziu fluidos mais viscosos
somente apoacutes 72 horas de cultivo
As propriedades reoloacutegicas do biopoliacutemero devem ser estaacuteveis durante mudanccedilas
na temperatura pH e forccedila iocircnica O conhecimento sobre as propriedades dos
biopoliacutemeros principalmente a viscosidade e o comportamento reoloacutegico satildeo
importantes para futuras aplicaccedilotildees industriais refletem sua estrutura quiacutemica primaacuteria
e servem para predizer em quais produtos podem ser utilizados (Scamparini et al
1997)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
54 Conclusotildees
Eacute possiacutevel produzir biopoliacutemeros a partir de Rhizobium sp utilizando-se meio
suplementado (sacarose 30 gL)
A condiccedilatildeo maximizada para a produccedilatildeo de biopoliacutemeros sintetizados por
Rhizobium sp a partir do meio suplementado dentro das faixas estudadas foi 28
degC 200 rpm 168 horas de fermentaccedilatildeo em meio contendo 25 (vv) inoculo
A produccedilatildeo obtida nessa condiccedilatildeo foi 185 gL-1 para a estirpe CIAT 899 166
gL-1 para o ISOL 14 e 132 gL-1 para o ISOL 16
Os biopoliacutemeros sintetizados por Rhizobium sp apresentaram comportamento
reoloacutegico caracteriacutestico de soluccedilotildees polimeacutericas de polissacariacutedeos microbianos
apresentando os valores mais elevados de viscosidade aparente para CIAT 899
ISOL 3 e ISOL 16 respectivamente para soluccedilotildees aquosas de goma sintetizadas
a partir de sacarose 30 gL medidos a 20 degC em 168 horas de processo
Estudos viscosiacutemetricos de soluccedilotildees do polissacariacutedeo revelaram seu
comportamento pseudoplaacutestico mesmo em baixas concentraccedilotildees
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
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Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
6 CAPIacuteTULO 2
CINEacuteTICA MICROBIANA E COMPOSICcedilAtildeO QUIacuteMICA DOS EPSs PRODUZIDOS POR Rhizobium sp
Barreto M C S 12 Figueiredo M V B 2Oliveira J P2 Lima-Filho J L 1
1Universidade Federal de Pernambuco Rua Nelson Chaves sn Cidade Universitaacuteria
Recife ndash PE Brasil
2Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria ndash IPA Laboratoacuterio Biologia do
Solo Av Gal San Martin 1371 Bongi Recife ndash PE Brasil
O manuscrito a seguir seraacute submetido agrave revista Scientia Agraacuteria
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
RESUMO Os exopolissacariacutedeos (EPSs) satildeo definidos como polissacariacutedeos extracelulares
produzidos por alguns fungos e bacteacuterias Alguns EPSs satildeo sintetizados durante todo o
crescimento bacteriano enquanto que outros satildeo produzidos somente durante a fase
logariacutetmica ou na fase estacionaacuteria O objetivo deste trabalho foi avaliar o crescimento
microbiano e dosagem de sacarose assim como determinar a composiccedilatildeo quiacutemica das
melhores estirpes obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp em diferentes tempos de
cultivo O biopoliacutemero foi obtido atraveacutes de agitaccedilatildeo em incubador rotatoacuterio As
condiccedilotildees foram 28 degC 200 rpm por 96 e 168 horas em meio YM modificado Foram
avaliados a cineacutetica microbiana pela contagem do nuacutemero de unidades formadoras de
colocircnias (UFC) e por densidade oacutetica assim como consumo de substrato (sacarose)
pelo meacutetodo glicose-oxidase e determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo quiacutemica por cromatografia
gaacutes liacutequido (GLC) Os resultados mostraram que a cineacutetica de crescimento microbiano
apresentou na fase logariacutetmica valores correspondentes a uma concentraccedilatildeo celular
meacutedia de 109 UFCmL para todos os isolados e estirpe padratildeo CIAT 899 apoacutes 72 horas
de incubaccedilatildeo O consumo de substrato em 168 horas de fermentaccedilatildeo foi de de 455
gL e 478 gL para o ISOL 14 e CIAT 899 respectivamente A composiccedilatildeo dos
accedilucares dos exopolissacariacutedeos do ISOL 14 apresentou valores superiores de
ramnose manose galactose glicose e aacutecidos urocircnicos na moleacutecula em relaccedilatildeo a
estirpe padratildeo CIAT 899
Palavras Chave Exopolissacariacutedeos glicose rizoacutebio sacarose unidades formadoras de colocircnias (UFC)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
61 Introduccedilatildeo
Os exopolissacariacutedeos (EPSs) chamados de biopoliacutemeros ou gomas
hidrossoluacuteveis satildeo produzidos por uma grande variedade de microrganismos e
possuem propriedades fiacutesicas estruturais e quiacutemicas bastante homogecircneas em
relaccedilatildeo aos derivados de algas e plantas (Margaritis Pace 1985)
A produccedilatildeo de EPS pode ser limitada por certas condiccedilotildees como quantidade de
carboidratos nitrogecircnio cofatores no meio temperatura pH e condiccedilotildees de aeraccedilatildeo
Entretanto os efeitos destas condiccedilotildees natildeo podem ser generalizados para todas as
estirpes bacterianas deve-se levar em consideraccedilatildeo as particularidades de cada uma
Os EPSs formam uma camada protetora para as ceacutelulas protegendo-as da
desidrataccedilatildeo e de substacircncias toacutexicas e servem como fonte de carbono e energia aleacutem
de manterem os microrganismos perto das fontes alimentares
Os primeiros estudos nutricionais sobre a composiccedilatildeo do meio de produccedilatildeo foram
realizados por Davidson (1978) em cultivo contiacutenuo e por Souw amp Demain (1979) em
batelada Souw amp Demain (1979) estudaram diferentes fontes de carbono e nitrogecircnio e
concluiacuteram que as melhores fontes de carbono satildeo accediluacutecares especialmente glicose e
sacarose Aleacutem do tipo de substrato utilizado a concentraccedilatildeo inicial deste no meio de
cultivo parece ser um fator decisivo para o sucesso do processo fermentativo
Thomart et al (1985) concluiacuteram que a produccedilatildeo de poliacutemero eacute altamente
dependente da concentraccedilatildeo inicial de accediluacutecar enquanto o crescimento do
microrganismo independe desta concentraccedilatildeo inicial de accediluacutecar Foi relatada uma
produccedilatildeo decrescente de poliacutemero agrave medida em que a concentraccedilatildeo inicial de glicose
foi aumentada caindo rapidamente a razatildeo poliacutemerobiomassa para concentraccedilotildees
iniciais maiores que 3
Diversas pesquisas tecircm tentado elucidar a rota biossinteacutetica as condiccedilotildees de
crescimento e a fisiologia bacteriana que leva agrave produccedilatildeo de polissacariacutedeos Alguns
EPSs satildeo sintetizados durante todo o crescimento bacteriano enquanto que outros satildeo
produzidos somente durante a fase logariacutetmica ou na fase estacionaacuteria A siacutentese de
todos esses EPSs eacute um processo intracelular utilizando accedilucares difosfato nucleotiacutedios
(De Souza Sutherland 1994)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Tem sido observado que as limitaccedilotildees da fonte de nitrogecircnio fosfato ou enxofre em
presenccedila de excesso de carboidrato podem conduzir a um aumento na siacutentese de
polissacariacutedeo embora a quantidade seja tambeacutem afetada pelo teor de oxigecircnio pH e
temperatura Cada cepa bacteriana difere em sua resposta ao efeito destas mudanccedilas
ambientais e agrave fonte de carbono utilizada (Faria 2002) Portanto a utilizaccedilatildeo do meio
de fermentaccedilatildeo mais adequado para a produccedilatildeo de EPS iraacute refletir nas propriedades
funcionais de cada polissacariacutedeo obtido
Para a produccedilatildeo de EPS podem ser usados os mais diversos substratos glicose
frutose sacarose lactose amido hidrolisado metanol diferentes hidrocarbonetos O
custo de produccedilatildeo eacute dependente destes substratos (Margaritis Pace 1985) De todos
estes produtos a sacarose eacute o de mais faacutecil obtenccedilatildeo e mais vantajoso
economicamente O rendimento da conversatildeo de sacarose com ceacutelulas pelo R
leguminosarum bv phaseoli oscila entre 04 e 05 g de ceacutelulas por grama de sacarose
(Boiardi 1983 Balatti 1992 IPT 1993 a) A sacarose (C12H22O11) eacute um dissacariacutedeo
natildeo redutor o qual por hidroacutelise com aacutecidos muito diluiacutedos resinas de troca catiocircnica ou
a enzima invertase fornece proporccedilotildees equimolares de D-Glicose e D-Frutose
Geralmente concentraccedilotildees limitantes de alguns nutrientes e excesso de
carboidrato favorecem a produccedilatildeo de polissacariacutedeos (Sutherland 1979) Obteacutem-se um
alto rendimento quando ocorre a conversatildeo de 70-80 da fonte de carbono utilizada
em biopoliacutemero (Margaritis Pace 1985)
Um aspecto de extrema importacircncia em relaccedilatildeo aos EPSs eacute a necessidade de
um riacutegido controle das condiccedilotildees de fermentaccedilotildees uma vez que diferentes paracircmetros
de produccedilatildeo levam agrave obtenccedilatildeo de produtos com caracteriacutesticas heterogecircneas
Assim eacute fundamental que qualquer estudo para a produccedilatildeo de EPS seja
acompanhado pela caracterizaccedilatildeo do material produzido principalmente a composiccedilatildeo
quiacutemica uma vez que pequenas variaccedilotildees quiacutemicas na moleacutecula teratildeo grande efeito
para determinadas aplicaccedilotildees
Dentro deste contexto este trabalho teve como objetivo geral avaliar a cineacutetica
microbiana obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp e uma estirpe padratildeo Rhizobium
tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo determinar a dosagem da sacarose
do ISOL 14 e a estirpe padratildeo CIAT 899 e a composiccedilatildeo quiacutemica do ISOL 14
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
selecionadas como as estirpes maiores produtoras de EPS em estudos realizados
anteriormente por Barreto et al (2008) (submetido agrave publicaccedilatildeo)
62 Material e Meacutetodos
Microrganismos
Foram utilizadas as bacteacuterias pertencentes ao gecircnero Rhizobium 8 isolados (nativos
da regiatildeo do sertatildeo de Pernambuco ndash Araripina) do banco de germoplasma da
Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria - IPA resistentes a alta
temperatura e formadoras de goma e uma estirpes padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899)
obtidas do Centro Nacional de Pesquisa em Agrobiologia - CNPAB EMBRAPA
As estirpes descritas na Tabela 1 foram mantidas em meio YMA (Vincent 1970)
modificado contendo (gL-1) sacarose (30 g) Extrato de Levedura (04 g) 1 mL de
K2HPO4 a 10 4 mL de KH2PO4 a 10 2 mL de MgSO47H2O a 10 1 mL de NaCl
a 10 5 mL de azul de bromotimol 025 em KOH a 02N ou 10 mL de vermelho do
congo a 025
Para as determinaccedilotildees da sacarose foram analisados apenas o ISOL 14 e a estirpe
padratildeo CIAT 899 e a composiccedilatildeo quiacutemica apenas o ISOL 14 selecionadas como as
estirpes maiores produtoras de EPS em estudos realizados por Barreto et al (2008)
(submetido agrave publicaccedilatildeo)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOLADOS ESTIRPE
HOSPEDEIRO ORIGEM
ISOL-1 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-2 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-3 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-4 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-6 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-11 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-14 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-16 Phaseolus vulgaris
CIAT 899 Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
Cali-CO
Inoacuteculo
As estirpes descritas na tabela 7 foram purificadas por repicagem em placas de
Petri contendo o meio de cultura Agar sacarose extrato de levedura (Vincent 1970 -
modificado) utilizando o corante vermelho do congo como indicador Apoacutes a
purificaccedilatildeo as bacteacuterias foram repicadas em tubos inclinados em meio de cultura sem o
indicador vermelho do congo as quais foram incubados a 28 degC por 48 horas em
estufa e armazenadas a plusmn4 degC
A partir dessas culturas os experimentos foram conduzidos em duas etapas
Primeiro preparou-se um preacute-inoacuteculo partindo de uma alccedilada de cultura crescida sobre
meio YMA e incubada em estufa por 48 h a 28 plusmn 1 degC Transcorrido este periacuteodo
preparou-se o inoacuteculo atraveacutes da transferecircncia asseacuteptica em Erlenmeyer de 250 mL
com 80 mL de meio de produccedilatildeo contendo 25 (vv) de uma cultura do preacute-inoacuteculo
crescida ateacute a fase logariacutetma e incubados em agitador rotatoacuterio a 200 rpm a 28 plusmn 1 degC
em triplicata
Tabela 7 Isolados de rizoacutebios e estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Curva de crescimento microbiano O crescimento celular foi avaliado atraveacutes da leitura de absorbacircncia em
comprimento de onda de 560 nm em espectrofotocircmetro contra um branco constituiacutedo
de meio YM O plaqueamento das bacteacuterias foi efetuado em meio YMA contendo o
indicador vermelho do congo atraveacutes do meacutetodo da gota (ldquoDrop-platerdquo) As curvas de
crescimento microbiano foram construiacutedas a partir dos dados de absorbacircncia e
contagem de ceacutelulas viaacuteveis (UFCmL) A Figura 5 mostra o procedimento efetuado
para a contagem de UFC e totais (densidade oacutetica)
Figura 6 Procedimento para contagem de ceacutelulas viaacuteveis (UFC) e totais (densidade oacutetica)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Determinaccedilatildeo quantitativa da sacarose
A sacarose presente no mosto foi hidrolisada para obter glicose e frutose Para
isso foram preparados tubos de ensaio contendo 1 mL de meio fermentado 1 mL de
aacutegua destilada e 1 mL de HCl 2 N deixando-se reagir por 10 minutos a 60 degC Em
seguida resfriou-se rapidamente e neutralizou com 3 mL de NaOH 1 N O caacutelculo da
concentraccedilatildeo de sacarose em gL foi efetuado de acordo com a Equaccedilatildeo 1 (Arauacutejo et
al 2005)
Csac = fator de calibraccedilatildeo meacutedia da leitura (absorbacircncia)D (1100)19 (1)
Em seguida procedeu de acordo com o descrito para dosagem de glicose cujas
determinaccedilotildees foram realizadas por meacutetodo enzimaacutetico utilizando o Kit glicose-oxidase
PAP da LABTEST
Apoacutes a reaccedilatildeo enzimaacutetica a intensidade da cor da soluccedilatildeo foi medida a 505 nm
em espectrofotocircmetro usando cubetas de vidro de 1 cm de percurso oacuteptico
considerando como branco a soluccedilatildeo da glicose-oxidase Esse meacutetodo eacute especiacutefico
para a glicose e se baseia na oxidaccedilatildeo da mesma de acordo com a seguinte reaccedilatildeo
catalizada pela glicose-oxidase (GOD)
GOD
Glicose + O2 + H2O rarr Aacutecido Glucocircnico + H2O2
O peroacutexido de hidrogecircnio formado reage com 4-aminoantipirina e fenol sob accedilatildeo
catalizadora da peroxidase (POD) atraveacutes de uma reaccedilatildeo oxidativa de acoplamento
formando uma antipirilquinona vermelha cuja intensidade de cor eacute proporcional agrave
concentraccedilatildeo da glicose na amostra Esse composto de tonalidade vermelha apresenta
a sua maacutexima absorccedilatildeo de luz na faixa de 505 nm
POD
2 H2O2 + 4-Aminoantipirina + fenol rarr Antipirilquinonimina + 4 H2O
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Determinaccedilatildeo da Composiccedilatildeo Quiacutemica
Agravecido urocircnico A dosagem de aacutecido urocircnico foi efetuada pelo meacutetodo descrito por Blumenkrantz
amp Asbol-Hansen (1973) usando aliacutequotas de 04 mL de uma soluccedilatildeo a 100 mgmL do
polissacariacutedeo e aacutecido D-glucurocircnico como padratildeo O meacutetodo utiliza m-fenilfenol (o
qual promove a formaccedilatildeo de composto corado que absorvem em 520 nm)
As leituras das medidas de absorbacircncia foram realizadas a 520 nm em
espectrofotocircmetro Spectronic 20 Genesys Spectronic Instruments Todas as
determinaccedilotildees foram realizadas em triplicata
Determinaccedilatildeo quantitativa de monossacariacutedeos
Os monossacariacutedeos presentes nas amostras de biopoliacutemeros de Rhizobium
sp foram determinados sob a forma de acetato de alditoacuteis (Sawardeker et al 1965) por
cromatografia gaacutes liacutequido (GLC) Os acetatos derivados foram analisados por
cromatografia gasosa (cromatoacutegrafo a gaacutes modelo 5890S11 (Hewllet-Packard)) a 220
degC com uma coluna capilar DB-210 (025 mm di x 30 m) e filme de espessura igual a
025 microm A temperatura de injeccedilatildeo da amostra e a do FID foi 250 degC e foi utilizado como
gaacutes carreador N2 Para a realizaccedilatildeo desta anaacutelise aproximadamente 10 mg das
amostras foram hidrolisadas reduzidas e acetiladas A hidroacutelise foi efetuada com aacutecido
sulfuacuterico
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
63 Resultados e Discussatildeo Curva de crescimento microbiano
Com base nos resultados obtidos neste estudo que podem ser visualizados nas
Figuras 6 a 14 (a) pode-se observar que houve diferenccedilas quanto ao crescimento
populacional entre os isolados A curva de crescimento dos isolados e da estirpe
padratildeo CIAT 899 de Rhizobium sp em meio utilizando sacarose como fonte de carbono
mostrou que apoacutes 72 horas de incubaccedilatildeo o crescimento foi maacuteximo Pode-se observar
que o oacutetimo da fase log ocorre entre 72 a 120 horas de incubaccedilatildeo agrave temperatura de 28
degC com agitaccedilatildeo de 200 rpm variando conforme a linhagem estudada Esta faixa de
tempo de incubaccedilatildeo corresponde a uma concentraccedilatildeo celular meacutedia de 109 UFCmL
As relaccedilotildees cineacuteticas entre o crescimento e a formaccedilatildeo de produtos satildeo
importantes para determinar o modo de operaccedilatildeo mais econocircmico Segundo Hiss
(2001) sem o conhecimento da cineacutetica torna-se inviaacutevel a transposiccedilatildeo de um
experimento de laboratoacuterio para a escala industrial
Desta forma inicialmente as curvas nos propiciam informaccedilotildees tais como a
faixa de absorbacircncia (560 nm) correspondente ao oacutetimo da fase log e a concentraccedilatildeo
celular que esta faixa corresponde
Pereira (2002) analisando o crescimento das estirpes de Rhizobium em meio
YMA com manitol observou um acentuado crescimento exponencial entre 24 e 48
horas de cultivo de 7 estirpes
Barberi et al (2004) avaliaram as curvas de crescimento de Bradyrhizobium
elkanii (BR 29) de acordo com o pH e com a composiccedilatildeo do meio de cultura Com base
no nuacutemero maacuteximo de UFC mL-1 para o meio (Lorda amp Balatti 1996) modificado o
melhor crescimento ocorreu apoacutes 72 horas para o tratamento com pH inicial de 60 e
no meio Lopreto (1972) citado por Urenha et al (1994) o tratamento com pH inicial 55
foi o que apresentou os valores de nuacutemero maacuteximo de ceacutelulas ocorrendo em 161 horas
de cultivo As meacutedias de log dos nuacutemeros de UFC mL-1 apresentadas por Barberi et al
(2004) foram superiores aos encontrados por Miguel e Moreira (2001) que foram
aproximadamente 109 Isso eacute explicado pela melhor utilizaccedilatildeo da fonte de carbono do
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
meio Lorda e Balatti (1996) em que em sua composiccedilatildeo possui glicerol em
comparaccedilatildeo com o manitol utilizado no meio YM (Vincent 1970) utilizado por esses
autores
Nas figuras 6 a 14 (b) mostram os resultados da Densidade Oacutetica (DO) onde a
curva de crescimento construiacuteda a partir da contagem de ceacutelulas totais demonstrou que
apoacutes 72 horas de cultivo o crescimento permaneceu crescente para a maioria das
estirpes estudadas Provavelmente o aumento da curva deve-se a presenccedila dos EPSs
Segundo Cunningham e Munns (1984) a produccedilatildeo de EPS eacute uma resposta de
vaacuterias espeacutecies da bacteacuteria a uma gama de fatores limitantes que em geral sugerem
estarem implicados em suprimir a reaccedilatildeo da defesa da planta e parecem ser requeridos
para formaccedilatildeo do cordatildeo de infecccedilatildeo Os EPSs pode ter um papel integral por permitir
que um organismo sobreviva sob uma variedade de circunstacircncias estressantes
Miguel e Moreira (2001) utilizando meio YM obtiveram maior densidade oacutetica para
o tratamento com pH igual a 60 do que no pH 68 utilizando o mesmo nuacutemero-base
(1088 UFC mL-1) o que provavelmente estaacute relacionado com a diferente composiccedilatildeo
dos meios principalmente com relaccedilatildeo agrave fonte de carbono Cunningham e Munns
(1984) em meio YMA (modificado por Keyser e Munns 1979) obtiveram maior
quantidade de EPS em estirpes de Rhizobium tolerantes agrave acidez do meio quando
expostas a meio aacutecido
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 1
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 1
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(5
60nm
)
Figura 7- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 1 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
b)
a)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 2
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 2
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 8- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 2 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 3
000E+00500E+08100E+09150E+09
200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 3
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 9- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 3 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 4
000E+00500E+08
100E+09150E+09
200E+09250E+09
300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 4
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 10- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 4 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 6
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 6
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 11- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 6 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 11
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 11
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 12- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 11 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 14
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 14
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 13- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 14 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 16
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 16
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 14- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 16 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
CIAT 899
000E+00500E+08
100E+09150E+09
200E+09250E+09
300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
CIAT 899
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 15- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do CIAT 899 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Determinaccedilatildeo quantitativa da sacarose
Analisando os resultados obtidos para a dosagem da sacarose verificou-se que a
estirpe CIAT 899 (padratildeo) apresentou maior consumo de substrato para o meio de
produccedilatildeo empregado durante 168 horas de fermentaccedilatildeo apresentando um consumo
final de 455 gL Neste ponto a massa celular corresponde a 076 gL (Figura 15)
Entretanto o ISOL 14 apresentou resultados proacuteximos da estirpe padratildeo com consumo
de 478 gL e massa celular de 086 gL no mesmo tempo (Figura 16)
Deu-se preferecircncia agrave utilizaccedilatildeo de um meacutetodo especiacutefico para glicose ao inveacutes de
um para determinaccedilatildeo de accediluacutecares redutores o que garante a detecccedilatildeo da liberaccedilatildeo
especificamente de glicose a partir da hidroacutelise por sacarose do EPS
ISOL 14
0
2
4
6
8
10
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Glic
ose
gL
Figura 16 Concentraccedilatildeo de glicose durante a produccedilatildeo de EPS por Rhizobium sp (ISOL 14)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
CIAT 899
0
2
4
6
8
10
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Glic
ose
gL
Determinaccedilatildeo da Composiccedilatildeo Quiacutemica dos EPS
Na tabela 8 observa-se os accediluacutecares determinados das gomas produzidas pelas
estirpes ISOL 14 e CIAT 899 onde revelaram maiores concentraccedilotildees dos
monossacariacutedeos galactose e glicose para a estirpe ISOL 14 em relaccedilatildeo a estirpe
padratildeo CIAT 899 Tambeacutem foram observados traccedilos de manose e ramnose na
composiccedilatildeo das gomas das estirpes estudadas
Amostras
Ac urocircnico
()
Manose
Accediluacutecares
Ramnose
(mg100g)
Galactose
Glicose
ISOL 14
410
098
016
1260
3695
CIAT 899
-
020
010
895
1680
Castellane amp Lemos (2007)
Tabela 8 Constituintes quiacutemicos da goma produzida pela estirpe de Rhizobium sp (ISOL 14)
Figura 17 Concentraccedilatildeo de glicose durante a produccedilatildeo de EPS por Rhizobium sp (CIAT 899)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Lima (1999) analisando a composiccedilatildeo quiacutemica da goma xantana produzida por
linhagens de Xanthomonas campestris pv campestris verificou a presenccedila de glicose e
manose nas concentraccedilotildees 3322 5778 respectivamente para a linhagem NRRL
B-1459 apresentando componentes tiacutepicos da goma xantana
Whitfield et al (1981) caracterizando cinco amostras de goma xantana
produzidas por diferentes linhagens de Xanthomonas campestris pv campestris
encontraram valores de glicose variando entre 22-42 manose de 12-38 e aacutecido
urocircnico de 9-20 Com relaccedilatildeo agrave ramnose apenas trecircs amostras de xantana
apresentaram este accediluacutecar com valores que oscilam entre 12-22 Outro accediluacutecar
identificado pelos pesquisadores foi a galactose com valores entre 24-28 Em todas
as amostras estudadas por estes autores foram observados os grupamentos piruvato e
acetila Lowson e Symes (1977) relataram a presenccedila de ramnose na xantana
produzida por X juglandis Sugere-se que a presenccedila desse accediluacutecar seja uma
caracteriacutestica desejaacutevel pois em geral os poliacutemeros dos quais faz parte possuem
capacidade de formar geacuteis verdadeiros (Mcnelly e Kang 1977) A goma xantana
comercial natildeo apresenta ramnose na sua composiccedilatildeo (Casas et al2000)
De acordo com Casas et al (2000) a composiccedilatildeo do meio de cultura utilizado na
fermentaccedilatildeo exerce um profundo efeito na siacutentese do produto oligomeacuterico e polimeacuterico
Portanto a quantidade de manose glicose e aacutecido glucurocircnico sintetizados e inseridos
no EPS pelas enzimas durante fermentaccedilatildeo podem sofrer variaccedilotildees dependendo da
composiccedilatildeo do substrato e das condiccedilotildees utilizadas na fermentaccedilatildeo
No presente trabalho o percentual de aacutecido urocircnico produzido pela estirpe ISOL
14 foi de 41 enquanto o apresentado na goma xantana por Lima (1999) foi de 847
Os meacutetodos de anaacutelises de polissacariacutedeos complexos baseiam-se
principalmente na determinaccedilatildeo dos constituintes dos resiacuteduos obtidos apoacutes hidroacutelise
quiacutemica dos poliacutemeros nativos (Wei amp Fang 1990 Ruitter et al 1992 Scamparini et al
2000) Esses satildeo compostos de inuacutemeros resiacuteduos de accediluacutecares interligados por
ligaccedilotildees glicosiacutedicas (α e β) que podem diferir consideravelmente na sua
suscetibilidade agrave hidroacutelise aacutecida Aacutecidos urocircnicos satildeo frequentemente envolvidos por
fortes ligaccedilotildees glicosiacutedicas particularmente nos tipos de ligaccedilotildees dos aacutecidos
aldobiurocircnicos (Druzian 2000)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Moreira et al (1998) analisando a composiccedilatildeo de dois biopoliacutemeros comerciais
gelanareg e xantanareg e um biopoliacutemero produzido a clairana identificou o aacutecido
glicurocircnico (em todas as amostras) e os monossacariacutedeos esperados para a clairana
(glicose galactose e fucose) gelana (glicose e ramnose) e xantana (glicose e manose)
A ramnose estaacute presente na acetana gelana welana e ransana que possuem
estrutura quiacutemica similar agrave da xantana e possui propriedades de espessante e agente
de suspensatildeo semelhantes agravequelas atribuiacutedas para xantana (Kennedy amp Sutherland
1994) A goma welana apresenta como cadeia lateral unidades de manose e ramnose
distribuiacutedas de modo aleatoacuterio Aproximadamente dois terccedilos das unidades quiacutemicas
repetidas do poliacutemero conteacutem ramnose como cadeia lateral enquanto que o restante
das ramificaccedilotildees eacute composto por unidades de manose (Jansson et al 1985)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
64 Conclusotildees
A curva do crescimento microbiano apresentou na fase logariacutetmica valores
correspondentes a uma concentraccedilatildeo celular viaacuteveis meacutedia de 109 UFCmL para
todos os isolados e estirpe padratildeo CIAT 899 apoacutes 72 horas de incubaccedilatildeo a uma
temperatura de 28 degC com agitaccedilatildeo de 200 rpm variando conforme a linhagem
estudada
As estirpes apresentaram valores do consumo de substrato para o meio de
produccedilatildeo empregado de 455 gL para a CIAT 899 e 478 gL para o ISOL 14
em 168 horas de fermentaccedilatildeo
A composiccedilatildeo dos accedilucares da goma do ISOL 14 apresentou valores superiores
de ramnose manose galactose glicose e aacutecidos urocircnicos na moleacutecula em
relaccedilatildeo a estirpe padratildeo CIAT 899
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
65 Referecircncias Bibliograacuteficas
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7 ANEXOS
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MICROBIOLOGY AND
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References Citation Reference list
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Negotiation research spans many disciplines (Thompson 1990)
This result was later contradicted (Becker and Seligman 1996)
This effect has been widely studied (Abbott 1991 Barakat et al 1995 Kelso and Smith 1998 Medvec et al 1993)
Reference list The list of references should only include works that are cited in the text and that have been published or accepted for publication Personal communications and unpublished works should only be mentioned in the text Do not use footnotes or endnotes as a substitute for a reference list Reference list entries should be alphabetized by the last names of the first author of each work
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Figure Placement and Size
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Normas da Revista Scientia Agraacuteria
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Trabalhos apresentados no 24ordm Congresso Brasileiro de Microbiologia - 3 a 6 de Outubro de 2007 em
Brasiacutelia - Centro de Convenccedilotildees Ulysses Guimaratildees ndash Brasiacutelia DF
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MICROBIOLOGIA GERAL K03 METABOLISMO MICROBIANO E SEUS PRODUTOS 609 Biopoliacutemero sintetizados por Rhizobium sp em diferentes tempos de cultivo comportamento reoloacutegico BARRETO M D C S1 FIGUEIREDO M D V B2 BURITY H A2 OLIVEIRA J P2 COELHO A C D1 LIMA-FILHO J L L1 UFPE
Resumo
Os polissacariacutedeos extracelulares sintetizados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium tem sido estudados na tentativa de melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose leguminosa x Rhizobium uma vez que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes da especificidade simbioacutetica A viscosidade que pode ser tomada como paracircmetro de qualidade eacute influenciada em funccedilatildeo das estirpes da colocircnia bacteriana do meio de fermentaccedilatildeo utilizado e das condiccedilotildees operacionais na produccedilatildeo Com base no exposto o objetivo deste trabalho foi verificar o comportamento reoloacutegico em diferentes tempos de cultivo de 8 isolados de Rhizobium sp e da estirpe padratildeo de Rhizobium tropici (CIAT 899) As bacteacuterias foram incubadas em agitador rotatoacuterio (200rpm agrave 28ordmC) em Erlenmeyers de 250mL contendo 15 de meio YM modificado por um periacuteodo de 96 e 168 horas Foram avaliados a determinaccedilatildeo da viscosidade da soluccedilatildeo aquosa dos biopoliacutemeros a 25 (vv) obtidas em diferentes tempos de cultivo e medidas a 20ordmC em viscosiacutemetro rotacional Brookfield modelo RVT com spindle 2 nas seguintes velocidades de deformaccedilatildeo 10 20 50 e 100rpm a viscosidade aparente a vaacuterias taxas de cisalhamento dos mostos fermentados Os resultados mostraram que os estudos viscosimeacutetricos de soluccedilotildees de polissacariacutedeo dos isolados e da CIAT 899 revelam seu comportamento natildeo tixotroacutepico pseudoplaacutestico mesmo em baixas concentraccedilotildees e caraacuteter polieletroliacutetico e que as medidas de viscosidade do mosto em funccedilatildeo do tempo de agitaccedilatildeo mostra que a viscosidade aparente do meio de cultivo alcanccedila um valor patamar com 168 horas de processo para todos os microrganismos poreacutem os isolados 3 e 16 e CIAT 899 apresentaram maiores valores no aumento da viscosidade
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MICROBIOLOGIA GERAL K03 METABOLISMO MICROBIANO E SEUS PRODUTOS 1751 Biopoliacutemero sintetizados por Rhizobium sp em diferentes tempos de cultivo produccedilatildeo BARRETO M D C S1 FIGUEIREDO M D V B2 BURITY H A2 SILVA M L R B1 CALAZANS G M T1 LIMA-FILHO J L L1 UFPE
Resumo
A produccedilatildeo de exopolissacariacutedeos (EPS) microbianos tem sido objeto de intensa pesquisa tendo em vista seu elevado potencial de aplicaccedilatildeo em diferentes setores pois natildeo se encontra exposta agraves alteraccedilotildees climaacuteticas ou agrave problemas nas colheitas que prejudicam a oferta e alteram o custo de produccedilatildeo das gomas tradicionais No processo de produccedilatildeo de polissacariacutedeos deve-se considerar desde o microrganismo em estudo ateacute a determinaccedilatildeo dos paracircmetros de agitaccedilatildeo onde se destaca o meio de produccedilatildeo e sua influecircncia na siacutentese no rendimento e na composiccedilatildeo dos EPS O objetivo deste trabalho foi avaliar a produccedilatildeo de biopoliacutemeros (gLh) obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp e da estirpe padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo pela massa do produto seco por volume de meio As bacteacuterias foram purificadas em meio YMA e apoacutes foram incubadas em agitador rotatoacuterio (200rpm agrave 28ordm C) em Erlenmeyers de 250mL contendo 15 de meio YM modificado por um periacuteodo de 96 e 168 horas Foram avaliados o peso seco da soluccedilatildeo aquosa dos biopoliacutemeros a 25 (vv) obtidos em diferentes tempos de cultivo atraveacutes da teacutecnica do peso seco onde o aacutelcool etiacutelico foi adicionado ao mosto ateacute atingir a concentraccedilatildeo de 80 na soluccedilatildeo hidroalcooacutelica formada e posterior precipitaccedilatildeo do EPS Apoacutes a filtraccedilatildeo a secagem do produto foi realizada em dissecador (30ordmC) ateacute peso constante comparando-se os diferentes tempos de cultivo Os resultados mostraram que a produccedilatildeo total do biopoliacutemero dos isolados e da estirpe padratildeo CIAT 899 apresentaram maacutexima produccedilatildeo no periacuteodo de 168 horas de processo para todos os microrganismos poreacutem os isolados 3 e 14 e a CIAT 899 foram as que resultaram em maior produtividade (13 17 e 2gL-1h-1) respectivamente
- Barreto Maria do Carmo Silva
-
- Inclui bibliografia
- 5771 CDU (2ed) UFPE
-
- 13 Simbiose rizoacutebio- leguminosa
-
- 14 Polissacariacutedeos de Rizoacutebio
-
- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
-
Paacuteginas
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 Caracteriacutesticas morfofisioloacutegicas dos Isolados de rizoacutebios e estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici
40
Tabela 2 Valores das constantes kat e kγ (Mitshka 1982) 42
Tabela 3 Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para experimentos em 96 e 168 horas 43
Tabela 4 Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para grupo de experimentos 44
Tabela 5 Resultados da anaacutelise de variacircncia da produccedilatildeo de biopoliacutemero sintetizados por Rhizobium cultivados em 96 e 168 horas de cultivo 45
Tabela 6 Dados meacutedios das anaacutelises individuais e do grupo de experimento 45
Tabela 7 Isolados de rizoacutebios e estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici 62
Tabela 8 Constituintes quiacutemicos da goma produzida pela estirpe de Rhizobium sp (ISOL 14) 78
SUMAacuteRIO AGRADECIMENTOS LISTA DE FIGURAS LISTA DE TABELAS SUMAacuteRIO 1 Introduccedilatildeo 1
11 Feijoeiro (Phaseolus vulgaris L) 1
12 Rhizobium sp 3
13 Simbiose rizoacutebio-leguminosa 5
14 Polissacariacutedeos de rizoacutebio 8
15 Reologia 13
2 Justificativa 19 3 Objetivos 20
31Geral 20
32 Especiacuteficos 20
4 Referecircncias 21 5 Capiacutetulo 1 34
Resumo 35
Abstract 36
51 Introduccedilatildeo 37
52 Material e Meacutetodos 39
53 Resultados e Discussatildeo 44
54 Conclusotildees 51
55 Referecircncias 52
6 Capiacutetulo 2 57 Resumo 58
61 Introduccedilatildeo 59
62 Material e Meacutetodos 61
63 Resultados e Discussatildeo 66
64 Conclusotildees 81
65 Referecircncias 82
7 Anexos 87
Normas da Revista World Journal of Microbiology and Biotechnology
Submissatildeo do Artigo
Normas da Revista Scientia Agraacuteria
Trabalhos apresentados no 24ordm Congresso Brasileiro de Microbiologia - 3 a 6 de Outubro de 2007 em Brasiacutelia - Centro de Convenccedilotildees Ulysses Guimaratildees ndash Brasiacutelia DF
1 INTRODUCcedilAtildeO
11 Feijoeiro (Phaseolus vulgaris L)
O feijoeiro eacute cultivado em cerca de 100 paiacuteses em todo o mundo envolvendo
grande nuacutemero de gecircneros e espeacutecies dificultando uma anaacutelise comparativa dos
iacutendices de produtividade por espeacutecie Considerando somente o Phaseolus vulgaris L o
Brasil eacute o maior produtor seguido do Meacutexico Entretanto a produccedilatildeo brasileira de feijatildeo
tem sido insuficiente para abastecer o mercado interno devido agrave reduccedilatildeo na aacuterea
plantada da ordem de 35 nos uacuteltimos 17 anos (Yokoyama amp Stone 2000) A falta de
tecnologia e o cultivo em solos marginais devido ao baixo retorno econocircmico da
cultura contribuem decisivamente para a baixa produtividade do feijoeiro e nesse
quadro o fornecimento adequado de nutrientes particularmente o nitrogecircnio (N) e o
foacutesforo (P) representam um dos fatores limitantes agrave obtenccedilatildeo de maiores rendimentos
no Brasil (Arauacutejo 1994)
No Brasil o feijoeiro eacute cultivado nos mais variados tipos de solos e clima sendo
plantado preferencialmente como cultura de subsistecircncia em pequenas propriedades
O feijatildeo eacute importante fonte de nutrientes (proteiacutenas minerais vitaminas) e calorias na
dieta brasileira (Hungria et al 2000) Aleacutem de apresentar alto conteuacutedo de carboidratos
componentes de fibra (celulose hemicelulose e lignina) e digeriacuteveis (amido e sacarose)
encontram-se no feijatildeo alguns oligossacariacutedeos (rafinose estaquiose verbascose) O
feijatildeo tambeacutem eacute uma fonte importante de vitaminas hidrossoluacuteveis como a tiamina a
riboflavina a niacina e a folacina que satildeo vitaminas do complexo B envolvidas na
prevenccedilatildeo de certos defeitos fetais cardiovasculares e certos tipos de cacircncer (Costa amp
Vieira 2000)
O feijoeiro eacute originaacuterio das Ameacutericas com centros de origens e domesticaccedilatildeo na
Meso Ameacuterica (Meacutexico-Guatemala) e na Zona Leste dos Andes Seu cultivo foi
delineado haacute mais de 7000 anos entre os nativos do Peru sugerindo seleccedilatildeo da
espeacutecie para a agricultura (Gepts 1990) As aacutereas de diferenciaccedilatildeo e domesticaccedilatildeo do
feijoeiro ocorrem em altitudes entre 500 e 1800 m na Ameacuterica Central e norte da
Ameacuterica do Sul Diversos tipos selvagens satildeo registrados em altitudes proacuteximas a
1200m (Miranda 1974) Os feijoeiros provenientes desses materiais mostram grande
amplitude de caracteriacutesticas morfoloacutegicas e fisioloacutegicas O gecircnero Phaseolus conteacutem
mais de uma centena de espeacutecies mas apenas P vulgaris L P coccineus L P
acutifolius Gray var Latifolius Freeman e P lunatus var lunatous satildeo cultivadas
comercialmente (Zimmermann amp Teixeira 1988) Dessas o feijoeiro comum P vulgaris
L eacute a espeacutecie de maior importacircncia econocircmica contribuindo com cerca de 95 da
produccedilatildeo mundial de Phaseolus No Brasil em uma rota inversa agrave do traacutefico de
escravos P vulgaris chegou agrave Aacutefrica e provavelmente em tempos anteriores agrave Aacutesia
via Filipinas No seacuteculo XVI foi introduzido na Europa e na Califoacuternia levado por
intermeacutedio dos espanhoacuteis trazido da Ameacuterica Central (Mariot 1989)
Os teores de N nos solos do Brasil satildeo baixos de um modo geral situando-se na
faixa de 005 a 03 Com a intensificaccedilatildeo da agricultura as exigecircncias de adiccedilatildeo
de N bem como a sua remoccedilatildeo satildeo ampliadas e consequentemente se o N retirado
do solo pelas plantas natildeo for reposto o teor desse nutriente decresceraacute rapidamente
Quanto aos fertilizantes nitrogenados existe um custo elevado para a siacutentese dos
mesmos de cerca de seis barris de petroacuteleo para cada tonelada de amocircnio produzido
bem como gastos com o transporte e distribuiccedilatildeo do fertilizante aleacutem de outros
(Hungria et al1997) Considerando que o feijoeiro eacute cultivado principalmente por
pequenos agricultores em solos muitas vezes deficientes em N mineral esforccedilos para
a melhoria do processo de simbiose da cultura com rizoacutebios inoculados nas sementes
podem corresponder a aumentos significativos no rendimento de gratildeos Essa via
bioloacutegica se torna ainda mais importante quando se leva em consideraccedilatildeo os custos
elevados do N mineral limitando a sua utilizaccedilatildeo principalmente pelos pequenos
agricultores Praacuteticas alternativas para diminuir esses custos precisam ser procuradas
principalmente no Brasil que importa fertilizante nitrogenado para satisfazer agrave demanda
interna (Hungria et al 2001) Um outro agravante na utilizaccedilatildeo de fertilizantes
nitrogenados reside na baixa eficiecircncia de sua utilizaccedilatildeo pelas plantas raramente
ultrapassando 50 Deve-se considerar ainda que o uso indiscriminado de fertilizantes
nitrogenados resulta em poluiccedilatildeo ambiental pois a lixiviaccedilatildeo do N ocorre contaminaccedilatildeo
no lenccedilol freaacutetico que resultam em acuacutemulo de formas nitrogenadas podendo atingir
niacuteveis toacutexicos a peixes e ao homem (Hungria et al 2001)
Dentro deste contexto destaca-se a necessidade do desenvolvimento de
tecnologias de baixo custo capazes de melhorar os niacuteveis de produtividade dos
pequenos agricultores responsaacuteveis pela quase totalidade da produccedilatildeo mundial desta
leguminosa essencial na dieta de grande parte da populaccedilatildeo brasileira (Dakora 2003)
12 Rhizobium sp
Este gecircnero foi classificado em 1932 por Fred et al e apresenta como
caracteriacutestica ceacutelulas em forma de bastonete curto Gram-negativas com dimensotildees
que variam entre 05 e 09 microm por 12 a 30 microm ocorrendo isolados ou aos pares
moacuteveis por flagelos polares subpolares ou peritriquiais natildeo formam esporos e em
culturas envelhecidas apresentam granulaccedilotildees de poli-β-hidroxibutirato (Urenha et al
1994) Apresentam bom crescimento em meio com manitol sacarose e levedura
podendo em meios gelificados desenvolver colocircnias planas convexas ou umbilicadas
apresentam normalmente coloraccedilatildeo branca e opaca por vezes transluacutecidas
apresentando frequentemente produccedilatildeo de goma de natureza polissacariacutedica A
inclusatildeo de Vermelho do Congo no meio de cultura natildeo conduz a uma forte absorccedilatildeo
deste corante pelas colocircnias podendo certas estirpes apresentar ligeira absorccedilatildeo As
estirpes de crescimento raacutepido produzem colocircnias de 4 a 6 mm de diacircmetro em 5 dias
de incubaccedilatildeo a 26-30 degC provocando acidificaccedilatildeo do meio de cultura As estirpes de
crescimento lento produzem colocircnias com 1 mm de diacircmetro em 10 dias de incubaccedilatildeo
a 28-30 degC provocando a alcalinizaccedilatildeo do meio de cultura Induzem a formaccedilatildeo de
noacutedulos na raiz de leguminosas compatiacuteveis colonizando-os e podendo aiacute desenvolver
atividade diazotroacutefica em simbiose utilizam oxigecircnio como receptor final de eleacutetrons na
cadeia respiratoacuteria satildeo microrganismos aeroacutebios estrito e a faixa de pH oacutetimo para seu
desenvolvimento estaacute entre 6 e 7 (Hungria amp Arauacutejo1994)
A literatura relata a presenccedila de reaccedilatildeo aacutecida durante o cultivo promovendo
queda do pH do meio de cultura (Jordan 1984) No entanto dados experimentais de
cultivo desta bacteacuteria em fermentador na presenccedila de sacarose glutamato
monossoacutedico e extrato de levedura mostram comportamento oposto As velocidades
especiacuteficas maacuteximas de crescimento desta bacteacuteria oscilam em torno de 020h o que
resulta num tempo de geraccedilatildeo de aproximadamente 35 h
Entre as bacteacuterias fixadoras de nitrogecircnio presentes no solo cujas populaccedilotildees
satildeo altamente influenciadas pela rizosfera das plantas o rizoacutebio eacute considerado o grupo
mais importante na agricultura tropical pela sua associaccedilatildeo com as leguminosas Esta
simbiose eacute responsaacutevel por uma substancial parte talvez a maior do fluxo global de
nitrogecircnio atmosfeacuterico fixado nas formas de amocircnia nitrato e compostos orgacircnicos
(Kahindi et al 1997) Certamente esta associaccedilatildeo eacute a mais estudada mas simbioses
envolvendo actinomicetos do gecircnero Frankia cianobacteacuterias especialmente a
associaccedilatildeo Azolla-Anabaena e organismos heterotoacuteficos fixadores de nitrogecircnio de vida
livre e associativos podem tambeacutem fixar quantidades significativas de nitrogecircnio sob
condiccedilotildees especiacuteficas (Straliotto amp Rumjanek1999)
Atualmente os rizoacutebios estatildeo classificados como pertencentes agrave domiacutenio
Bacteria Filo Proteobacteria Classe Alfaproteobacteria Ordem Rhiobiales e
distribuiacutedos nas Famiacutelias Rhizobiaceae Phyllobacteriaceae Bradyrhizobiaceae e
Hiphomicrobiaceae (Garrity amp Holt 2001) Aleacutem disso algumas bacteacuterias capazes de
nodular e fixar N2 em simbiose com leguminosas foram recentemente identificadas
como pertencentes agrave Classe das Betaproteobacteria Ordem Burkholderiales Famiacutelia
Burkholderiaceae Gecircnero Burkholderia (Moulin et al 2001) e tambeacutem pertencentes agrave
Classe das Alfaproteobacterias Ordem Rhizobiales Famiacutelia Methylobacteriaceae
Gecircnero Methylobacterium (Sy et al 2001)
As bacteacuterias que nodulam o feijoeiro foram classificadas inicialmente como
Rhizobium phaseoli poreacutem com uma melhor caracterizaccedilatildeo fisioloacutegica bioquiacutemica e
geneacutetica essas bacteacuterias foram reclassificadas apoacutes 50 anos na espeacutecie Rhizobium
leguminosarum bv phaseoli (Jordan 1984) Com o estudo de outros isolados e o
avanccedilo nas teacutecnicas de biologia molecular em um curto periacuteodo de tempo foi
constatado que as bacteacuterias que nodulavam o feijoeiro apresentavam claramente
caracteriacutesticas fisioloacutegicas e geneacuteticas distintas permitindo a sua separaccedilatildeo em dois
grupos denominadas Tipo I e Tipo II (Martiacutenez et al 1985 Quinto et al 1985 Brom et
al 1988) Essas e outras diferenccedilas levaram em 1991 agrave definiccedilatildeo de uma nova
espeacutecie R tropici (trorsquo pi ci Gr n tropikos troacutepicos) que incluiria as estirpes do Tipo
II que foi subdividido em IIA e IIB (Martinez-Romero et al 1991) As bacteacuterias dessa
nova espeacutecie foram descritas como aeroacutebias Gram-negativas com pH oacutetimo para
crescimento variando entre 5 e 7 crescendo em temperatura de ateacute 40 degC As estirpes
estudadas foram isoladas de regiotildees tropicais nodulam e fixam N2 com P vulgaris L
Leucaena esculenta e L leucocephala
A estirpe IIB CIAT 899 (= ATCC 49672 = UMR 1899 = SEMIA 4077) foi
designada como estirpe padratildeo (ldquotype strainrdquo) e a estirpe representativa do grupo IIA eacute
a CFN 299 A estirpe CIAT 899 assim como as outras do Tipo IIB tambeacutem eacute resistente
a metais pesados e aos antibioacuteticos clorofenicol espectinomicina carbenicilina e
estreptomicina (Martiacutenez-Romero et al 1991) e apresenta maior toleracircncia agrave acidez
(Graham et al 1994) e a temperaturas elevadas (Hungria et al 1993 Mercante et al
2002) Somente as estirpes do Tipo IIB crescem em meio Luria-Bertani (LB) (Martiacutenez-
Romero et al 1991) Alguns estudos tecircm descrito diferenccedilas entre os Tipos IIA e IIB
incluindo anaacutelise de PCR com sequumlecircncias repetitivas como REP ERIC BOX (van
Berkum et al 1996) e a presenccedila de megaplasmiacutedeos (Geniaux et al 1995)
13 Simbiose rizoacutebio- leguminosa
Haacute uma grande diversidade de bacteacuterias capazes de formar simbioses com as
diferentes leguminosas sendo que ateacute o momento encontram-se distribuiacutedas dentro de
trecircs ramos filogeneacuteticos principais que satildeo os gecircneros Bradyrhizobium Azorhizobium e
os chamados rizoacutebios de crescimento raacutepido Estes atualmente encontram-se divididos
em trecircs gecircneros Rhizobium Mesorhizobium e Sinorhizobium sendo que R galegae
deve ser brevemente renomeado como um novo gecircnero (Young amp Haukka 1996
Lindstroumlm et al 1998) O rizoacutebio induz em suas hospedeiras a formaccedilatildeo de estruturas
especializadas chamadas noacutedulos onde o nitrogecircnio molecular eacute reduzido a amocircnia
Os estudos tecircm demonstrado o alto grau de especializaccedilatildeo desenvolvido durante o
processo evolutivo desta simbiose havendo importantes relaccedilotildees de especificidade e
grandes possibilidades de manipulaccedilatildeo deste conhecimento visando melhorar a
eficiecircncia simbioacutetica Devido agrave sua importacircncia econocircmica os estudos da interaccedilatildeo
rizoacutebio-leguminosas tem tido um bom suporte econocircmico quando comparado agraves demais
aacutereas de pesquisa agronocircmica em diversas partes do mundo sendo que atualmente eacute
a interaccedilatildeo planta-microrganismo mais bem estudada (Straliotto amp Rumjanek1999)
Sob condiccedilatildeo de limitaccedilatildeo de nitrogecircnio mineral as bacteacuterias do gecircnero
Rhizobium Bradyrhizobium Mesorhizobium Sinorhizobium Allorhizobium
coletivamente chamadas de riacutezoacutebio formam noacutedulos simbioacuteticos nas raiacutezes de
leguminosas Nos anos recentes outras α-proteobacterias tem sido apresentadas como
produtoras de noacutedulos em leguminosas (Moullin et al 2002) Methylobacterium (Sy et
al 2001) Blastobacter (Van Berkun e Eardly 2002) e Devosia (Rivas et al 2002)
Nestes noacutedulos simbioacuteticos a bacteacuteria na forma de bacteroacuteides convertem o N
atmosfeacuterico em amocircnia que eacute incorporada em diversas formas de N orgacircnico para a
utilizaccedilatildeo por plantas da famiacutelia das leguminosas
O nitrogecircnio eacute o elemento mais abundante na atmosfera terrestre (em torno de
79 ) estando presente principalmente na forma diatocircmica (N2) e eacute um dos principais
macronutrientes dos vegetais Algumas bacteacuterias que coexistem em simbiose ou natildeo
nas raiacutezes de plantas possuem enzimas com a capacidade de reduccedilatildeo do nitrogecircnio
atmosfeacuterico transformando-o em amocircnia e posteriormente em elementos essenciais
(Lodeiro et al 2000)
As leguminosas tecircm ao seu dispor duas fontes de nitrogecircnio o mineral
proveniente do solo eou fertilizante e o nitrogecircnio fixado biologicamente atraveacutes da
simbiose com os rizoacutebios Entretanto a subida vertiginosa dos preccedilos dos adubos
nitrogenados devido ao consumo de energia foacutessil em sua fabricaccedilatildeo aliada aos graves
problemas de poluiccedilatildeo causados pelo uso intensivo desses adubos tem deixado agrave
agricultura dos paiacuteses em desenvolvimento e dos desenvolvidos apenas as alternativas
de maximizar a fixaccedilatildeo bioloacutegica de nitrogecircnio otimizar a distribuiccedilatildeo e emprego dos
compostos nitrogenados dentro das plantas e tornar mais eficiente a utilizaccedilatildeo de
carboidratos pelos noacutedulos (Neves 1992)
O crescimento e a produccedilatildeo das leguminosas satildeo pelo menos em parte o
resultados da interaccedilatildeo entre as cultivares das plantas as estirpes de Rhizobium e as
condiccedilotildees ambientais em que o sistema simbioacutetico se desenvolve e que afetam a
assimilaccedilatildeo distribuiccedilatildeo e utilizaccedilatildeo do carbono e nitrogecircnio pelas plantas A
disponibilidade de nitrogecircnio para as sementes em desenvolvimento determina a
produccedilatildeo e depende de uma fixaccedilatildeo de nitrogecircnio que se prolongue ateacute o periacuteodo de
enchimento dos gratildeos (Neves amp Rumjanek 1995 Rumjanek et al 2002)
As plantas dependentes da fixaccedilatildeo bioloacutegica do N requerem mais fosfato (P) que
as plantas que usam exclusivamente N mineral Os niacuteveis baixos de P podem afetar a
simbiose ao diminuir o suplemento de fotossintato ao noacutedulo reduzir a taxa de
crescimento bacteriano e a populaccedilatildeo total de Rhizobium e Bradyrhizobium (Keyser amp
Munns 1979)
A fixaccedilatildeo bioloacutegica do nitrogecircnio dar-se-aacute mediante a presenccedila de noacutedulos nas
raiacutezes induzidos pela infecccedilatildeo das raiacutezes pelas bacteacuterias (Uribe 1994) O
desenvolvimento dos noacutedulos seratildeo iniciados pela troca de sinais quiacutemicos moleculares
entre a planta e o simbionte (Singleton et al 1992 Hungria et al 2000)
Os noacutedulos e a planta hospedeira satildeo perfeitamente interligados por meio de
vasos xilemaacuteticos e floemaacuteticos e portanto totalmente integrados em termos hormonais
e nutricionais O processo de fixaccedilatildeo do nitrogecircnio tambeacutem requer um suprimento
contiacutenuo de carboidratos que fornecem tanto a energia para a reduccedilatildeo do nitrogecircnio
quantos os esqueletos de carbono necessaacuterios agrave assimilaccedilatildeo da amocircnia produzida
Durante os processos de infecccedilatildeo e desenvolvimento dos noacutedulos energia eacute
necessaacuteria agraves divisotildees celulares e eacute obtida da oxidaccedilatildeo dos carboidratos produzidos
na parte aeacuterea da planta hospedeira (Neves 1992 Silveira et al 2001 Moreira amp
Siqueira 2006)
Devido agrave existecircncia de uma grande diversidade de espeacutecies nativas de bacteacuterias
fixadoras de nitrogecircnio eacute necessaacuteria a obtenccedilatildeo de estirpes de Rhizobium de alta
qualidade capazes de sobreviver e competir pela fixaccedilatildeo eficiente do nitrogecircnio
atmosfeacuterico na leguminosa alvo (Moawad et al 1998 Silveira et al 2001 Figueiredo et
al 2001 2002)
A nodulaccedilatildeo eacute um processo de multi-passos que envolvem plantas especiacuteficas e
expressatildeo geneacutetica bacteriana compatiacutevel Os resultados de vaacuterias trabalhos tecircm
indicado a participaccedilatildeo de mediadores quiacutemicos no periacuteodo inicial do processo de
infecccedilatildeo das raiacutezes das leguminosas Flavonoides especiacuteficos satildeo reconhecidos pelo
rizoacutebio e em alguns casos este eacute um importante aspecto de reconhecimento do
hospedeiro Se o flavonoide for reconhecido ocorreraacute a siacutentese de sacariacutedeos nas
ceacutelulas bacterianas atraveacutes da accedilatildeo de vaacuterios produtos de genes e resultando a
produccedilatildeo de uma pequena famiacutelia de lipo-oligossacariacutedeos A estrutura dos tipos de
lipo-oligossacariacutedeos eacute o maior determinante da especificidade do hospedeiro
(Laeremans amp Vanderleyden 1998 Diouf et al 2000 Dakora 2003)
14 Polissacariacutedeos de Rizoacutebio
Biopoliacutemeros satildeo polissacariacutedeos microbianos tambeacutem conhecidos como gomas ou
exopolissacariacutedeos (EPS) que tem a capacidade de fornar geacuteis e soluccedilotildees viscosas em
meio aquoso (Moreira et al 2003) Tendo sido observados nas uacuteltimas deacutecadas
progressos significativos em relaccedilatildeo agrave identificaccedilatildeo caracterizaccedilatildeo e utilizaccedilatildeo de
polissacariacutedeos sintetizados por microrganismos (Padilha 1997)
Kay et al (1993) enfatizam que os biopoliacutemeros satildeo na sua maioria compostos
atoacutexicos biodegradaacuteveis produzidos extracelularmente por microrganismos natildeo
patogecircnicos a partir de fermentaccedilotildees em batelada com eficiecircncia proacutexima a 50 na
conversatildeo do substrato
O termo goma tal como usado tecnicamente pelas induacutestrias refere-se aos
polissacariacutedeos de origem vegetal ou microbiana e seus derivados de alto peso
molecular que quando solubilizados em aacutegua fria ou quente produzem suspensotildees ou
soluccedilotildees viscosas podendo formar geacuteis a baixas concentraccedilotildees (Lopes 1989 Whistler
amp BeMiller 1993)
As bacteacuterias Gram-negativas apresentam a parede celular mais fina consequumlecircncia
da menor quantidade de peptidoglicano em comparaccedilatildeo agraves Gram-positivas e tem
como maior componente um macropoliacutemero denominado lipopolissacariacutedeo A
presenccedila do lipopolissacariacutedeo fornece uma barreira hidrofiacutelica agrave superfiacutecie celular Em
muitas bacteacuterias a hidrofilicidade da superfiacutecie celular eacute aumentada pela presenccedila de
uma camada de EPS O EPS pode estar organizado de modo a formar uma camada
coesiva e aderente denominada ldquocaacutepsulardquo ou consistir em um polissacariacutedeo livre e
ldquomucilaginosordquo (slime) com pouca ou nenhuma aderecircncia celular O termo EPS ou
exopolissacariacutedeo pode ser usado tanto para descrever o polissacariacutedeo mucilaginoso
como o capsular (Portilho 2002)
Vaacuterias bacteacuterias pertencentes agrave famiacutelia Rhizobiaceae satildeo produtoras de EPS na
cultura esses EPS rizobianos satildeo heteropolissacariacutedeos de espeacutecie ou estirpe-
especiacuteficos compostos de diferentes tipos de monossacariacutedeos (Becker amp Puumlhler
1998) Existem evidecircncias de que a composiccedilatildeo de EPS varia natildeo soacute entre os diversos
gecircneros mas tambeacutem com mudanccedilas no meio ambiente bacteriano (Karr et al 2000)
e alteraccedilotildees na constituiccedilatildeo das unidades repetitivas podem afetar a habilidade
simbioacutetica do bacterioacuteide (Wielbo et al 2004) Poreacutem os mecanismos de
desenvolvimento simbioacutetico e de infecccedilatildeo ainda natildeo estatildeo claros e por isso existe
contiacutenuo interesse em se elucidar a geneacutetica a biologia molecular e a bioquiacutemica de
EPS e de superfiacutecie de origem bacteriana
Os polissacariacutedeos sintetizados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium tais como
succinoglicanas e galactoglucanas (Zevenhuizen 1997) tecircm sido extensivamente
estudados na tentativa de melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose Muitos
trabalhos tecircm sido desenvolvidos com o objetivo de revelar a composiccedilatildeo quiacutemica a
biossiacutentese e informaccedilotildees geneacuteticas destas biomoleacuteculas e relacionar suas estruturas
quiacutemicas agraves propriedades de infestaccedilatildeo das bacteacuterias nas plantas hospedeiras (Canter
Cremers et al 1991) uma vez que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes da
especificidade simbioacutetica (Gil-Serrano et al 1992)
Os EPSs segundo Costerton (1987) possibilitam vida livre agrave bacteacuteria permitindo a
aderecircncia e colonizaccedilatildeo agrave superfiacutecies soacutelidas onde nutrientes se acumulam Eles
envolvem as membranas das ceacutelulas protegendo-as do dessecamento e outros
estresses ambientais aleacutem de poder ajudar na fixaccedilatildeo de minerais e nutrientes
proacuteximos agrave bacteacuteria (Sutherland 1988 Whitfield 1988)
Rhizobia de raacutepido crescimento sintetizam diferentes EPS EPS de alta massa
molecular o qual eacute excretado para o meio e resulta no aumento da viscosidade do
meio de cultivo CPS neutro e insoluacutevel depositado como uma massa volumosa ao
redor da ceacutelula e β-1 2-glucanas ciacuteclicas acumuladas no espaccedilo periplasmaacutetico e
excretadas para o meio (Zevenhuizen 1986) Os EPS despertam maior interesse
porque podem ser recolhidos diretamente do meio para o qual satildeo secretados Esses
microrganismos podem tambeacutem formar glucanas neutras unidas glicosidicamente por
ligaccedilotildees tipo β-14 presentes como microfibrilas celuloacutesicas de baixo massa molecular
(Zevenhuizen1986 Breedveld et al 1993) e algumas vezes no meio de cultura
podem ser encontrados compostos de baixa massa molecular semelhantes aos das
unidades monomeacutericas do EPS (Breedveld et al 1990)
A siacutentese de EPS aacutecido CPS neutro e poli-β-hidroxibutirato (PHB) por Rhizobium
eacute fortemente dependente das condiccedilotildees de cultivo das linhagens utilizadas assim
como da fase de crescimento levando a resultados que podem variar
consideravelmente (Zevenhuizen 1981 1986 Tombolini amp Nuti 1989) A produccedilatildeo de
EPS por Rhizobium leguminosarum R phaseoli e R trifolii segue associada ao
crescimento enquanto que R meliloti excreta principalmente polissacariacutedeos de baixa
massa molecular quando a proliferaccedilatildeo celular estaacute limitada pela falta de nitrogecircnio em
excesso de fonte de carbono ainda presente no meio
Zevenhuizen (1986) investigando a influecircncia das condiccedilotildees de cultivo nas
quantidades de EPS CPS e glucanas sintetizadas por Sinorhizobium meliloti TA-1
atraveacutes de cultivos em meio de sais contendo aacutecido glutacircmico (01 ) e manitol (1 )
em frascos de 100 mL agitados a 25 ordmC verificou que determinadas condiccedilotildees
direcionavam a siacutentese polissacariacutedica para um produto especiacutefico A produccedilatildeo de EPS
era favorecida em ar saturado com O2 a de CPS sob condiccedilotildees limitantes de nitrogecircnio
e moderado suprimento de O2 e a produccedilatildeo de β-12-glucanas em meio contendo uma
concentraccedilatildeo quatro vezes maior da fonte de nitrogecircnio produzindo uma alta
densidade celular e consequentemente uma limitaccedilatildeo severa de O2
Em todas as linhagens o acuacutemulo de glicogecircnio celular β-12-glucana e PHB
satildeo apenas iniciados sob condiccedilotildees limitantes do crescimento celular (Zevenhuizen amp
Ebbink1974) Quando haacute exaustatildeo da fonte de carbono externa glicogecircnio e PHB satildeo
metabolizados pelas ceacutelulas sustentando assim sua longevidade e atuando como
material de reserva (Zevenhuizen1981)
Ceacutelulas de R leguminosarum bv phaseoli e bv trifolii sintetizam EPS contendo
aacutecido urocircnico PHB eou glicogecircnio e ainda CPS natildeo metabolizaacutevel e pequenas
quantidades de β-12-glucana R melioti sintetiza EPS livre de aacutecido urocircnico PHB eou
glicogecircnio e elevadas concentraccedilotildees de β-12-glucana (Zevenhuizen 1981)
EPS aacutecidos elaborados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium apresentam exceto
por pequenas diferenccedilas uma viscosidade extraordinaacuteria na composiccedilatildeo e nas
propriedades estruturais entre linhagens de diferentes espeacutecies (Zevenhuizen
19711973 e Zevenhuizen amp Scholten-Koerselman1979) Os dois tipos mais comuns de
EPS de rizoacutebio (espeacutecies de raacutepido crescimento) obtidos apoacutes a precipitaccedilatildeo com 3
volumes de etanol satildeo EPS (da S meliloti) sem aacutecido urocircnico e que apresenta na
composiccedilatildeo molar D-glucose D-galactose aacutecido piruacutevico (711) denominado de
polissacariacutedeop Tipo I e EPS (da R leguminosarum bv phaseoli e bv trifolii) com
composiccedilatildeo molar D-glucoseD-galactoseaacutecido D-glucurocircnicoaacutecido piruacutevico (5122)
denominado de polissacariacutedeo Tipo II (Zevenhuizen1981)
As fraccedilotildees polimeacutericas precipitaacuteveis com trecircs volumes de etanol satildeo produtos de
elevada massa molecular com caraacuteter aacutecido os quais resultam em soluccedilotildees aquosas
altamente viscosas Polissacariacutedeos do Tipo I satildeo produtos comuns excretados de
linhagens de S meliloti e de Agrobacterium (Hisamatsu et al1982) sendo tambeacutem
sintetizados por bacteacuterias de origem totalmente diferente tal como Alcaligenes faecalis
(Harada amp Amemura 1981) S melioti sintetiza geralmente um EPS de elevada massa
molecular do tipo succinoglicana com a composiccedilatildeo glucose galactose piruvato
succinato acetato (71111) (Cinquini Dantas 1992 Matulovaacute et al 1994 Ridoult et
al1997)
Algumas linhagens de Rhizobium apresentam composiccedilotildees de EPS desviadas
dos tipos mais comuns mencionados acima tais como R leguminosarum bv phaseoli
linhagem K-82 com EPS de composiccedilatildeo molar D-glucoseD-galactose aacutecido urocircnico
aacutecido piruacutevico (1111) e S meliloti SU-234 que produz EPS correspondente ao
polissacariacutedeo Tipo II (Zevenhuizen 1981)
Um consideraacutevel nuacutemero de polissacariacutedeos produzidos por muitas linhagens de
rizoacutebio natildeo estaacute disperso livremente no meio mas sim presente como um material
viscoso amorfo ao redor da ceacutelula Tais polissacariacutedeos como a curdlana podem ser
extraiacutedos com a simples adiccedilatildeo de NaOH 05 M seguida de precipitaccedilatildeo pela
neutralizaccedilatildeo com HCl Curdlana uma β-13-glucana linear gelificante pode ser
produzida por Agrobacterium e por algumas linhagens de Rhizobium (Harada amp
Amemura 1981 Zevenhuizen 1986) assim como pela bacteacuteria Alcaligenes faecalis
bv myxogenes (Harada et al 1966 Phillips et al1983 Lawford amp Rousseau1989) O
derivado sulfatado deste homopoliacutemero apresenta atividades anticoagulantes e
antitromboacuteticas aleacutem de exibir efeito inibitoacuterio agrave infecccedilatildeo in vitro do viacuterus HIV-1
(Jagodzinsski et al 1994) Aleacutem dos polissacariacutedeos neutro e aacutecido de elevada massa
molecular as espeacutecies de Rhizobium assim como bacteacuterias do gecircnero Agrobacterium
excretam carboidratos de baixa massa molecular os quais tem sido caracterizados
como β-12-glucanas (York et al 1980) Estas glucanas se acumulam
preferencialmente no espaccedilo periplaacutesmico da ceacutelula (Abe et al 1982) mas satildeo
tambeacutem excretadas para o meio juntamente com EPS aacutecidos Aparentemente estes
carboidratos natildeo apresentam uma funccedilatildeo especiacutefica uma vez que experimentos
realizados natildeo sugerem a sua utilizaccedilatildeo como fonte de carbono ou de energia pelas
ceacutelulas apoacutes a exaustatildeo da fonte de carbono exoacutegena Entretanto acredita-se que β-
12-glucanas sejam importantes durante processo de infestaccedilatildeo de raiacutezes de plantas
Ceacutelulas mutantes de S meliloti natildeo sintetizadoras de β-12-glucanas induziram somente
a formaccedilatildeo de pseudonoacutedulos em alfafa (Breedveld et al1990)
As β-12-glucanas ciacuteclicas satildeo moleacuteculas com grande potencial de utilizaccedilatildeo
dado o espaccedilo interno relativamente hidrofoacutebico podendo ser apropriadas como
agentes de inclusatildeo comparaacuteveis agraves ciclodextrinas constituiacutedas de 6 a 8 resiacuteduos de
glucose unidos por ligaccedilotildees α-14 Os espaccedilos internos de ambas as moleacuteculas satildeo
praticamente semelhantes Contudo a solubilidade da β-12-glucana ciacuteclica eacute maior em
relaccedilatildeo agrave ciclodextrinas (Breedveld et al 1990)
Glicogecircnio e PHB estatildeo presentes nas ceacutelulas de Rhizobium sendo que
algumas vezes ocorre separadamente em diferentes linhagens mas na sua maioria
ambos os compostos aparecem juntos em ceacutelulas de uma mesma linhagem
Vaacuterios biopoliacutemeros tem sido produzidos e utilizados comercialmente entre eles
Dextrana (produzida por bacteacuterias dos gecircneros Leuconostoc e Streptococcus) Xantana
(produzida por bacteacuterias do gecircnero Xanthomonas) Curdulana (produzida pelas
bacteacuterias Alcaligenes faecalis bv mixogenes e Agrobacterium radiobacter) Alginato
bacteriano (produzido por bacteacuterias dos gecircneros Azotobacter principalmente
Azotobacter vinelandii e Pseudomonas) Zanflo (produzido pela bacteacuteria Erwinia
tahitica) Gelana (produzida pela bacteacuteria Sphingomonas paucimobilis anteriormente
classificada como Pseudomonas elodea) Welana (produzida por espeacutecies de
Alcaligenes) Escleroglucana (produzida por diferentes espeacutecies de Sclerotium)
Pululana (produzida pelo fungo Aureobasidium pullulans) Celulose bacteriana
(produzida pela bacteacuteria Acetobacter xilinum) (Sutherland 1992 Martins amp Saacute-Correia
1993 Giavasis el al 2000 Maugeri 2001 Giavasis et al 2003 Kalogiannis et al
2003 Campbell et al 2003)
Outros biopoliacutemeros que estatildeo em estudo natildeo sendo produzidos em escala
industrial podem ser citados tais como indicana (produzida por Beijerinckia indica)
emulsana (produzida por Acinetobacter calcoaceticus) pululana (produzida pela
levedura Rhodotorula bacarum) ciclossoforanas (produzidas por Rhizobium
Agrobacterium e algumas espeacutecies de Xanthomonas) clairana (produzida por
Beijerinckia sp) diutana (produzida pelo gecircnero Sphingomonas) (Maugeri 2001
Navarrete amp Shah 2001 Chi amp Zhao 2003 Moreira et al 2003) Ateacute o momento
dextrana e xantana satildeo praticamente os uacutenicos polissacariacutedeos microbianos
comercializados em larga escala A goma gelana eacute o terceiro polissacariacutedeo produzido
comercialmente por biossiacutentese microbiano utilizado na induacutestria de alimentos
(Maugeri 2001)
15 Reologia
A etmologia da palavra rheologia tem raiz e busca significado nos vocaacutebulos
gregos rheo = deformaccedilatildeo e logia = ciecircncia ou estudo Portanto reologia eacute a ciecircncia
que estuda como a mateacuteria se deforma ou escoa quando submetida a esforccedilos
originados por forccedilas externas Schlumberger (1982) Estuda o comportamento
deformacional e do fluxo de mateacuteria submetido a tensotildees sob determinadas condiccedilotildees
termodinacircmicas ao longo de um intervalo de tempo Inclui propriedades como
elasticidade viscosidade e plasticidade No caso mais simples a propriedade reoloacutegica
de interesse no caso de soacutelidos eacute a sua elasticidade e nos fluidos eacute a viscosidade que
pode ser interpretada como a resistecircncia interna ou fricccedilatildeo interna do fluido oferece
para escoar ou tambeacutem como a medida da fricccedilatildeo interna de um fluiacutedo Quanto mais
viscosa o fluido mais difiacutecil de escoar e maior o seu coeficiente de viscosidade
(Pasquel1999)
As propriedades reoloacutegicas das soluccedilotildees de poliacutemeros mudam com a natureza
do soluto dependem da massa molecular meacutedia da estrutura molecular dos grupos
acetil ou piruvato (Casas et al 2000 Moradi-Araghi 2000 Diltz amp Zeller 2001
Navarrete et al 2001)
Viscoelasticidade eacute uma das propriedades reoloacutegicas mais simples de
substacircncias de comportamento reoloacutegico complexo como satildeo os biopoliacutemeros uma
vez que soluccedilotildees de biopoliacutemeros com interesse de aplicaccedilatildeo comercial exibem
propriedades viscoelaacutesticas isto eacute a capacidade de formar geacuteis verdadeiros em baixas
concentraccedilotildees e portanto com caracteriacutesticas intermediaacuterias entre soacutelidos e fluiacutedos
(Szczesniak 1993)
Entretanto uma das importantes indicaccedilotildees de que um biopoliacutemero tem
propriedades funcionais com viabilidade de aplicaccedilatildeo comercial como agente
espessante estruturante ou gelificante eacute o resultado da medida da viscosidade
aparente de suas soluccedilotildees aquosas (Szczesniak 1993)
A viscosidade de uma soluccedilatildeo polimeacuterica eacute uma funccedilatildeo do tamanho e da forma e
conformaccedilatildeo que adotam suas moleacuteculas no solvente sendo que no caso de alimentos
e bebidas o solvente eacute uma soluccedilatildeo de outros solutos Assim sendo as soluccedilotildees das
gomas satildeo dispersotildees de moleacuteculas hidratadas eou agregados de moleacuteculas
hidratadas e seu comportamento reoloacutegico eacute determinado pelo tamanho forma
facilidade de deformaccedilatildeo ou flexibilidade e presenccedila e magnitude da carga eleacutetrica
nessas moleacuteculas hidratadas eou agregados As soluccedilotildees de polissacariacutedeos exibem
dois tipos gerais de comportamento reoloacutegico pseudoplaacutestico e tixotropia As soluccedilotildees
da maioria das gomas experimentam uma diminuiccedilatildeo da viscosidade com o aumento da
temperatura sendo que a goma xantana eacute uma exceccedilatildeo entre 0 e 100 ordm C (Pasquel
1999)
Na Viscoelasticidade os liacutequidos viscosos natildeo possuem forma geomeacutetrica
definida e escoam irreversivelmente quando submetidos a forccedilas externas Por outro
lado os soacutelidos elaacutesticos apresentam forma geomeacutetrica bem definida e se deformados
pela accedilatildeo de forccedilas externas assumem outra forma geomeacutetrica de equiliacutebrio Muitos
materiais apresentam um comportamento mecacircnico intermediaacuterio entre estes dois
extremos evidenciando tanto caracteriacutesticas viscosas como elaacutesticas e por este
motivo satildeo conhecidos como viscoelaacutesticos
Quanto agrave deformaccedilatildeo os fluidos podem ser classificados em
Reversiacuteveis ou elaacutesticos satildeo sistemas que natildeo escoam sua deformaccedilatildeo eacute
reversiacutevel e o sistema obedece agrave Lei de Hooke
Irreversiacuteveis ou viscosos satildeo sistemas que escoam sua deformaccedilatildeo eacute
irreversiacutevel e o sistema obedece agrave Lei de Newton de viscosidade constante
Tambeacutem podem ser classificados quanto agrave relaccedilatildeo entre a taxa de deformaccedilatildeo e a
tensatildeo de cisalhamento
Fluidos Newtonianos sua viscosidade eacute constante seguem a Lei de
Newton Esta classe abrange todos os gases e liacutequidos natildeo polimeacutericos e
homogecircneos A relaccedilatildeo entre a taxa de deformaccedilatildeo e a tensatildeo de cisalhamento
eacute linear e o coeficiente angular da reta eacute a viscosidade (Severs 1962)
Ex aacutegua leite soluccedilotildees de sacarose oacuteleos vegetais
Fluidos Natildeo Newtonianos a relaccedilatildeo entre a taxa de deformaccedilatildeo e a tensatildeo de
cisalhamento natildeo eacute constante A relaccedilatildeo eacute natildeo linear e o coeficiente angular
(viscosidade) varia com a taxa de deformaccedilatildeo (Severs 1962)
Aleacutem disso os fluidos natildeo newtonianos ainda podem ser classificados em
viscoelaacutesticos dependentes e independentes do tempo (Figura 1)
A Figura 2 mostra o comportamento reoloacutegicos do fluido newtoniano e dos fluidos
natildeo newtonianos independentes do tempo
O comportamento reoloacutegico dos fluidos pode ser caracterizado atraveacutes da
relaccedilatildeo entre a tensatildeo de cisalhamento (forccedilaaacuterea cisalhada) e a taxa de deformaccedilatildeo
Normalmente os poliacutemeros em soluccedilatildeo diluiacuteda demonstram um comportamento de
liacutequido newtoniano Em soluccedilatildeo concentrada ou no estado fundido os poliacutemeros
apresentam um comportamento reoloacutegico distinto que lhes confere a denominaccedilatildeo de
fluidos natildeo-newtonianos (Tager 1978)
Dependentes do tempo
Independentes do tempo
Tixotroacutepicos
Sem tensatildeo de cisalhamento
inicial
Natildeo Newtoniano
Com tensatildeo de cisalhamento
inicial
Dilatantes
Herschel-Bulkley
Fluidos
Newtoniano
Viscoelaacutesticos
Reopeacuteticosticos
Pseudoplaacutesticos
Plaacutesticos de Bingham
Figura 1 Classificaccedilatildeo dos Fluidos segundo seu comportamento reoloacutegico
Figura 2 Curvas de escoamento de fluidos newtoniano e natildeo newtonianos de propriedades independentes do tempo de cisalhamento
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Os fluidos natildeo-newtonianos cujas propriedades reoloacutegicas satildeo independentes do
tempo temos diversos tipos de comportamento de materiais que satildeo denominados
viscoplaacutesticos ou de Bingham dilatante e pseudoplaacutesticos
Os materiais viscoplaacutesticos ou de Bingham necessitam de uma tensatildeo inicial
para comeccedilarem a deformaccedilatildeo cisalhamento mantendo entatildeo a relaccedilatildeo entre tensatildeo
e taxa de deformaccedilatildeo que pode ser constante ou natildeo Em soluccedilotildees de poliacutemeros de
alto peso molecular muitas vezes uma tensatildeo de cisalhamento miacutenima se faz
necessaacuteria a fim de vencer as interaccedilotildees intermoleculares existentes Soacute apoacutes o
colapso destas ligaccedilotildees ocorre o escoamento do fluido Como exemplos destes fluidos
podem ser citados a margarina polpa de papel e a maioria das tintas (Bretas 1987)
Os materiais com comportamento dilatante ou pseudoplaacutestico natildeo necessitam de
uma tensatildeo miacutenima para escoarem mas a viscosidade destes fluidos varia de forma
natildeo linear com a taxa de deformaccedilatildeo (Cheremisinoff 1993)
Os materiais pseudoplaacutesticos incluem a maioria dos fluidos natildeo-newtonianos
como por exemplo soluccedilotildees polimeacutericas acetato de celulose maionese suspensotildees
de polpa de papel e pigmentos (Cheremisinoff 1993) A maioria dos poliacutemeros
sinteacuteticos no seu estado fundido e das soluccedilotildees aquosas de polissacariacutedeos satildeo
exemplos de materiais pseudoplaacutesticos (Lopes 1989)
O termo dilatacircncia eacute empregado normalmente para descrever tanto uma
expansatildeo de volume sob cisalhamento como para caracterizar o aumento de
viscosidade de certos fluidos com o aumento da velocidade de cisalhamento Neste
uacuteltimo aspecto a dilatacircncia eacute observada como fenocircmeno inverso agrave pseudoplasticidade
(Bauer amp Collins 1967) O comportamento dilatante pode ser observado em
suspensotildees muito concentradas em que as partiacuteculas constituintes satildeo irregulares e
natildeo se orientam facilmente ou em poliacutemeros fundidos onde haacute formaccedilatildeo de cristais
durante o processo de escoamento (Lopes e Andrade 1991) Como exemplos de
dilatantes podemos citar as suspensotildees aquosas de dioacutexido de titacircnio suspensotildees de
amido de milho em etilenoglicolaacutegua goma araacutebica areia de praia molhada entre
outros (Lopes e Andrade 1991 Cheremisinoff 1993)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Os fluidos natildeo-newtonianos cujas propriedades reoloacutegicas satildeo dependentes do
tempo temos diversos tipos de comportamento de materiais que satildeo denominados de
reopeacuteticos e tixotroacutepicos Materiais que se tornam mais viscosos durante a
transformaccedilatildeo em cisalhamento suave satildeo chamados reopeacuteticos exibem um aumento
da viscosidade com o aumento da velocidade de cisalhamento a uma velocidade de
cisalhamento constante (suspensatildeo de gesso solos) e os que se tornam menos
viscosos satildeo chamados tixotroacutepicos (tinturas vaacuterios lubrificntes) (Cheremisinoff 1993)
Os materiais tixotroacutepicos satildeo inevitavelmente pseudoplaacutesticos mas nem todo
pseudoplaacutestico eacute tixotroacutepico (Lenk 1978)
Uma outra categoria de fluidos natildeo-newtoniano eacute representada pelos fluidos
viscoeslaacutesticos Um material eacute descrito como viscoelaacutestico quando em suas
propriedades mecacircnicas parte da energia eacute armazenada e outra parte eacute dissipada
como calor Na verdade todos os corpos reais satildeo viscoelaacutesticos (Graessley 1984)
Um fluido viscoelaacutestico em equiliacutebrio quando submetido agrave uma tensatildeo cisalhante
responde de dois modos sobrepostos Primeiro o material exibe uma resposta elaacutestica
que corresponde ao deslocamento das moleacuteculas de sua posiccedilatildeo inicial para uma nova
posiccedilatildeo de equiliacutebrio Isto ocorre logo apoacutes a aplicaccedilatildeo da tensatildeo e eacute chamado de
tempo de relaxamento O segundo modo de resposta agrave tensatildeo eacute o escoamento viscoso
iniciando-se tambeacutem logo que esta eacute aplicada O escoamento viscoso eacute por
conseguinte irreversiacutevel espontaneamente podendo continuar mesmo apoacutes o aliacutevio da
tensatildeo (Tager 1978) Como exemplos desta classe de fluiacutedos poliacutemeros como o
naacuteilon vaacuterias soluccedilotildees polimeacutericas e geleacuteias (Cheremisinoff 1993)
O estudo reoloacutegico de sistemas polimeacutericos tem auxiliado tanto na compreensatildeo
da estrutura molecular de muitos tipos de poliacutemeros quanto na forma como esta
conformaccedilatildeo estrutural afeta o comportamento reoloacutegico quer em condiccedilotildees
permanentes quer em deformaccedilatildeo intermitente A viscosidade e a elasticidade satildeo as
duas faces que tendem a caracterizar a maneira como um material reage a uma tensatildeo
imposta (Machado 2002)
A estrutura quiacutemica de cada biopoliacutemero bem como os grupos substituintes que
ele possui determinam suas caracteriacutesticas reoloacutegicas e portanto suas potenciais
aplicaccedilotildees (Pace 1991)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Os polissacariacutedeos microbianos variam consideravelmente em suas
propriedades fiacutesicas incluindo as caracteriacutesticas reoloacutegicas influenciando
marcadamente o processo fermentativo (Sutherland 1990)
2 JUSTIFICATIVA
A relevacircncia deste trabalho consiste na necessidade do desenvolvimento de
tecnologias de baixo custo capazes de melhorar os niacuteveis de produtividade do feijoeiro
podendo ser favorecido pelo estudo do comportamento da produccedilatildeo de polissacariacutedeos
por Rhizobium sp onde os resultados permitiratildeo avaliar a produccedilatildeo do biopoliacutemero
sintetizado como uma alternativa viaacutevel e promissora principalmente pelo uso de
bioproduto para formulaccedilatildeo de inoculante visando incrementar a contribuiccedilatildeo no
processo da Fixaccedilatildeo Bioloacutegica de Nitrogecircnio podendo gerar no futuro insumos
bioloacutegicos capazes de promover saltos qualitativos para a agricultura
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
3 OBJETIVOS 31 Geral Obter isolados de rizoacutebios para maior eficiecircncia no desenvolvimento da planta visando
selecionar microrganismos para produccedilatildeo de polissacariacutedeos extracelulares e que
possuam capacidade para produzir biopoliacutemero
32 Especiacuteficos
Estudo cineacutetico do cultivo de rizoacutebios para determinar as condiccedilotildees culturais que
assegurem uma produccedilatildeo eficiente de polissacariacutedeos
Determinar quais os melhores isolados produtores de polissacariacutedeo em meio
liacutequido (gL-1)
Estudar paracircmetros na produccedilatildeo de exopolissacariacutedeo formado pelas estirpes de
rizoacutebio tais como volume de inoacuteculo e o comportamento viscosimeacutetrico da
dispersatildeo do polissacariacutedeo
Avaliar a influecircncia do tempo na produccedilatildeo do polissacariacutedeo pelo
acompanhamento de consumo de substrato e de formaccedilatildeo do produto
Determinar a composiccedilatildeo quimica e a dosagem de sacarose das melhores
estirpes produtoras de polissacariacutedeo
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
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Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
5 CAPIacuteTULO 1
BIOPOLIacuteMEROS SINTETIZADOS POR Rhizobium sp PRODUCcedilAtildeO E COMPORTAMENTO REOLOacuteGICO
Barreto M C S 12 Figueiredo M V B 2 Burity H A2 Lima-Filho J L 1
1Universidade Federal de Pernambuco Rua Nelson Chaves sn Cidade Universitaacuteria
Recife ndash PE Brasil
2Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria ndash IPA Laboratoacuterio Biologia do
Solo Av Gal San Martin 1371 Bongi Recife ndash PE Brasil
Autor de correspondecircncia Maria do Carmo Silva Barreto Empresa Pernambucana de Pesquisa
Agropecuaacuteria ndash IPA Laboratoacuterio Biologia do Solo Av Gal San Martin 1371 Bongi Recife ndash PE
Brasil E-mail mcsbarretogmailcom
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
RESUMO Os biopoliacutemeros polissacariacutedicos de origem microbiana sintetizados por bacteacuterias
fungos e leveduras satildeo tambeacutem conhecidos como goma devido a sua capacidade de
formar soluccedilotildees viscosas e geacuteis em meio aquoso A produccedilatildeo de exopolissacariacutedeos
(EPS) microbianos tem sido objeto de intensa pesquisa tendo em vista seu elevado
potencial de aplicaccedilatildeo em diferentes setores No entanto os polissacariacutedeos
sintetizados por bacteacuterias do grupo Rhizobium tem sido estudados na tentativa de
melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose leguminosa X Rhizobium uma vez
que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes da especificidade simbioacutetica
entretanto a precisa funccedilatildeo destas moleacuteculas ainda estaacute sendo investigada No
processo de produccedilatildeo e viscosidade de polissacariacutedeo a ser obtido deve-se considerar
desde o microrganismo em estudo ateacute a determinaccedilatildeo dos paracircmetros de agitaccedilatildeo
tempo de incubaccedilatildeo excesso ou ausecircncia de carboidratos e volume de inoculo onde
se destaca o meio de produccedilatildeo e sua influecircncia na siacutentese no rendimento e na
composiccedilatildeo dos EPS O objetivo deste trabalho foi avaliar a produccedilatildeo e viscosidade de
biopoliacutemeros obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp comparados com a estirpe padratildeo
Rhizobium tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo O biopoliacutemero foi obtido
atraveacutes de agitaccedilatildeo em incubador agitador As condiccedilotildees foram 28 degC 200 rpm por 96
e 168 horas em meio YM modificado Foram avaliados a produccedilatildeo pela massa seca
da soluccedilatildeo aquosa dos biopoliacutemeros a 25 (vv) atraveacutes da teacutecnica da massa seca e
apoacutes a secagem do produto foi realizada em dissecador agrave temperatura de 30 degC ateacute
massa constante Para medidas de viscosidade as amostras foram determinadas em
viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT Spindle 1) a 20 degC a diferentes taxas
de cisalhamento Os resultados mostraram que os isolados no tempo de fermentaccedilatildeo
de 168 horas apresentou maior produccedilatildeo de EPS Com o aumento do tempo tambeacutem
houve um aumento da viscosidade para todos os isolados
Palavras Chave Exopolissacariacutedeos (EPS) reologia rizoacutebio
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ABSTRACT
The biopolymers are polysaccharide from microbial origin synthesized by bacteria fungi
and yeast They are also known as gums due to their capacity to produce viscous
solutions and gel in an acquoso medium The production of microbial Exopolysaccharide
(EPS) has been an object of intensive research due to its high application and potential
in different fields However the polysaccharide synthesized by bacteria from
Rhizobium have been studied to help understand their participation in the leguminous
symbiosis X Rhizobium since these biopolymers seem to determine the symbiotic
specificity however the precise function of those molecules are still to be seen to
During the process of production and viscosity of polysaccharide it should be
considered from the microorganism being studied to the determination of rotatory
parameters time of incubation excess or lack of carbohydrates and inocule volume in
which the production medium and its influence on the synthesis is highlighted in the
yield and composition of exopolysaccharides The aim of this research is to evaluate the
production and viscosity of biopolymers obtained form 8 isolated Rhizobium sp
compared to standard strain Rhizobium tropici (CIAT 899) in different culture timing The
biopolymer was obtained through rotation in shakers The conditions were 28degC
200rpm per 96 and 168 hours in modified YM medium The following items were
evaluated the production via dry weight of acquoso solution of biopolymers at 25
(vv) through the technique of dry weight and after drying the product which was done in
a dessicator at 30degC with constant weight For measuring viscosity the samples were
identified by using a rotational Brookfield (model RVT Spindle 1) viscometer at 20degC
and shear rate The results showed that the isolated ones had a bigger production within
168 hours of fermentation time Besides by increasing the time there was also an
increase of viscosity for all the isolated ones
Keywords Exopolysaccharide(EPS) rheology rhizobia
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
51 Introduccedilatildeo
Os biopoliacutemeros polissacariacutedicos de origem microbiana sintetizados por bacteacuterias
fungos e leveduras satildeo tambeacutem conhecidos como goma devido a sua capacidade de
formar soluccedilotildees viscosas e geacuteis em meio aquoso Esses polissacariacutedeos de cadeia
complexa tambeacutem satildeo conhecidos como gomas devido a sua capacidade de formar
soluccedilotildees viscosas e geacuteis em meio aquoso
Um grande nuacutemero de bacteacuterias conhecidas produz quantidades abundantes de
exopolissacariacutedeos (EPS) particularmente as patogecircnicas de plantas como as
Xanthomonas Erwinia e as bacteacuterias fixadoras de nitrogecircnio Rhizobium Beijerinkia e
Azotobacter (Vermani et al 1995) Destas os exopolissacariacutedeos de Xanthomonas
campestris (xantana) Sphingomonas paucimobilis e Pseudomonas elodea (gelana)
Acetobacter xylinum (celulose) e Rhizobium sp (succinoglucana) estatildeo sendo
comercializados (Sutherland 2001)
Os polissacariacutedeos extracelulares sintetizados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium
tecircm sido estudados na tentativa de melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose
leguminosa x Rhizobium uma vez que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes
da especificidade simbioacutetica entretanto a precisa funccedilatildeo destas moleacuteculas ainda estaacute
sendo investigada
Segundo Costerton (1987) os EPS possibilitam vida livre agrave bacteacuteria permitindo a
aderecircncia e colonizaccedilatildeo agrave superfiacutecies soacutelidas onde os nutrientes se acumulam Eles
envolvem as membranas das ceacutelulas protegendo-as do dessecamento e outros
estresses ambientais aleacutem de poder ajudar na fixaccedilatildeo de minerais e nutrientes proacuteximo
a bacteacuteria (Sutherland 1988 Whitfield 1988) Ainda segundo Costerton (1987) os
EPS podem ser homopoliacutemeros ou heteropoliacutemeros e possuem uma variedade de
substituintes natildeo carboidratados Entre os homopoliacutemeros encontrados em bacteacuterias
que interagem com plantas as mais comuns satildeo as glucanas periplasmaacuteticas β (1-2)
que estatildeo presentes em Rhizobiaceae (Otoboni 2001)
Os polissacariacutedeos bacterianos hidrossoluacuteveis vecircm sendo utilizados pelas induacutestrias
como emulsificantes estabilizantes espessantes agentes de suspensatildeo e dependendo
de sua natureza quiacutemica as gomas microbianas podem tambeacutem ser empregadas como
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
promotoras de gelificaccedilatildeo No entanto os polissacariacutedeos sintetizados por bacteacuterias do
gecircnero Rhizobium tais como succinoglicanas e galactoglucanas (Zevenhuizen 1997
Younes et al 2000) tecircm sido estudados na tentativa de melhor compreender sua
participaccedilatildeo na simbiose
A produccedilatildeo de EPS microbianos tem sido objeto de intensa pesquisa tendo em
vista seu elevado potencial de aplicaccedilatildeo em diferentes setores pois natildeo se encontra
exposta agraves alteraccedilotildees climaacuteticas ou agrave problemas nas colheitas que prejudicam a oferta
e alteram o custo de produccedilatildeo das gomas tradicionais No processo de produccedilatildeo de
polissacariacutedeos deve-se considerar desde o microrganismo em estudo ateacute a
determinaccedilatildeo dos paracircmetros de agitaccedilatildeo tempo de incubaccedilatildeo excesso ou ausecircncia
de carboidratos e volume de inoacuteculo onde se destaca o meio de produccedilatildeo e sua
influecircncia na siacutentese no rendimento e na composiccedilatildeo dos EPS (Faria 2002)
Na literatura estatildeo descritos vaacuterios meios de produccedilatildeo entretanto a composiccedilatildeo
qualitativa eacute a mesma e cada suplemento apresenta uma determinada funccedilatildeo na
produccedilatildeo de polissacariacutedeo Basicamente os meios para produccedilatildeo de polissacariacutedeos
apresentam uma fonte de foacutesforo e potaacutessio (fosfato de potaacutessio) e nitrogecircnio (sulfato
de amocircnio) em concentraccedilotildees adequadas para o crescimento do microrganismo uma
fonte de carbono (glicose sacarose manose frutose e outras) como reserva energeacutetica
e ainda oligoelementos como Na1+ K1+ Ca2+ Mg2+ Fe2+ e outros os quais tecircm um
papel importante como cofatores enzimaacuteticos nas vias de produccedilatildeo do polissacariacutedeo
(Martins et al 1990 Wong 1993 Madi et al 1997)
Soluccedilotildees de biopoliacutemeros bacterianos com propriedades reoloacutegicas interessantes
do ponto de vista industrial geralmente exibem propriedades pseudoplaacutesticas
viscoelaacutesticas e tensatildeo residual elevada (Sutherland 2001) poreacutem a viscosidade
aparente do caldo de fermentaccedilatildeo era o paracircmetro utilizado para avaliar a qualidade do
biopoliacutemero (Scamparini 1991 Bueno amp Garcia-Cruz 2000) Dos paracircmetros que
interferem na viscosidade dos poliacutemeros pode-se citar o tipo de estrutura molecular e
concentraccedilatildeo de poliacutemero A viscosidade da soluccedilatildeo aquosa de um polissacariacutedeo estaacute
diretamente relacionada com a rigidez de sua moleacutecula que por sua vez depende da
sua estrutura principalmente da estrutura primaacuteria e secundaacuteria a qual estaacute
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
diretamente relacionada agrave bacteacuteria utilizada e agraves condiccedilotildees operacionais do processo
de produccedilatildeo (Bradshaw et al 1983)
A seleccedilatildeo de microrganismos que produzam polissacariacutedeos com propriedades
funcionais economicamente interessantes bem como os estudos para otimizar o
rendimento e a produtividade dos processos fermentativos na obtenccedilatildeo destes eacute um
desafio constante (Boza 2002) A seleccedilatildeo da linhagem deveria ser o primeiro passo
quando se tenta um processo especiacutefico de produccedilatildeo
Dentro deste contexto este trabalho teve como objetivo geral avaliar a produccedilatildeo e
viscosidade de EPS obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp comparados com a estirpe
padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo
52 Material e Meacutetodos
Microrganismos
Foram utilizadas as bacteacuterias pertencentes ao gecircnero Rhizobium 8 isolados (nativos
da regiatildeo do sertatildeo de Pernambuco ndash Araripina) do banco de germoplasma da
Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria - IPA resistentes a alta
temperatura e formadoras de goma e uma estirpes padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899)
obtidas do Centro Nacional de Pesquisa em Agrobiologia - CNPAB EMBRAPA
As estirpes descritas na Tabela 1 foram mantidas em meio YMA (Vincent 1970 -
modificado) contendo (gL-1) sacarose (30 g) extrato de levedura (04 g) 1 mL de
K2HPO4 a 10 4 mL de KH2PO4 a 10 2 mL de MgSO47H2O a 10 1 mL de NaCl
a 10 5 mL de Azul de Bromotimol 025 em KOH a 02N ou 10 mL de Vermelho
Congo a 025
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Inoacuteculo
As estirpes descritas na Tabela 1 foram purificadas por repicagem em placas de
petri contendo o meio YMA (Vincent 1970 - modificado) utilizando o corante vermelho
do congo como indicador Apoacutes a purificaccedilatildeo as bacteacuterias foram repicadas em tubos
inclinados em meio de cultura sem o indicador vermelho de congo as quais foram
incubados a 28 degC por 48 horas em estufa e armazenadas a plusmn4 degC
A partir dessas culturas os experimentos foram conduzidos em duas etapas
Primeiro preparou-se um preacute-inoacuteculo partindo de uma alccedilada de cultura crescida sobre
meio YMA e incubada em estufa por 48 h a 28 plusmn 1 degC Transcorrido este periacuteodo
Isolados
Estirpe
Tamanho
das colocircnias
Tempo
Crescimento (dias)
pH
Transparecircncia
Hospedeiro
Origem
ISOL-1
gt 1 mm
2
Alcalino
Transluacutecido
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-2
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-3
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-4
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-6
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-11
gt 1 mm
2
Aacutecido
Transluacutecido
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-14
lt 1 mm
2
Levemente
Aacutecido
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-16
gt 1 mm
2
Levemente
Aacutecido
Opaco
Phaseolus vulgaris
CIAT 899
gt 1 mm
2
Aacutecido
Transluacutecido
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
Cali-CO
Tabela 1 Caracteriacutesticas morfofisioloacutegicas dos Isolados de rizoacutebios e da estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
preparou-se o inoacuteculo atraveacutes da transferecircncia asseacuteptica em Erlenmeyer de 250 mL
com 80 mL de meio de produccedilatildeo contendo 25 (vv) de uma cultura do preacute-inoacuteculo
crescida ateacute a fase logariacutetma e incubados em agitador rotatoacuterio a 200 rpm a 28 plusmn 1 degC
em triplicata
Produccedilatildeo e recuperaccedilatildeo de biopoliacutemero
A produccedilatildeo total dos biopoliacutemeros [g(Lh)-1] obtidos nos diferentes tempos de
cultivo foram avaliados pela massa do produto seco por volume de meio YM
modificado em Incubadora refrigerada com agitaccedilatildeo Modelo TE-421 TECNAL A
quantidade produzida de EPS durante a fermentaccedilatildeo foi determinada atraveacutes da
teacutecnica da massa seca Apoacutes centrifugaccedilatildeo aacutelcool etiacutelico PA foi adicionado ao mosto
fermentado ateacute atingir a concentraccedilatildeo de 80 na soluccedilatildeo hidroalcooacutelica formada
Apoacutes a total precipitaccedilatildeo do EPS presente no meio fermentado foi realizado a secagem
do produto em dissecador agrave temperatura 30 degC ateacute massa constante Todas as
determinaccedilotildees foram efetuadas em triplicata
Viscosidade
A caracterizccedilatildeo reoloacutegica do biopoliacutemero produzido foi determinada em um
viscosiacutemetro rotacional Brookfield modelo RVT com spindle 1 a 20 degC acoplados a
um banho-maria termostatizado modelo TE-184 TECNAL Foram determinadas as
viscosidades aparentes e a avaliaccedilatildeo do comportamento pseudoplaacutestico As equaccedilotildees
e procedimentos especiacuteficos aplicados para os caacutelculos das taxas de cisalhamento em
funccedilatildeo da rotaccedilatildeo aplicada no material foram obtidos atraveacutes dos meacutetodos verificados
por Mitschka (1982) citado por Morais (1999) para reocircmetros deste modelo (RV)
O modelo reoloacutegico adotado foi de Ostwald-de Waele (power-law)
n
kibull
= γτ )(
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Pelo meacutetodo utilizado a tensatildeo de cisalhamento eacute calculada pela multiplicaccedilatildeo da
leituras de torque pela constante tabelada kat (funccedilatildeo do rotor) e a taxa de cisalhamento
pela constante kγ (funccedilatildeo do rotor e iacutendice da potecircncia) (Morais 1999)
)()( iLKi at=τ
)()()( iWnKi γγ =
Os valores das constantes das constantes de Mitschka se encontram na tabela 2
seguinte
Tabela 2 Valores das constantes kat e kγ (Mitshka 1982)
Rotor 1 2 3 4 5 6 7
kat 0035 0119 0279 0539 105 235 84
n=01 1728 1431 1457 1492 1544 1366 1936
02 0967 0875 0882 0892 0907 0851 1007
03 0705 0656 0656 0658 0663 0629 0681
kγ 04 0576 0535 0530 0529 0528 0503 0515
05 0499 0458 0449 0445 0442 0421 0413
06 0449 0404 0392 0387 0382 0363 0346
07 0414 0365 0350 0343 0338 0320 0297
08 0387 0334 0317 0310 0304 0286 0261
09 0367 0310 0291 0283 0276 0260 0232
10 0351 0291 0270 0262 0254 0238 0209
Anaacutelise Estatiacutestica Para as anaacutelises individuais do experimento foi utilizado um delineamento
inteiramente casualizado com nove (n = 9) bacteacuterias e trecircs repeticcedilotildees (r =3) O modelo
matemaacutetico utilizado foi o aditivo linear
Yij = micro + bi + lij onde
Yij eacute a variaacutevel resposta (produccedilatildeo de biopoliacutemero) da i-eacutesima bacteacuteria na j-eacutesima
repeticcedilatildeo
micro eacute a meacutedia geral do experimento
bi eacute o efeito da i-eacutesima bacteacuteria
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
lij eacute o componente aleatoacuterio (erro experimental ou resiacuteduo) para a i-eacutesima bacteacuteria e j-
eacutesima repeticcedilatildeo Considerando eij independente e normalmente distribuiacutedo com meacutedia
zero e variacircncia σe2
O esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia utilizado para os experimentos de 96
e 168 horas pode ser visto na Tabela abaixo
Para a anaacutelise de Grupo de experimentos foi utilizado o modelo matemaacutetico Yijk = micro + bi + ti + (bt)ik + lijk onde
Yijk eacute a variaacutevel resposta (produccedilatildeo de biopoliacutemero) da i-eacutesima bacteacuteria no k-eacutesimo
tempo da j-eacutesima repeticcedilatildeo
micro eacute a meacutedia geral dos experimentos
bi eacute o efeito da i-eacutesima bacteacuteria
tk eacute o efeito do k-eacutesimo tempo
(bt)ik eacute o efeito da interaccedilatildeo hierarquica da i-eacutesima bacteacuteria com o k-eacutesimo tempo
lijk eacute o componente aleatoacuterio (erro experimental ou resiacuteduo) para a i-eacutesima bacteacuteria do
k-eacutesimo tempo na j-eacutesima repeticcedilatildeo Considerando lijk independente e normalmente
distribuiacutedo com meacutedia zero e variacircncia σe2
Fonte de variaccedilatildeo
GL
SQ
QM
F
Bacteacuterias
Resiacuteduos
1minusn
( )1minusrn
Total
1minusnr
sum=
minus
n
iCbir 1
21
Diferenccedila
CYij
r
j
n
iminussumsum
==
2
11
1Q
2Q
21
Tabela 3 ndash Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para experimentos em 96 e 168 horas
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
O esquema teoacuterico da decomposiccedilatildeo da variacircncia utilizado pode ser visto na Tabela 3
1minusnrt
53 Resultados e Discussatildeo
Produccedilatildeo de biopoliacutemero
As Tabelas 5 e 6 apresentam os resultados da anaacutelise de variacircncia e dos dados
meacutedios das anaacutelises individuais e do grupo de experimento da produccedilatildeo de biopoliacutemero
(gL-1) para os tempos de cultivo (96 e 168 horas) respectivamente
A Tabela 6 apresenta a produccedilatildeo meacutedia (gL-1) das fermentaccedilotildees realizadas em
triplicata para a produccedilatildeo do biopoliacutemero durante 96 e 168 horas de cultivo dos 8
isolados e da estirpe padratildeo CIAT 899 e a meacutedia do grupo de experimento das
mesmas Nesta observa-se que a produccedilatildeo maacutexima no periacuteodo de 168 horas de
processo ocorreu para todas as estirpes poreacutem a bacteacuteria CIAT 899 (padratildeo)
apresentou a maior produccedilatildeo em relaccedilatildeo aos demais tratamentos ( ISOL 14 ISOL 16 e
ISOL 3 ) pelo teste de Tukey a niacutevel de 1 de probabilidade Isto sugere que com o
aumento do tempo (168 horas) ocorre um aumento da produccedilatildeo o que mostra que a
Fonte de variaccedilatildeo
GL
SQ
QM
F
Bacteacuterias (B)
1minusn
_
1Q
41 QQ
Tempo (T) 1minust _ 2Q 42 QQ
Interaccedilatildeo (BxT) ( )( )11 minusminus tn _ 3Q
43
Resiacuteduo ( )1minusrnt _ 4Q
Tabela 4 ndash Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para grupo de experimentos
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
condiccedilatildeo de 30 g de sacarose 200 rpm 168 horas e 28 degC eacute a condiccedilatildeo maximizada
para a produccedilatildeo do biopoliacutemero realizada neste estudo No entanto em relaccedilatildeo a
meacutedia das produccedilotildees de 96 e 168 horas a estirpe CIAT 899 natildeo apresentou diferenccedila
significativa pelo teste de Tukey (plt001) em relaccedilatildeo ao ISOL 14 A menor produccedilatildeo
de biopoliacutemero ocorreu com o ISOL 1
FV GL
Quadrado Meacutedio 96 horas
168 horas
Bacteacuteria
Resiacuteduo
8
18
04366
00099
08720
00213
Significacircncia ao niacutevel (plt001) para o teste de F CV () 1525 (96 horas) CV() 1420 (168 horas)
Bacteacuterias
Produccedilatildeo
(gL-1) 96 horas
Produccedilatildeo
(gL-1) 168 horas
Meacutedia Produccedilatildeo
(gL-1) 96 e 168 horas
CIAT 899 12520 a 18542 a 15531 a
ISOL 14 10575 ab 16608 ab 13592 a
ISOL 16 08237 bc 13225 bc 10731 ab
ISOL 3 08825 bc 11746 cd 10285 ab
ISOL 11 06241 cd 08463 d 07352 bc
ISOL 4 04958 de 09429 cd 07194 bc
ISOL 6 04029 def 08479 d 06254 bc
ISOL 2 02162 ef 03217 e 02690 c
ISOL 1 01229 f 02779 e 02004 c
Tabela 6 Dados meacutedios das anaacutelises individuais e do grupo de experimento da produccedilatildeo de biopoliacutemeros por Rhizobium sp
Tabela 5 Resultados da anaacutelise de variacircncia da produccedilatildeo de biopoliacutemeros sintetizados por Rhizobium cultivados por 96 e 168 horas de cultivo
As meacutedias (3 repeticcedilotildees) seguidas de mesma letra natildeo diferem estatisticamente entre si pelo teste de Tukey (plt001) CV () 1525 (96 horas) CV () 1420 (168 horas) CV () 1487 (96 e 168 horas)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Entretanto sabe-se que a produccedilatildeo eacute influenciada pela linhagem do
microrganismo tempo e meio de fermentaccedilatildeo (Antunes et al 2000 Souza amp
Vendruscolo 2000 Torres et al 1993) Neste estudo a fonte de carbono utilizada como
substrato foi agrave sacarose que eacute bastante utilizada em experimentos de fermentaccedilatildeo As
fermentaccedilotildees foram realizadas com o meio de produccedilatildeo elaborado a partir do meio YM
(Vincent 1970) suplementado com uma dosagem maior de sacarose (30 gL) no intuito
de incrementar a produccedilatildeo das linhagens testadas
As bacteacuterias do gecircnero Rhizobium satildeo capazes de utilizar uma ampla gama de
produtos como fontes de carbono A literatura cita cultivos com glicose galactose
frutose arabinose xilose ramnose maltose sacarose lactose trealose rafinose
manitol furamato malato succinato citrato e piruvato (Jordan 1984) De todos estes
produtos a sacarose eacute o de mais faacutecil obtenccedilatildeo e mais vantajoso economicamente
Segundo Sutherland (2002) a glicose e sacarose satildeo usadas como fontes de carbono
preferenciais para a produccedilatildeo de biopoliacutemeros O rendimento da conversatildeo de
sacarose em ceacutelulas pelo R leguminosarum bv phaseoli oscila entre 04 e 05 g de
ceacutelulas por grama de sacarose (Boiardi 1983 Balatti 1992 IPT 1993a)
Padilha (2003) tambeacutem verificou que os resultados de fermentaccedilatildeo obtidos em
duas linhagens de Xanthomonas demonstraram a influecircncia do tempo de incubaccedilatildeo na
produccedilatildeo do biopoliacutemero onde a linhagem X axonopodis pv manihotis 289 apresentou
maior concentraccedilatildeo em ambas as condiccedilotildees testadas 72 e 96 horas 69 gL-1 e 79
gL-1 respectivamente em relaccedilatildeo agrave linhagem de X campestris pv campestris CA110
que produziu 63 gL-1 e 68 gL-1 respectivamente
Apoacutes a fermentaccedilatildeo os biopoliacutemeros foram purificados (por
centrifugaccedilatildeo) recuperados e avaliados visualmente para verificar as diferenccedilas
quanto agrave coloraccedilatildeo e estrutura das duas estirpes maiores produtoras de goma (CIAT
899 e ISOL 14) apoacutes a precipitaccedilatildeo com etanol A Figura 3 apresenta o aspecto dos
EPS precipitados a partir da produccedilatildeo onde pode-se observar diferenccedilas quanto ao
aspecto da goma precipitada Observa-se que os poliacutemeros sintetizado pelo ISOL 14
apresenta um aspecto transluacutecido enquanto que o CIAT 899 um aspecto mais opaco e
denso Quanto agrave coloraccedilatildeo natildeo foi detectada pigmentaccedilatildeo nas gomas obtidas
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Segundo Sandford (1979) os meacutetodos usados para a recuperaccedilatildeo de um
biopoliacutemero dependem sobretudo das caracteriacutesticas do microrganismo utilizado do
tipo de polissacariacutedeo e do grau de pureza desejado
Smith amp Pace (1982) revisaram esquemas de recuperaccedilatildeo para polissacariacutedeos
microbianos A precipitaccedilatildeo (baseada no caraacuteter polieletriliacutetico do polissacariacutedeo) tem
sido realizada pela adiccedilatildeo de caacutetions (como eletroacutelito) mono e polivalentes bem como
pela utilizaccedilatildeo de diversos tipos de solventes (acetona metanol etanol isopropanol 1-
butanol ou 111-tricloroetano) como agentes precipitantes
Os soacutelidos obtidos neste estaacutegio de separaccedilatildeo satildeo lavados com soluccedilatildeo
(etanolaacutegua) para remoccedilatildeo de grande parte das impurezas (Sais inorgacircnicos e
pigmentos) sendo entatildeo secos agrave vaacutecuo ou pela passagem forccedilada de ar quente ou
gaacutes inerte (Pace amp Righelato 1981) As condiccedilotildees de secagem devem ser tais que
evitem a degradaccedilatildeo quiacutemica coloraccedilatildeo excessiva ou mudanccedilas na solubilidade do
produto (Margaritis amp Pace 1985) O biopoliacutemero seco eacute entatildeo moiacutedo a uma
granulometria preacute-determinada dependendo da aplicaccedilatildeo do produto
Figura 3 ndash Aspecto do EPS precipitado sintetizado a partir do ISOL 14 (a) e do CIAT 899 (b) com 168 horas de cultivo
(a) (b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Viscosidade aparente
As propriedades reoloacutegicas foram avaliadas atraveacutes da anaacutelise de viscosidade
aparente para verificar o comportamento reoloacutegico dos EPS produzidas a temperatura
de 20 degC comparando-se nos tempos de fermentaccedilatildeo de 96 e 168 horas
Os resultados obtidos podem ser visualizados nas figuras 4 e 5 onde as soluccedilotildees
das gomas apresentaram comportamento pseudoplaacutestico isto eacute a viscosidade
aparente decresceu com o aumento da taxa de cisalhamento De acordo com a
literatura esse comportamento tem sido encontrado em soluccedilotildees polimeacutericas de
polissacariacutedeos microbianos (Amanullah et al 1996 Cacik et al 2001 Padilha 2003)
0
005
01
015
02
025
03
035
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110Taxa Cisalhamento (s-1)
Visc
osid
ade
apar
ente
(Pa
s)
ISOL 1
ISOL 2
ISOL 3
ISOL 4
ISOL 6
ISOL 11
ISOL 14
ISOL 16
CIAT899
Figura 4 Variaccedilatildeo da viscosidade aparente em funccedilatildeo da taxa de cisalhamento de soluccedilotildees aquosas de EPS 25 (vv) de 8 isolados de Rhizobium e uma estirpe padratildeo CIAT 899 a 20 degC com tempo de fermentaccedilatildeo de 96 h determinada com viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
0
005
01
015
02
025
03
035
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
Taxa cisalhamento (s-1)
Visc
osid
ade
apar
ente
(Pa
s)ISOL 1
ISOL 2
ISOL 3
ISOL 4
ISOL 6
ISOL 11
ISOL 14
ISOL 16
CIAT 899
Atraveacutes dos graacuteficos comparativos entre as leituras de viscosidade aparente das
soluccedilotildees aquosas das diferentes gomas produzidas pode-se visualizar que o CIAT
899 ISOL 3 e ISOL 16 apresentaram os valores de viscosidade mais elevados em
ambos os tempos de processo poreacutem em 168 horas as viscosidades tiveram um
aumento comparando-se a 96 horas (Figura 4 e 5)
A diminuiccedilatildeo da viscosidade com o aumento da taxa de cisalhamento eacute uma
caracteriacutestica comum aos biopoliacutemeros bacterianos Beyer et al (1987) observaram que
em soluccedilotildees a 1 do polissacariacutedeo produzido por Rhizobium CB744 medidas a 25 degC
e 65 degC tambeacutem houve um decreacutescimo da viscosidade com taxa de cisalhamento e
temperatura Vendruscolo (1995) estudou o comportamento reoloacutegico das soluccedilotildees
aquosas a 6 do biopoliacutemero Beijerinckia 7070 produzido por fermentaccedilatildeo com meio
VIII contendo 5 de sacarose medido nas temperaturas de 25 45 e 65 deg C Verificou
que a viscosidade eacute dependente da temperatura e que decresce com o aumento desta
poreacutem o biopoliacutemero recupera as suas caracteriacutesticas reoloacutegicas quando a viscosidade
eacute medida novamente na temperatura inicial no caso 25 degC
Figura 5 Variaccedilatildeo da viscosidade aparente em funccedilatildeo da taxa de cisalhamento de soluccedilotildees aquosas de EPS 25 (vv) de 8 isolados de Rhizobium e uma estirpe padratildeo CIAT 899 a 20 degC com tempo de fermentaccedilatildeo de 168 h determinada com viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Em estudo realizado por Bueno amp Garcia-Cruz (2000) com a bacteacuteria do gecircnero
Pseudomonas foi verificada a influecircncia do tempo de cultivo em 24 48 e 72 horas
utilizando-se dois caldos de fermentaccedilatildeo diferentes Em um caldo a fonte de carbono
utilizada foi a glicose e no outro a sacarose na concentraccedilatildeo de 20 Os
biopoliacutemeros apresentaram comportamento pseudoplaacutestico e a maior viscosidade
aparente obtida foi em 72 horas de cultivo O meio contendo sacarose produziu fluidos
mais viscosos em 24 e 48 horas e o contendo de glicose produziu fluidos mais viscosos
somente apoacutes 72 horas de cultivo
As propriedades reoloacutegicas do biopoliacutemero devem ser estaacuteveis durante mudanccedilas
na temperatura pH e forccedila iocircnica O conhecimento sobre as propriedades dos
biopoliacutemeros principalmente a viscosidade e o comportamento reoloacutegico satildeo
importantes para futuras aplicaccedilotildees industriais refletem sua estrutura quiacutemica primaacuteria
e servem para predizer em quais produtos podem ser utilizados (Scamparini et al
1997)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
54 Conclusotildees
Eacute possiacutevel produzir biopoliacutemeros a partir de Rhizobium sp utilizando-se meio
suplementado (sacarose 30 gL)
A condiccedilatildeo maximizada para a produccedilatildeo de biopoliacutemeros sintetizados por
Rhizobium sp a partir do meio suplementado dentro das faixas estudadas foi 28
degC 200 rpm 168 horas de fermentaccedilatildeo em meio contendo 25 (vv) inoculo
A produccedilatildeo obtida nessa condiccedilatildeo foi 185 gL-1 para a estirpe CIAT 899 166
gL-1 para o ISOL 14 e 132 gL-1 para o ISOL 16
Os biopoliacutemeros sintetizados por Rhizobium sp apresentaram comportamento
reoloacutegico caracteriacutestico de soluccedilotildees polimeacutericas de polissacariacutedeos microbianos
apresentando os valores mais elevados de viscosidade aparente para CIAT 899
ISOL 3 e ISOL 16 respectivamente para soluccedilotildees aquosas de goma sintetizadas
a partir de sacarose 30 gL medidos a 20 degC em 168 horas de processo
Estudos viscosiacutemetricos de soluccedilotildees do polissacariacutedeo revelaram seu
comportamento pseudoplaacutestico mesmo em baixas concentraccedilotildees
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
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33 139-144
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
6 CAPIacuteTULO 2
CINEacuteTICA MICROBIANA E COMPOSICcedilAtildeO QUIacuteMICA DOS EPSs PRODUZIDOS POR Rhizobium sp
Barreto M C S 12 Figueiredo M V B 2Oliveira J P2 Lima-Filho J L 1
1Universidade Federal de Pernambuco Rua Nelson Chaves sn Cidade Universitaacuteria
Recife ndash PE Brasil
2Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria ndash IPA Laboratoacuterio Biologia do
Solo Av Gal San Martin 1371 Bongi Recife ndash PE Brasil
O manuscrito a seguir seraacute submetido agrave revista Scientia Agraacuteria
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
RESUMO Os exopolissacariacutedeos (EPSs) satildeo definidos como polissacariacutedeos extracelulares
produzidos por alguns fungos e bacteacuterias Alguns EPSs satildeo sintetizados durante todo o
crescimento bacteriano enquanto que outros satildeo produzidos somente durante a fase
logariacutetmica ou na fase estacionaacuteria O objetivo deste trabalho foi avaliar o crescimento
microbiano e dosagem de sacarose assim como determinar a composiccedilatildeo quiacutemica das
melhores estirpes obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp em diferentes tempos de
cultivo O biopoliacutemero foi obtido atraveacutes de agitaccedilatildeo em incubador rotatoacuterio As
condiccedilotildees foram 28 degC 200 rpm por 96 e 168 horas em meio YM modificado Foram
avaliados a cineacutetica microbiana pela contagem do nuacutemero de unidades formadoras de
colocircnias (UFC) e por densidade oacutetica assim como consumo de substrato (sacarose)
pelo meacutetodo glicose-oxidase e determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo quiacutemica por cromatografia
gaacutes liacutequido (GLC) Os resultados mostraram que a cineacutetica de crescimento microbiano
apresentou na fase logariacutetmica valores correspondentes a uma concentraccedilatildeo celular
meacutedia de 109 UFCmL para todos os isolados e estirpe padratildeo CIAT 899 apoacutes 72 horas
de incubaccedilatildeo O consumo de substrato em 168 horas de fermentaccedilatildeo foi de de 455
gL e 478 gL para o ISOL 14 e CIAT 899 respectivamente A composiccedilatildeo dos
accedilucares dos exopolissacariacutedeos do ISOL 14 apresentou valores superiores de
ramnose manose galactose glicose e aacutecidos urocircnicos na moleacutecula em relaccedilatildeo a
estirpe padratildeo CIAT 899
Palavras Chave Exopolissacariacutedeos glicose rizoacutebio sacarose unidades formadoras de colocircnias (UFC)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
61 Introduccedilatildeo
Os exopolissacariacutedeos (EPSs) chamados de biopoliacutemeros ou gomas
hidrossoluacuteveis satildeo produzidos por uma grande variedade de microrganismos e
possuem propriedades fiacutesicas estruturais e quiacutemicas bastante homogecircneas em
relaccedilatildeo aos derivados de algas e plantas (Margaritis Pace 1985)
A produccedilatildeo de EPS pode ser limitada por certas condiccedilotildees como quantidade de
carboidratos nitrogecircnio cofatores no meio temperatura pH e condiccedilotildees de aeraccedilatildeo
Entretanto os efeitos destas condiccedilotildees natildeo podem ser generalizados para todas as
estirpes bacterianas deve-se levar em consideraccedilatildeo as particularidades de cada uma
Os EPSs formam uma camada protetora para as ceacutelulas protegendo-as da
desidrataccedilatildeo e de substacircncias toacutexicas e servem como fonte de carbono e energia aleacutem
de manterem os microrganismos perto das fontes alimentares
Os primeiros estudos nutricionais sobre a composiccedilatildeo do meio de produccedilatildeo foram
realizados por Davidson (1978) em cultivo contiacutenuo e por Souw amp Demain (1979) em
batelada Souw amp Demain (1979) estudaram diferentes fontes de carbono e nitrogecircnio e
concluiacuteram que as melhores fontes de carbono satildeo accediluacutecares especialmente glicose e
sacarose Aleacutem do tipo de substrato utilizado a concentraccedilatildeo inicial deste no meio de
cultivo parece ser um fator decisivo para o sucesso do processo fermentativo
Thomart et al (1985) concluiacuteram que a produccedilatildeo de poliacutemero eacute altamente
dependente da concentraccedilatildeo inicial de accediluacutecar enquanto o crescimento do
microrganismo independe desta concentraccedilatildeo inicial de accediluacutecar Foi relatada uma
produccedilatildeo decrescente de poliacutemero agrave medida em que a concentraccedilatildeo inicial de glicose
foi aumentada caindo rapidamente a razatildeo poliacutemerobiomassa para concentraccedilotildees
iniciais maiores que 3
Diversas pesquisas tecircm tentado elucidar a rota biossinteacutetica as condiccedilotildees de
crescimento e a fisiologia bacteriana que leva agrave produccedilatildeo de polissacariacutedeos Alguns
EPSs satildeo sintetizados durante todo o crescimento bacteriano enquanto que outros satildeo
produzidos somente durante a fase logariacutetmica ou na fase estacionaacuteria A siacutentese de
todos esses EPSs eacute um processo intracelular utilizando accedilucares difosfato nucleotiacutedios
(De Souza Sutherland 1994)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Tem sido observado que as limitaccedilotildees da fonte de nitrogecircnio fosfato ou enxofre em
presenccedila de excesso de carboidrato podem conduzir a um aumento na siacutentese de
polissacariacutedeo embora a quantidade seja tambeacutem afetada pelo teor de oxigecircnio pH e
temperatura Cada cepa bacteriana difere em sua resposta ao efeito destas mudanccedilas
ambientais e agrave fonte de carbono utilizada (Faria 2002) Portanto a utilizaccedilatildeo do meio
de fermentaccedilatildeo mais adequado para a produccedilatildeo de EPS iraacute refletir nas propriedades
funcionais de cada polissacariacutedeo obtido
Para a produccedilatildeo de EPS podem ser usados os mais diversos substratos glicose
frutose sacarose lactose amido hidrolisado metanol diferentes hidrocarbonetos O
custo de produccedilatildeo eacute dependente destes substratos (Margaritis Pace 1985) De todos
estes produtos a sacarose eacute o de mais faacutecil obtenccedilatildeo e mais vantajoso
economicamente O rendimento da conversatildeo de sacarose com ceacutelulas pelo R
leguminosarum bv phaseoli oscila entre 04 e 05 g de ceacutelulas por grama de sacarose
(Boiardi 1983 Balatti 1992 IPT 1993 a) A sacarose (C12H22O11) eacute um dissacariacutedeo
natildeo redutor o qual por hidroacutelise com aacutecidos muito diluiacutedos resinas de troca catiocircnica ou
a enzima invertase fornece proporccedilotildees equimolares de D-Glicose e D-Frutose
Geralmente concentraccedilotildees limitantes de alguns nutrientes e excesso de
carboidrato favorecem a produccedilatildeo de polissacariacutedeos (Sutherland 1979) Obteacutem-se um
alto rendimento quando ocorre a conversatildeo de 70-80 da fonte de carbono utilizada
em biopoliacutemero (Margaritis Pace 1985)
Um aspecto de extrema importacircncia em relaccedilatildeo aos EPSs eacute a necessidade de
um riacutegido controle das condiccedilotildees de fermentaccedilotildees uma vez que diferentes paracircmetros
de produccedilatildeo levam agrave obtenccedilatildeo de produtos com caracteriacutesticas heterogecircneas
Assim eacute fundamental que qualquer estudo para a produccedilatildeo de EPS seja
acompanhado pela caracterizaccedilatildeo do material produzido principalmente a composiccedilatildeo
quiacutemica uma vez que pequenas variaccedilotildees quiacutemicas na moleacutecula teratildeo grande efeito
para determinadas aplicaccedilotildees
Dentro deste contexto este trabalho teve como objetivo geral avaliar a cineacutetica
microbiana obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp e uma estirpe padratildeo Rhizobium
tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo determinar a dosagem da sacarose
do ISOL 14 e a estirpe padratildeo CIAT 899 e a composiccedilatildeo quiacutemica do ISOL 14
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
selecionadas como as estirpes maiores produtoras de EPS em estudos realizados
anteriormente por Barreto et al (2008) (submetido agrave publicaccedilatildeo)
62 Material e Meacutetodos
Microrganismos
Foram utilizadas as bacteacuterias pertencentes ao gecircnero Rhizobium 8 isolados (nativos
da regiatildeo do sertatildeo de Pernambuco ndash Araripina) do banco de germoplasma da
Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria - IPA resistentes a alta
temperatura e formadoras de goma e uma estirpes padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899)
obtidas do Centro Nacional de Pesquisa em Agrobiologia - CNPAB EMBRAPA
As estirpes descritas na Tabela 1 foram mantidas em meio YMA (Vincent 1970)
modificado contendo (gL-1) sacarose (30 g) Extrato de Levedura (04 g) 1 mL de
K2HPO4 a 10 4 mL de KH2PO4 a 10 2 mL de MgSO47H2O a 10 1 mL de NaCl
a 10 5 mL de azul de bromotimol 025 em KOH a 02N ou 10 mL de vermelho do
congo a 025
Para as determinaccedilotildees da sacarose foram analisados apenas o ISOL 14 e a estirpe
padratildeo CIAT 899 e a composiccedilatildeo quiacutemica apenas o ISOL 14 selecionadas como as
estirpes maiores produtoras de EPS em estudos realizados por Barreto et al (2008)
(submetido agrave publicaccedilatildeo)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOLADOS ESTIRPE
HOSPEDEIRO ORIGEM
ISOL-1 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-2 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-3 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-4 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-6 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-11 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-14 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-16 Phaseolus vulgaris
CIAT 899 Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
Cali-CO
Inoacuteculo
As estirpes descritas na tabela 7 foram purificadas por repicagem em placas de
Petri contendo o meio de cultura Agar sacarose extrato de levedura (Vincent 1970 -
modificado) utilizando o corante vermelho do congo como indicador Apoacutes a
purificaccedilatildeo as bacteacuterias foram repicadas em tubos inclinados em meio de cultura sem o
indicador vermelho do congo as quais foram incubados a 28 degC por 48 horas em
estufa e armazenadas a plusmn4 degC
A partir dessas culturas os experimentos foram conduzidos em duas etapas
Primeiro preparou-se um preacute-inoacuteculo partindo de uma alccedilada de cultura crescida sobre
meio YMA e incubada em estufa por 48 h a 28 plusmn 1 degC Transcorrido este periacuteodo
preparou-se o inoacuteculo atraveacutes da transferecircncia asseacuteptica em Erlenmeyer de 250 mL
com 80 mL de meio de produccedilatildeo contendo 25 (vv) de uma cultura do preacute-inoacuteculo
crescida ateacute a fase logariacutetma e incubados em agitador rotatoacuterio a 200 rpm a 28 plusmn 1 degC
em triplicata
Tabela 7 Isolados de rizoacutebios e estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Curva de crescimento microbiano O crescimento celular foi avaliado atraveacutes da leitura de absorbacircncia em
comprimento de onda de 560 nm em espectrofotocircmetro contra um branco constituiacutedo
de meio YM O plaqueamento das bacteacuterias foi efetuado em meio YMA contendo o
indicador vermelho do congo atraveacutes do meacutetodo da gota (ldquoDrop-platerdquo) As curvas de
crescimento microbiano foram construiacutedas a partir dos dados de absorbacircncia e
contagem de ceacutelulas viaacuteveis (UFCmL) A Figura 5 mostra o procedimento efetuado
para a contagem de UFC e totais (densidade oacutetica)
Figura 6 Procedimento para contagem de ceacutelulas viaacuteveis (UFC) e totais (densidade oacutetica)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Determinaccedilatildeo quantitativa da sacarose
A sacarose presente no mosto foi hidrolisada para obter glicose e frutose Para
isso foram preparados tubos de ensaio contendo 1 mL de meio fermentado 1 mL de
aacutegua destilada e 1 mL de HCl 2 N deixando-se reagir por 10 minutos a 60 degC Em
seguida resfriou-se rapidamente e neutralizou com 3 mL de NaOH 1 N O caacutelculo da
concentraccedilatildeo de sacarose em gL foi efetuado de acordo com a Equaccedilatildeo 1 (Arauacutejo et
al 2005)
Csac = fator de calibraccedilatildeo meacutedia da leitura (absorbacircncia)D (1100)19 (1)
Em seguida procedeu de acordo com o descrito para dosagem de glicose cujas
determinaccedilotildees foram realizadas por meacutetodo enzimaacutetico utilizando o Kit glicose-oxidase
PAP da LABTEST
Apoacutes a reaccedilatildeo enzimaacutetica a intensidade da cor da soluccedilatildeo foi medida a 505 nm
em espectrofotocircmetro usando cubetas de vidro de 1 cm de percurso oacuteptico
considerando como branco a soluccedilatildeo da glicose-oxidase Esse meacutetodo eacute especiacutefico
para a glicose e se baseia na oxidaccedilatildeo da mesma de acordo com a seguinte reaccedilatildeo
catalizada pela glicose-oxidase (GOD)
GOD
Glicose + O2 + H2O rarr Aacutecido Glucocircnico + H2O2
O peroacutexido de hidrogecircnio formado reage com 4-aminoantipirina e fenol sob accedilatildeo
catalizadora da peroxidase (POD) atraveacutes de uma reaccedilatildeo oxidativa de acoplamento
formando uma antipirilquinona vermelha cuja intensidade de cor eacute proporcional agrave
concentraccedilatildeo da glicose na amostra Esse composto de tonalidade vermelha apresenta
a sua maacutexima absorccedilatildeo de luz na faixa de 505 nm
POD
2 H2O2 + 4-Aminoantipirina + fenol rarr Antipirilquinonimina + 4 H2O
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Determinaccedilatildeo da Composiccedilatildeo Quiacutemica
Agravecido urocircnico A dosagem de aacutecido urocircnico foi efetuada pelo meacutetodo descrito por Blumenkrantz
amp Asbol-Hansen (1973) usando aliacutequotas de 04 mL de uma soluccedilatildeo a 100 mgmL do
polissacariacutedeo e aacutecido D-glucurocircnico como padratildeo O meacutetodo utiliza m-fenilfenol (o
qual promove a formaccedilatildeo de composto corado que absorvem em 520 nm)
As leituras das medidas de absorbacircncia foram realizadas a 520 nm em
espectrofotocircmetro Spectronic 20 Genesys Spectronic Instruments Todas as
determinaccedilotildees foram realizadas em triplicata
Determinaccedilatildeo quantitativa de monossacariacutedeos
Os monossacariacutedeos presentes nas amostras de biopoliacutemeros de Rhizobium
sp foram determinados sob a forma de acetato de alditoacuteis (Sawardeker et al 1965) por
cromatografia gaacutes liacutequido (GLC) Os acetatos derivados foram analisados por
cromatografia gasosa (cromatoacutegrafo a gaacutes modelo 5890S11 (Hewllet-Packard)) a 220
degC com uma coluna capilar DB-210 (025 mm di x 30 m) e filme de espessura igual a
025 microm A temperatura de injeccedilatildeo da amostra e a do FID foi 250 degC e foi utilizado como
gaacutes carreador N2 Para a realizaccedilatildeo desta anaacutelise aproximadamente 10 mg das
amostras foram hidrolisadas reduzidas e acetiladas A hidroacutelise foi efetuada com aacutecido
sulfuacuterico
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
63 Resultados e Discussatildeo Curva de crescimento microbiano
Com base nos resultados obtidos neste estudo que podem ser visualizados nas
Figuras 6 a 14 (a) pode-se observar que houve diferenccedilas quanto ao crescimento
populacional entre os isolados A curva de crescimento dos isolados e da estirpe
padratildeo CIAT 899 de Rhizobium sp em meio utilizando sacarose como fonte de carbono
mostrou que apoacutes 72 horas de incubaccedilatildeo o crescimento foi maacuteximo Pode-se observar
que o oacutetimo da fase log ocorre entre 72 a 120 horas de incubaccedilatildeo agrave temperatura de 28
degC com agitaccedilatildeo de 200 rpm variando conforme a linhagem estudada Esta faixa de
tempo de incubaccedilatildeo corresponde a uma concentraccedilatildeo celular meacutedia de 109 UFCmL
As relaccedilotildees cineacuteticas entre o crescimento e a formaccedilatildeo de produtos satildeo
importantes para determinar o modo de operaccedilatildeo mais econocircmico Segundo Hiss
(2001) sem o conhecimento da cineacutetica torna-se inviaacutevel a transposiccedilatildeo de um
experimento de laboratoacuterio para a escala industrial
Desta forma inicialmente as curvas nos propiciam informaccedilotildees tais como a
faixa de absorbacircncia (560 nm) correspondente ao oacutetimo da fase log e a concentraccedilatildeo
celular que esta faixa corresponde
Pereira (2002) analisando o crescimento das estirpes de Rhizobium em meio
YMA com manitol observou um acentuado crescimento exponencial entre 24 e 48
horas de cultivo de 7 estirpes
Barberi et al (2004) avaliaram as curvas de crescimento de Bradyrhizobium
elkanii (BR 29) de acordo com o pH e com a composiccedilatildeo do meio de cultura Com base
no nuacutemero maacuteximo de UFC mL-1 para o meio (Lorda amp Balatti 1996) modificado o
melhor crescimento ocorreu apoacutes 72 horas para o tratamento com pH inicial de 60 e
no meio Lopreto (1972) citado por Urenha et al (1994) o tratamento com pH inicial 55
foi o que apresentou os valores de nuacutemero maacuteximo de ceacutelulas ocorrendo em 161 horas
de cultivo As meacutedias de log dos nuacutemeros de UFC mL-1 apresentadas por Barberi et al
(2004) foram superiores aos encontrados por Miguel e Moreira (2001) que foram
aproximadamente 109 Isso eacute explicado pela melhor utilizaccedilatildeo da fonte de carbono do
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
meio Lorda e Balatti (1996) em que em sua composiccedilatildeo possui glicerol em
comparaccedilatildeo com o manitol utilizado no meio YM (Vincent 1970) utilizado por esses
autores
Nas figuras 6 a 14 (b) mostram os resultados da Densidade Oacutetica (DO) onde a
curva de crescimento construiacuteda a partir da contagem de ceacutelulas totais demonstrou que
apoacutes 72 horas de cultivo o crescimento permaneceu crescente para a maioria das
estirpes estudadas Provavelmente o aumento da curva deve-se a presenccedila dos EPSs
Segundo Cunningham e Munns (1984) a produccedilatildeo de EPS eacute uma resposta de
vaacuterias espeacutecies da bacteacuteria a uma gama de fatores limitantes que em geral sugerem
estarem implicados em suprimir a reaccedilatildeo da defesa da planta e parecem ser requeridos
para formaccedilatildeo do cordatildeo de infecccedilatildeo Os EPSs pode ter um papel integral por permitir
que um organismo sobreviva sob uma variedade de circunstacircncias estressantes
Miguel e Moreira (2001) utilizando meio YM obtiveram maior densidade oacutetica para
o tratamento com pH igual a 60 do que no pH 68 utilizando o mesmo nuacutemero-base
(1088 UFC mL-1) o que provavelmente estaacute relacionado com a diferente composiccedilatildeo
dos meios principalmente com relaccedilatildeo agrave fonte de carbono Cunningham e Munns
(1984) em meio YMA (modificado por Keyser e Munns 1979) obtiveram maior
quantidade de EPS em estirpes de Rhizobium tolerantes agrave acidez do meio quando
expostas a meio aacutecido
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 1
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 1
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(5
60nm
)
Figura 7- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 1 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
b)
a)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 2
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 2
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 8- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 2 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 3
000E+00500E+08100E+09150E+09
200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 3
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 9- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 3 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 4
000E+00500E+08
100E+09150E+09
200E+09250E+09
300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 4
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 10- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 4 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 6
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 6
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 11- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 6 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 11
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 11
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 12- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 11 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 14
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 14
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 13- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 14 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 16
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 16
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 14- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 16 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
CIAT 899
000E+00500E+08
100E+09150E+09
200E+09250E+09
300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
CIAT 899
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 15- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do CIAT 899 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Determinaccedilatildeo quantitativa da sacarose
Analisando os resultados obtidos para a dosagem da sacarose verificou-se que a
estirpe CIAT 899 (padratildeo) apresentou maior consumo de substrato para o meio de
produccedilatildeo empregado durante 168 horas de fermentaccedilatildeo apresentando um consumo
final de 455 gL Neste ponto a massa celular corresponde a 076 gL (Figura 15)
Entretanto o ISOL 14 apresentou resultados proacuteximos da estirpe padratildeo com consumo
de 478 gL e massa celular de 086 gL no mesmo tempo (Figura 16)
Deu-se preferecircncia agrave utilizaccedilatildeo de um meacutetodo especiacutefico para glicose ao inveacutes de
um para determinaccedilatildeo de accediluacutecares redutores o que garante a detecccedilatildeo da liberaccedilatildeo
especificamente de glicose a partir da hidroacutelise por sacarose do EPS
ISOL 14
0
2
4
6
8
10
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Glic
ose
gL
Figura 16 Concentraccedilatildeo de glicose durante a produccedilatildeo de EPS por Rhizobium sp (ISOL 14)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
CIAT 899
0
2
4
6
8
10
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Glic
ose
gL
Determinaccedilatildeo da Composiccedilatildeo Quiacutemica dos EPS
Na tabela 8 observa-se os accediluacutecares determinados das gomas produzidas pelas
estirpes ISOL 14 e CIAT 899 onde revelaram maiores concentraccedilotildees dos
monossacariacutedeos galactose e glicose para a estirpe ISOL 14 em relaccedilatildeo a estirpe
padratildeo CIAT 899 Tambeacutem foram observados traccedilos de manose e ramnose na
composiccedilatildeo das gomas das estirpes estudadas
Amostras
Ac urocircnico
()
Manose
Accediluacutecares
Ramnose
(mg100g)
Galactose
Glicose
ISOL 14
410
098
016
1260
3695
CIAT 899
-
020
010
895
1680
Castellane amp Lemos (2007)
Tabela 8 Constituintes quiacutemicos da goma produzida pela estirpe de Rhizobium sp (ISOL 14)
Figura 17 Concentraccedilatildeo de glicose durante a produccedilatildeo de EPS por Rhizobium sp (CIAT 899)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Lima (1999) analisando a composiccedilatildeo quiacutemica da goma xantana produzida por
linhagens de Xanthomonas campestris pv campestris verificou a presenccedila de glicose e
manose nas concentraccedilotildees 3322 5778 respectivamente para a linhagem NRRL
B-1459 apresentando componentes tiacutepicos da goma xantana
Whitfield et al (1981) caracterizando cinco amostras de goma xantana
produzidas por diferentes linhagens de Xanthomonas campestris pv campestris
encontraram valores de glicose variando entre 22-42 manose de 12-38 e aacutecido
urocircnico de 9-20 Com relaccedilatildeo agrave ramnose apenas trecircs amostras de xantana
apresentaram este accediluacutecar com valores que oscilam entre 12-22 Outro accediluacutecar
identificado pelos pesquisadores foi a galactose com valores entre 24-28 Em todas
as amostras estudadas por estes autores foram observados os grupamentos piruvato e
acetila Lowson e Symes (1977) relataram a presenccedila de ramnose na xantana
produzida por X juglandis Sugere-se que a presenccedila desse accediluacutecar seja uma
caracteriacutestica desejaacutevel pois em geral os poliacutemeros dos quais faz parte possuem
capacidade de formar geacuteis verdadeiros (Mcnelly e Kang 1977) A goma xantana
comercial natildeo apresenta ramnose na sua composiccedilatildeo (Casas et al2000)
De acordo com Casas et al (2000) a composiccedilatildeo do meio de cultura utilizado na
fermentaccedilatildeo exerce um profundo efeito na siacutentese do produto oligomeacuterico e polimeacuterico
Portanto a quantidade de manose glicose e aacutecido glucurocircnico sintetizados e inseridos
no EPS pelas enzimas durante fermentaccedilatildeo podem sofrer variaccedilotildees dependendo da
composiccedilatildeo do substrato e das condiccedilotildees utilizadas na fermentaccedilatildeo
No presente trabalho o percentual de aacutecido urocircnico produzido pela estirpe ISOL
14 foi de 41 enquanto o apresentado na goma xantana por Lima (1999) foi de 847
Os meacutetodos de anaacutelises de polissacariacutedeos complexos baseiam-se
principalmente na determinaccedilatildeo dos constituintes dos resiacuteduos obtidos apoacutes hidroacutelise
quiacutemica dos poliacutemeros nativos (Wei amp Fang 1990 Ruitter et al 1992 Scamparini et al
2000) Esses satildeo compostos de inuacutemeros resiacuteduos de accediluacutecares interligados por
ligaccedilotildees glicosiacutedicas (α e β) que podem diferir consideravelmente na sua
suscetibilidade agrave hidroacutelise aacutecida Aacutecidos urocircnicos satildeo frequentemente envolvidos por
fortes ligaccedilotildees glicosiacutedicas particularmente nos tipos de ligaccedilotildees dos aacutecidos
aldobiurocircnicos (Druzian 2000)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Moreira et al (1998) analisando a composiccedilatildeo de dois biopoliacutemeros comerciais
gelanareg e xantanareg e um biopoliacutemero produzido a clairana identificou o aacutecido
glicurocircnico (em todas as amostras) e os monossacariacutedeos esperados para a clairana
(glicose galactose e fucose) gelana (glicose e ramnose) e xantana (glicose e manose)
A ramnose estaacute presente na acetana gelana welana e ransana que possuem
estrutura quiacutemica similar agrave da xantana e possui propriedades de espessante e agente
de suspensatildeo semelhantes agravequelas atribuiacutedas para xantana (Kennedy amp Sutherland
1994) A goma welana apresenta como cadeia lateral unidades de manose e ramnose
distribuiacutedas de modo aleatoacuterio Aproximadamente dois terccedilos das unidades quiacutemicas
repetidas do poliacutemero conteacutem ramnose como cadeia lateral enquanto que o restante
das ramificaccedilotildees eacute composto por unidades de manose (Jansson et al 1985)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
64 Conclusotildees
A curva do crescimento microbiano apresentou na fase logariacutetmica valores
correspondentes a uma concentraccedilatildeo celular viaacuteveis meacutedia de 109 UFCmL para
todos os isolados e estirpe padratildeo CIAT 899 apoacutes 72 horas de incubaccedilatildeo a uma
temperatura de 28 degC com agitaccedilatildeo de 200 rpm variando conforme a linhagem
estudada
As estirpes apresentaram valores do consumo de substrato para o meio de
produccedilatildeo empregado de 455 gL para a CIAT 899 e 478 gL para o ISOL 14
em 168 horas de fermentaccedilatildeo
A composiccedilatildeo dos accedilucares da goma do ISOL 14 apresentou valores superiores
de ramnose manose galactose glicose e aacutecidos urocircnicos na moleacutecula em
relaccedilatildeo a estirpe padratildeo CIAT 899
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
65 Referecircncias Bibliograacuteficas
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7 ANEXOS
Normas da Revista World Journal of Microbiology and Biotechnology
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References Citation Reference list
Citation Cite references in the text by name and year in parentheses Some examples
Negotiation research spans many disciplines (Thompson 1990)
This result was later contradicted (Becker and Seligman 1996)
This effect has been widely studied (Abbott 1991 Barakat et al 1995 Kelso and Smith 1998 Medvec et al 1993)
Reference list The list of references should only include works that are cited in the text and that have been published or accepted for publication Personal communications and unpublished works should only be mentioned in the text Do not use footnotes or endnotes as a substitute for a reference list Reference list entries should be alphabetized by the last names of the first author of each work
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Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Submissatildeo do Artigo
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Normas da Revista Scientia Agraacuteria
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Trabalhos apresentados no 24ordm Congresso Brasileiro de Microbiologia - 3 a 6 de Outubro de 2007 em
Brasiacutelia - Centro de Convenccedilotildees Ulysses Guimaratildees ndash Brasiacutelia DF
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
MICROBIOLOGIA GERAL K03 METABOLISMO MICROBIANO E SEUS PRODUTOS 609 Biopoliacutemero sintetizados por Rhizobium sp em diferentes tempos de cultivo comportamento reoloacutegico BARRETO M D C S1 FIGUEIREDO M D V B2 BURITY H A2 OLIVEIRA J P2 COELHO A C D1 LIMA-FILHO J L L1 UFPE
Resumo
Os polissacariacutedeos extracelulares sintetizados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium tem sido estudados na tentativa de melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose leguminosa x Rhizobium uma vez que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes da especificidade simbioacutetica A viscosidade que pode ser tomada como paracircmetro de qualidade eacute influenciada em funccedilatildeo das estirpes da colocircnia bacteriana do meio de fermentaccedilatildeo utilizado e das condiccedilotildees operacionais na produccedilatildeo Com base no exposto o objetivo deste trabalho foi verificar o comportamento reoloacutegico em diferentes tempos de cultivo de 8 isolados de Rhizobium sp e da estirpe padratildeo de Rhizobium tropici (CIAT 899) As bacteacuterias foram incubadas em agitador rotatoacuterio (200rpm agrave 28ordmC) em Erlenmeyers de 250mL contendo 15 de meio YM modificado por um periacuteodo de 96 e 168 horas Foram avaliados a determinaccedilatildeo da viscosidade da soluccedilatildeo aquosa dos biopoliacutemeros a 25 (vv) obtidas em diferentes tempos de cultivo e medidas a 20ordmC em viscosiacutemetro rotacional Brookfield modelo RVT com spindle 2 nas seguintes velocidades de deformaccedilatildeo 10 20 50 e 100rpm a viscosidade aparente a vaacuterias taxas de cisalhamento dos mostos fermentados Os resultados mostraram que os estudos viscosimeacutetricos de soluccedilotildees de polissacariacutedeo dos isolados e da CIAT 899 revelam seu comportamento natildeo tixotroacutepico pseudoplaacutestico mesmo em baixas concentraccedilotildees e caraacuteter polieletroliacutetico e que as medidas de viscosidade do mosto em funccedilatildeo do tempo de agitaccedilatildeo mostra que a viscosidade aparente do meio de cultivo alcanccedila um valor patamar com 168 horas de processo para todos os microrganismos poreacutem os isolados 3 e 16 e CIAT 899 apresentaram maiores valores no aumento da viscosidade
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
MICROBIOLOGIA GERAL K03 METABOLISMO MICROBIANO E SEUS PRODUTOS 1751 Biopoliacutemero sintetizados por Rhizobium sp em diferentes tempos de cultivo produccedilatildeo BARRETO M D C S1 FIGUEIREDO M D V B2 BURITY H A2 SILVA M L R B1 CALAZANS G M T1 LIMA-FILHO J L L1 UFPE
Resumo
A produccedilatildeo de exopolissacariacutedeos (EPS) microbianos tem sido objeto de intensa pesquisa tendo em vista seu elevado potencial de aplicaccedilatildeo em diferentes setores pois natildeo se encontra exposta agraves alteraccedilotildees climaacuteticas ou agrave problemas nas colheitas que prejudicam a oferta e alteram o custo de produccedilatildeo das gomas tradicionais No processo de produccedilatildeo de polissacariacutedeos deve-se considerar desde o microrganismo em estudo ateacute a determinaccedilatildeo dos paracircmetros de agitaccedilatildeo onde se destaca o meio de produccedilatildeo e sua influecircncia na siacutentese no rendimento e na composiccedilatildeo dos EPS O objetivo deste trabalho foi avaliar a produccedilatildeo de biopoliacutemeros (gLh) obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp e da estirpe padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo pela massa do produto seco por volume de meio As bacteacuterias foram purificadas em meio YMA e apoacutes foram incubadas em agitador rotatoacuterio (200rpm agrave 28ordm C) em Erlenmeyers de 250mL contendo 15 de meio YM modificado por um periacuteodo de 96 e 168 horas Foram avaliados o peso seco da soluccedilatildeo aquosa dos biopoliacutemeros a 25 (vv) obtidos em diferentes tempos de cultivo atraveacutes da teacutecnica do peso seco onde o aacutelcool etiacutelico foi adicionado ao mosto ateacute atingir a concentraccedilatildeo de 80 na soluccedilatildeo hidroalcooacutelica formada e posterior precipitaccedilatildeo do EPS Apoacutes a filtraccedilatildeo a secagem do produto foi realizada em dissecador (30ordmC) ateacute peso constante comparando-se os diferentes tempos de cultivo Os resultados mostraram que a produccedilatildeo total do biopoliacutemero dos isolados e da estirpe padratildeo CIAT 899 apresentaram maacutexima produccedilatildeo no periacuteodo de 168 horas de processo para todos os microrganismos poreacutem os isolados 3 e 14 e a CIAT 899 foram as que resultaram em maior produtividade (13 17 e 2gL-1h-1) respectivamente
- Barreto Maria do Carmo Silva
-
- Inclui bibliografia
- 5771 CDU (2ed) UFPE
-
- 13 Simbiose rizoacutebio- leguminosa
-
- 14 Polissacariacutedeos de Rizoacutebio
-
- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
-
SUMAacuteRIO AGRADECIMENTOS LISTA DE FIGURAS LISTA DE TABELAS SUMAacuteRIO 1 Introduccedilatildeo 1
11 Feijoeiro (Phaseolus vulgaris L) 1
12 Rhizobium sp 3
13 Simbiose rizoacutebio-leguminosa 5
14 Polissacariacutedeos de rizoacutebio 8
15 Reologia 13
2 Justificativa 19 3 Objetivos 20
31Geral 20
32 Especiacuteficos 20
4 Referecircncias 21 5 Capiacutetulo 1 34
Resumo 35
Abstract 36
51 Introduccedilatildeo 37
52 Material e Meacutetodos 39
53 Resultados e Discussatildeo 44
54 Conclusotildees 51
55 Referecircncias 52
6 Capiacutetulo 2 57 Resumo 58
61 Introduccedilatildeo 59
62 Material e Meacutetodos 61
63 Resultados e Discussatildeo 66
64 Conclusotildees 81
65 Referecircncias 82
7 Anexos 87
Normas da Revista World Journal of Microbiology and Biotechnology
Submissatildeo do Artigo
Normas da Revista Scientia Agraacuteria
Trabalhos apresentados no 24ordm Congresso Brasileiro de Microbiologia - 3 a 6 de Outubro de 2007 em Brasiacutelia - Centro de Convenccedilotildees Ulysses Guimaratildees ndash Brasiacutelia DF
1 INTRODUCcedilAtildeO
11 Feijoeiro (Phaseolus vulgaris L)
O feijoeiro eacute cultivado em cerca de 100 paiacuteses em todo o mundo envolvendo
grande nuacutemero de gecircneros e espeacutecies dificultando uma anaacutelise comparativa dos
iacutendices de produtividade por espeacutecie Considerando somente o Phaseolus vulgaris L o
Brasil eacute o maior produtor seguido do Meacutexico Entretanto a produccedilatildeo brasileira de feijatildeo
tem sido insuficiente para abastecer o mercado interno devido agrave reduccedilatildeo na aacuterea
plantada da ordem de 35 nos uacuteltimos 17 anos (Yokoyama amp Stone 2000) A falta de
tecnologia e o cultivo em solos marginais devido ao baixo retorno econocircmico da
cultura contribuem decisivamente para a baixa produtividade do feijoeiro e nesse
quadro o fornecimento adequado de nutrientes particularmente o nitrogecircnio (N) e o
foacutesforo (P) representam um dos fatores limitantes agrave obtenccedilatildeo de maiores rendimentos
no Brasil (Arauacutejo 1994)
No Brasil o feijoeiro eacute cultivado nos mais variados tipos de solos e clima sendo
plantado preferencialmente como cultura de subsistecircncia em pequenas propriedades
O feijatildeo eacute importante fonte de nutrientes (proteiacutenas minerais vitaminas) e calorias na
dieta brasileira (Hungria et al 2000) Aleacutem de apresentar alto conteuacutedo de carboidratos
componentes de fibra (celulose hemicelulose e lignina) e digeriacuteveis (amido e sacarose)
encontram-se no feijatildeo alguns oligossacariacutedeos (rafinose estaquiose verbascose) O
feijatildeo tambeacutem eacute uma fonte importante de vitaminas hidrossoluacuteveis como a tiamina a
riboflavina a niacina e a folacina que satildeo vitaminas do complexo B envolvidas na
prevenccedilatildeo de certos defeitos fetais cardiovasculares e certos tipos de cacircncer (Costa amp
Vieira 2000)
O feijoeiro eacute originaacuterio das Ameacutericas com centros de origens e domesticaccedilatildeo na
Meso Ameacuterica (Meacutexico-Guatemala) e na Zona Leste dos Andes Seu cultivo foi
delineado haacute mais de 7000 anos entre os nativos do Peru sugerindo seleccedilatildeo da
espeacutecie para a agricultura (Gepts 1990) As aacutereas de diferenciaccedilatildeo e domesticaccedilatildeo do
feijoeiro ocorrem em altitudes entre 500 e 1800 m na Ameacuterica Central e norte da
Ameacuterica do Sul Diversos tipos selvagens satildeo registrados em altitudes proacuteximas a
1200m (Miranda 1974) Os feijoeiros provenientes desses materiais mostram grande
amplitude de caracteriacutesticas morfoloacutegicas e fisioloacutegicas O gecircnero Phaseolus conteacutem
mais de uma centena de espeacutecies mas apenas P vulgaris L P coccineus L P
acutifolius Gray var Latifolius Freeman e P lunatus var lunatous satildeo cultivadas
comercialmente (Zimmermann amp Teixeira 1988) Dessas o feijoeiro comum P vulgaris
L eacute a espeacutecie de maior importacircncia econocircmica contribuindo com cerca de 95 da
produccedilatildeo mundial de Phaseolus No Brasil em uma rota inversa agrave do traacutefico de
escravos P vulgaris chegou agrave Aacutefrica e provavelmente em tempos anteriores agrave Aacutesia
via Filipinas No seacuteculo XVI foi introduzido na Europa e na Califoacuternia levado por
intermeacutedio dos espanhoacuteis trazido da Ameacuterica Central (Mariot 1989)
Os teores de N nos solos do Brasil satildeo baixos de um modo geral situando-se na
faixa de 005 a 03 Com a intensificaccedilatildeo da agricultura as exigecircncias de adiccedilatildeo
de N bem como a sua remoccedilatildeo satildeo ampliadas e consequentemente se o N retirado
do solo pelas plantas natildeo for reposto o teor desse nutriente decresceraacute rapidamente
Quanto aos fertilizantes nitrogenados existe um custo elevado para a siacutentese dos
mesmos de cerca de seis barris de petroacuteleo para cada tonelada de amocircnio produzido
bem como gastos com o transporte e distribuiccedilatildeo do fertilizante aleacutem de outros
(Hungria et al1997) Considerando que o feijoeiro eacute cultivado principalmente por
pequenos agricultores em solos muitas vezes deficientes em N mineral esforccedilos para
a melhoria do processo de simbiose da cultura com rizoacutebios inoculados nas sementes
podem corresponder a aumentos significativos no rendimento de gratildeos Essa via
bioloacutegica se torna ainda mais importante quando se leva em consideraccedilatildeo os custos
elevados do N mineral limitando a sua utilizaccedilatildeo principalmente pelos pequenos
agricultores Praacuteticas alternativas para diminuir esses custos precisam ser procuradas
principalmente no Brasil que importa fertilizante nitrogenado para satisfazer agrave demanda
interna (Hungria et al 2001) Um outro agravante na utilizaccedilatildeo de fertilizantes
nitrogenados reside na baixa eficiecircncia de sua utilizaccedilatildeo pelas plantas raramente
ultrapassando 50 Deve-se considerar ainda que o uso indiscriminado de fertilizantes
nitrogenados resulta em poluiccedilatildeo ambiental pois a lixiviaccedilatildeo do N ocorre contaminaccedilatildeo
no lenccedilol freaacutetico que resultam em acuacutemulo de formas nitrogenadas podendo atingir
niacuteveis toacutexicos a peixes e ao homem (Hungria et al 2001)
Dentro deste contexto destaca-se a necessidade do desenvolvimento de
tecnologias de baixo custo capazes de melhorar os niacuteveis de produtividade dos
pequenos agricultores responsaacuteveis pela quase totalidade da produccedilatildeo mundial desta
leguminosa essencial na dieta de grande parte da populaccedilatildeo brasileira (Dakora 2003)
12 Rhizobium sp
Este gecircnero foi classificado em 1932 por Fred et al e apresenta como
caracteriacutestica ceacutelulas em forma de bastonete curto Gram-negativas com dimensotildees
que variam entre 05 e 09 microm por 12 a 30 microm ocorrendo isolados ou aos pares
moacuteveis por flagelos polares subpolares ou peritriquiais natildeo formam esporos e em
culturas envelhecidas apresentam granulaccedilotildees de poli-β-hidroxibutirato (Urenha et al
1994) Apresentam bom crescimento em meio com manitol sacarose e levedura
podendo em meios gelificados desenvolver colocircnias planas convexas ou umbilicadas
apresentam normalmente coloraccedilatildeo branca e opaca por vezes transluacutecidas
apresentando frequentemente produccedilatildeo de goma de natureza polissacariacutedica A
inclusatildeo de Vermelho do Congo no meio de cultura natildeo conduz a uma forte absorccedilatildeo
deste corante pelas colocircnias podendo certas estirpes apresentar ligeira absorccedilatildeo As
estirpes de crescimento raacutepido produzem colocircnias de 4 a 6 mm de diacircmetro em 5 dias
de incubaccedilatildeo a 26-30 degC provocando acidificaccedilatildeo do meio de cultura As estirpes de
crescimento lento produzem colocircnias com 1 mm de diacircmetro em 10 dias de incubaccedilatildeo
a 28-30 degC provocando a alcalinizaccedilatildeo do meio de cultura Induzem a formaccedilatildeo de
noacutedulos na raiz de leguminosas compatiacuteveis colonizando-os e podendo aiacute desenvolver
atividade diazotroacutefica em simbiose utilizam oxigecircnio como receptor final de eleacutetrons na
cadeia respiratoacuteria satildeo microrganismos aeroacutebios estrito e a faixa de pH oacutetimo para seu
desenvolvimento estaacute entre 6 e 7 (Hungria amp Arauacutejo1994)
A literatura relata a presenccedila de reaccedilatildeo aacutecida durante o cultivo promovendo
queda do pH do meio de cultura (Jordan 1984) No entanto dados experimentais de
cultivo desta bacteacuteria em fermentador na presenccedila de sacarose glutamato
monossoacutedico e extrato de levedura mostram comportamento oposto As velocidades
especiacuteficas maacuteximas de crescimento desta bacteacuteria oscilam em torno de 020h o que
resulta num tempo de geraccedilatildeo de aproximadamente 35 h
Entre as bacteacuterias fixadoras de nitrogecircnio presentes no solo cujas populaccedilotildees
satildeo altamente influenciadas pela rizosfera das plantas o rizoacutebio eacute considerado o grupo
mais importante na agricultura tropical pela sua associaccedilatildeo com as leguminosas Esta
simbiose eacute responsaacutevel por uma substancial parte talvez a maior do fluxo global de
nitrogecircnio atmosfeacuterico fixado nas formas de amocircnia nitrato e compostos orgacircnicos
(Kahindi et al 1997) Certamente esta associaccedilatildeo eacute a mais estudada mas simbioses
envolvendo actinomicetos do gecircnero Frankia cianobacteacuterias especialmente a
associaccedilatildeo Azolla-Anabaena e organismos heterotoacuteficos fixadores de nitrogecircnio de vida
livre e associativos podem tambeacutem fixar quantidades significativas de nitrogecircnio sob
condiccedilotildees especiacuteficas (Straliotto amp Rumjanek1999)
Atualmente os rizoacutebios estatildeo classificados como pertencentes agrave domiacutenio
Bacteria Filo Proteobacteria Classe Alfaproteobacteria Ordem Rhiobiales e
distribuiacutedos nas Famiacutelias Rhizobiaceae Phyllobacteriaceae Bradyrhizobiaceae e
Hiphomicrobiaceae (Garrity amp Holt 2001) Aleacutem disso algumas bacteacuterias capazes de
nodular e fixar N2 em simbiose com leguminosas foram recentemente identificadas
como pertencentes agrave Classe das Betaproteobacteria Ordem Burkholderiales Famiacutelia
Burkholderiaceae Gecircnero Burkholderia (Moulin et al 2001) e tambeacutem pertencentes agrave
Classe das Alfaproteobacterias Ordem Rhizobiales Famiacutelia Methylobacteriaceae
Gecircnero Methylobacterium (Sy et al 2001)
As bacteacuterias que nodulam o feijoeiro foram classificadas inicialmente como
Rhizobium phaseoli poreacutem com uma melhor caracterizaccedilatildeo fisioloacutegica bioquiacutemica e
geneacutetica essas bacteacuterias foram reclassificadas apoacutes 50 anos na espeacutecie Rhizobium
leguminosarum bv phaseoli (Jordan 1984) Com o estudo de outros isolados e o
avanccedilo nas teacutecnicas de biologia molecular em um curto periacuteodo de tempo foi
constatado que as bacteacuterias que nodulavam o feijoeiro apresentavam claramente
caracteriacutesticas fisioloacutegicas e geneacuteticas distintas permitindo a sua separaccedilatildeo em dois
grupos denominadas Tipo I e Tipo II (Martiacutenez et al 1985 Quinto et al 1985 Brom et
al 1988) Essas e outras diferenccedilas levaram em 1991 agrave definiccedilatildeo de uma nova
espeacutecie R tropici (trorsquo pi ci Gr n tropikos troacutepicos) que incluiria as estirpes do Tipo
II que foi subdividido em IIA e IIB (Martinez-Romero et al 1991) As bacteacuterias dessa
nova espeacutecie foram descritas como aeroacutebias Gram-negativas com pH oacutetimo para
crescimento variando entre 5 e 7 crescendo em temperatura de ateacute 40 degC As estirpes
estudadas foram isoladas de regiotildees tropicais nodulam e fixam N2 com P vulgaris L
Leucaena esculenta e L leucocephala
A estirpe IIB CIAT 899 (= ATCC 49672 = UMR 1899 = SEMIA 4077) foi
designada como estirpe padratildeo (ldquotype strainrdquo) e a estirpe representativa do grupo IIA eacute
a CFN 299 A estirpe CIAT 899 assim como as outras do Tipo IIB tambeacutem eacute resistente
a metais pesados e aos antibioacuteticos clorofenicol espectinomicina carbenicilina e
estreptomicina (Martiacutenez-Romero et al 1991) e apresenta maior toleracircncia agrave acidez
(Graham et al 1994) e a temperaturas elevadas (Hungria et al 1993 Mercante et al
2002) Somente as estirpes do Tipo IIB crescem em meio Luria-Bertani (LB) (Martiacutenez-
Romero et al 1991) Alguns estudos tecircm descrito diferenccedilas entre os Tipos IIA e IIB
incluindo anaacutelise de PCR com sequumlecircncias repetitivas como REP ERIC BOX (van
Berkum et al 1996) e a presenccedila de megaplasmiacutedeos (Geniaux et al 1995)
13 Simbiose rizoacutebio- leguminosa
Haacute uma grande diversidade de bacteacuterias capazes de formar simbioses com as
diferentes leguminosas sendo que ateacute o momento encontram-se distribuiacutedas dentro de
trecircs ramos filogeneacuteticos principais que satildeo os gecircneros Bradyrhizobium Azorhizobium e
os chamados rizoacutebios de crescimento raacutepido Estes atualmente encontram-se divididos
em trecircs gecircneros Rhizobium Mesorhizobium e Sinorhizobium sendo que R galegae
deve ser brevemente renomeado como um novo gecircnero (Young amp Haukka 1996
Lindstroumlm et al 1998) O rizoacutebio induz em suas hospedeiras a formaccedilatildeo de estruturas
especializadas chamadas noacutedulos onde o nitrogecircnio molecular eacute reduzido a amocircnia
Os estudos tecircm demonstrado o alto grau de especializaccedilatildeo desenvolvido durante o
processo evolutivo desta simbiose havendo importantes relaccedilotildees de especificidade e
grandes possibilidades de manipulaccedilatildeo deste conhecimento visando melhorar a
eficiecircncia simbioacutetica Devido agrave sua importacircncia econocircmica os estudos da interaccedilatildeo
rizoacutebio-leguminosas tem tido um bom suporte econocircmico quando comparado agraves demais
aacutereas de pesquisa agronocircmica em diversas partes do mundo sendo que atualmente eacute
a interaccedilatildeo planta-microrganismo mais bem estudada (Straliotto amp Rumjanek1999)
Sob condiccedilatildeo de limitaccedilatildeo de nitrogecircnio mineral as bacteacuterias do gecircnero
Rhizobium Bradyrhizobium Mesorhizobium Sinorhizobium Allorhizobium
coletivamente chamadas de riacutezoacutebio formam noacutedulos simbioacuteticos nas raiacutezes de
leguminosas Nos anos recentes outras α-proteobacterias tem sido apresentadas como
produtoras de noacutedulos em leguminosas (Moullin et al 2002) Methylobacterium (Sy et
al 2001) Blastobacter (Van Berkun e Eardly 2002) e Devosia (Rivas et al 2002)
Nestes noacutedulos simbioacuteticos a bacteacuteria na forma de bacteroacuteides convertem o N
atmosfeacuterico em amocircnia que eacute incorporada em diversas formas de N orgacircnico para a
utilizaccedilatildeo por plantas da famiacutelia das leguminosas
O nitrogecircnio eacute o elemento mais abundante na atmosfera terrestre (em torno de
79 ) estando presente principalmente na forma diatocircmica (N2) e eacute um dos principais
macronutrientes dos vegetais Algumas bacteacuterias que coexistem em simbiose ou natildeo
nas raiacutezes de plantas possuem enzimas com a capacidade de reduccedilatildeo do nitrogecircnio
atmosfeacuterico transformando-o em amocircnia e posteriormente em elementos essenciais
(Lodeiro et al 2000)
As leguminosas tecircm ao seu dispor duas fontes de nitrogecircnio o mineral
proveniente do solo eou fertilizante e o nitrogecircnio fixado biologicamente atraveacutes da
simbiose com os rizoacutebios Entretanto a subida vertiginosa dos preccedilos dos adubos
nitrogenados devido ao consumo de energia foacutessil em sua fabricaccedilatildeo aliada aos graves
problemas de poluiccedilatildeo causados pelo uso intensivo desses adubos tem deixado agrave
agricultura dos paiacuteses em desenvolvimento e dos desenvolvidos apenas as alternativas
de maximizar a fixaccedilatildeo bioloacutegica de nitrogecircnio otimizar a distribuiccedilatildeo e emprego dos
compostos nitrogenados dentro das plantas e tornar mais eficiente a utilizaccedilatildeo de
carboidratos pelos noacutedulos (Neves 1992)
O crescimento e a produccedilatildeo das leguminosas satildeo pelo menos em parte o
resultados da interaccedilatildeo entre as cultivares das plantas as estirpes de Rhizobium e as
condiccedilotildees ambientais em que o sistema simbioacutetico se desenvolve e que afetam a
assimilaccedilatildeo distribuiccedilatildeo e utilizaccedilatildeo do carbono e nitrogecircnio pelas plantas A
disponibilidade de nitrogecircnio para as sementes em desenvolvimento determina a
produccedilatildeo e depende de uma fixaccedilatildeo de nitrogecircnio que se prolongue ateacute o periacuteodo de
enchimento dos gratildeos (Neves amp Rumjanek 1995 Rumjanek et al 2002)
As plantas dependentes da fixaccedilatildeo bioloacutegica do N requerem mais fosfato (P) que
as plantas que usam exclusivamente N mineral Os niacuteveis baixos de P podem afetar a
simbiose ao diminuir o suplemento de fotossintato ao noacutedulo reduzir a taxa de
crescimento bacteriano e a populaccedilatildeo total de Rhizobium e Bradyrhizobium (Keyser amp
Munns 1979)
A fixaccedilatildeo bioloacutegica do nitrogecircnio dar-se-aacute mediante a presenccedila de noacutedulos nas
raiacutezes induzidos pela infecccedilatildeo das raiacutezes pelas bacteacuterias (Uribe 1994) O
desenvolvimento dos noacutedulos seratildeo iniciados pela troca de sinais quiacutemicos moleculares
entre a planta e o simbionte (Singleton et al 1992 Hungria et al 2000)
Os noacutedulos e a planta hospedeira satildeo perfeitamente interligados por meio de
vasos xilemaacuteticos e floemaacuteticos e portanto totalmente integrados em termos hormonais
e nutricionais O processo de fixaccedilatildeo do nitrogecircnio tambeacutem requer um suprimento
contiacutenuo de carboidratos que fornecem tanto a energia para a reduccedilatildeo do nitrogecircnio
quantos os esqueletos de carbono necessaacuterios agrave assimilaccedilatildeo da amocircnia produzida
Durante os processos de infecccedilatildeo e desenvolvimento dos noacutedulos energia eacute
necessaacuteria agraves divisotildees celulares e eacute obtida da oxidaccedilatildeo dos carboidratos produzidos
na parte aeacuterea da planta hospedeira (Neves 1992 Silveira et al 2001 Moreira amp
Siqueira 2006)
Devido agrave existecircncia de uma grande diversidade de espeacutecies nativas de bacteacuterias
fixadoras de nitrogecircnio eacute necessaacuteria a obtenccedilatildeo de estirpes de Rhizobium de alta
qualidade capazes de sobreviver e competir pela fixaccedilatildeo eficiente do nitrogecircnio
atmosfeacuterico na leguminosa alvo (Moawad et al 1998 Silveira et al 2001 Figueiredo et
al 2001 2002)
A nodulaccedilatildeo eacute um processo de multi-passos que envolvem plantas especiacuteficas e
expressatildeo geneacutetica bacteriana compatiacutevel Os resultados de vaacuterias trabalhos tecircm
indicado a participaccedilatildeo de mediadores quiacutemicos no periacuteodo inicial do processo de
infecccedilatildeo das raiacutezes das leguminosas Flavonoides especiacuteficos satildeo reconhecidos pelo
rizoacutebio e em alguns casos este eacute um importante aspecto de reconhecimento do
hospedeiro Se o flavonoide for reconhecido ocorreraacute a siacutentese de sacariacutedeos nas
ceacutelulas bacterianas atraveacutes da accedilatildeo de vaacuterios produtos de genes e resultando a
produccedilatildeo de uma pequena famiacutelia de lipo-oligossacariacutedeos A estrutura dos tipos de
lipo-oligossacariacutedeos eacute o maior determinante da especificidade do hospedeiro
(Laeremans amp Vanderleyden 1998 Diouf et al 2000 Dakora 2003)
14 Polissacariacutedeos de Rizoacutebio
Biopoliacutemeros satildeo polissacariacutedeos microbianos tambeacutem conhecidos como gomas ou
exopolissacariacutedeos (EPS) que tem a capacidade de fornar geacuteis e soluccedilotildees viscosas em
meio aquoso (Moreira et al 2003) Tendo sido observados nas uacuteltimas deacutecadas
progressos significativos em relaccedilatildeo agrave identificaccedilatildeo caracterizaccedilatildeo e utilizaccedilatildeo de
polissacariacutedeos sintetizados por microrganismos (Padilha 1997)
Kay et al (1993) enfatizam que os biopoliacutemeros satildeo na sua maioria compostos
atoacutexicos biodegradaacuteveis produzidos extracelularmente por microrganismos natildeo
patogecircnicos a partir de fermentaccedilotildees em batelada com eficiecircncia proacutexima a 50 na
conversatildeo do substrato
O termo goma tal como usado tecnicamente pelas induacutestrias refere-se aos
polissacariacutedeos de origem vegetal ou microbiana e seus derivados de alto peso
molecular que quando solubilizados em aacutegua fria ou quente produzem suspensotildees ou
soluccedilotildees viscosas podendo formar geacuteis a baixas concentraccedilotildees (Lopes 1989 Whistler
amp BeMiller 1993)
As bacteacuterias Gram-negativas apresentam a parede celular mais fina consequumlecircncia
da menor quantidade de peptidoglicano em comparaccedilatildeo agraves Gram-positivas e tem
como maior componente um macropoliacutemero denominado lipopolissacariacutedeo A
presenccedila do lipopolissacariacutedeo fornece uma barreira hidrofiacutelica agrave superfiacutecie celular Em
muitas bacteacuterias a hidrofilicidade da superfiacutecie celular eacute aumentada pela presenccedila de
uma camada de EPS O EPS pode estar organizado de modo a formar uma camada
coesiva e aderente denominada ldquocaacutepsulardquo ou consistir em um polissacariacutedeo livre e
ldquomucilaginosordquo (slime) com pouca ou nenhuma aderecircncia celular O termo EPS ou
exopolissacariacutedeo pode ser usado tanto para descrever o polissacariacutedeo mucilaginoso
como o capsular (Portilho 2002)
Vaacuterias bacteacuterias pertencentes agrave famiacutelia Rhizobiaceae satildeo produtoras de EPS na
cultura esses EPS rizobianos satildeo heteropolissacariacutedeos de espeacutecie ou estirpe-
especiacuteficos compostos de diferentes tipos de monossacariacutedeos (Becker amp Puumlhler
1998) Existem evidecircncias de que a composiccedilatildeo de EPS varia natildeo soacute entre os diversos
gecircneros mas tambeacutem com mudanccedilas no meio ambiente bacteriano (Karr et al 2000)
e alteraccedilotildees na constituiccedilatildeo das unidades repetitivas podem afetar a habilidade
simbioacutetica do bacterioacuteide (Wielbo et al 2004) Poreacutem os mecanismos de
desenvolvimento simbioacutetico e de infecccedilatildeo ainda natildeo estatildeo claros e por isso existe
contiacutenuo interesse em se elucidar a geneacutetica a biologia molecular e a bioquiacutemica de
EPS e de superfiacutecie de origem bacteriana
Os polissacariacutedeos sintetizados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium tais como
succinoglicanas e galactoglucanas (Zevenhuizen 1997) tecircm sido extensivamente
estudados na tentativa de melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose Muitos
trabalhos tecircm sido desenvolvidos com o objetivo de revelar a composiccedilatildeo quiacutemica a
biossiacutentese e informaccedilotildees geneacuteticas destas biomoleacuteculas e relacionar suas estruturas
quiacutemicas agraves propriedades de infestaccedilatildeo das bacteacuterias nas plantas hospedeiras (Canter
Cremers et al 1991) uma vez que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes da
especificidade simbioacutetica (Gil-Serrano et al 1992)
Os EPSs segundo Costerton (1987) possibilitam vida livre agrave bacteacuteria permitindo a
aderecircncia e colonizaccedilatildeo agrave superfiacutecies soacutelidas onde nutrientes se acumulam Eles
envolvem as membranas das ceacutelulas protegendo-as do dessecamento e outros
estresses ambientais aleacutem de poder ajudar na fixaccedilatildeo de minerais e nutrientes
proacuteximos agrave bacteacuteria (Sutherland 1988 Whitfield 1988)
Rhizobia de raacutepido crescimento sintetizam diferentes EPS EPS de alta massa
molecular o qual eacute excretado para o meio e resulta no aumento da viscosidade do
meio de cultivo CPS neutro e insoluacutevel depositado como uma massa volumosa ao
redor da ceacutelula e β-1 2-glucanas ciacuteclicas acumuladas no espaccedilo periplasmaacutetico e
excretadas para o meio (Zevenhuizen 1986) Os EPS despertam maior interesse
porque podem ser recolhidos diretamente do meio para o qual satildeo secretados Esses
microrganismos podem tambeacutem formar glucanas neutras unidas glicosidicamente por
ligaccedilotildees tipo β-14 presentes como microfibrilas celuloacutesicas de baixo massa molecular
(Zevenhuizen1986 Breedveld et al 1993) e algumas vezes no meio de cultura
podem ser encontrados compostos de baixa massa molecular semelhantes aos das
unidades monomeacutericas do EPS (Breedveld et al 1990)
A siacutentese de EPS aacutecido CPS neutro e poli-β-hidroxibutirato (PHB) por Rhizobium
eacute fortemente dependente das condiccedilotildees de cultivo das linhagens utilizadas assim
como da fase de crescimento levando a resultados que podem variar
consideravelmente (Zevenhuizen 1981 1986 Tombolini amp Nuti 1989) A produccedilatildeo de
EPS por Rhizobium leguminosarum R phaseoli e R trifolii segue associada ao
crescimento enquanto que R meliloti excreta principalmente polissacariacutedeos de baixa
massa molecular quando a proliferaccedilatildeo celular estaacute limitada pela falta de nitrogecircnio em
excesso de fonte de carbono ainda presente no meio
Zevenhuizen (1986) investigando a influecircncia das condiccedilotildees de cultivo nas
quantidades de EPS CPS e glucanas sintetizadas por Sinorhizobium meliloti TA-1
atraveacutes de cultivos em meio de sais contendo aacutecido glutacircmico (01 ) e manitol (1 )
em frascos de 100 mL agitados a 25 ordmC verificou que determinadas condiccedilotildees
direcionavam a siacutentese polissacariacutedica para um produto especiacutefico A produccedilatildeo de EPS
era favorecida em ar saturado com O2 a de CPS sob condiccedilotildees limitantes de nitrogecircnio
e moderado suprimento de O2 e a produccedilatildeo de β-12-glucanas em meio contendo uma
concentraccedilatildeo quatro vezes maior da fonte de nitrogecircnio produzindo uma alta
densidade celular e consequentemente uma limitaccedilatildeo severa de O2
Em todas as linhagens o acuacutemulo de glicogecircnio celular β-12-glucana e PHB
satildeo apenas iniciados sob condiccedilotildees limitantes do crescimento celular (Zevenhuizen amp
Ebbink1974) Quando haacute exaustatildeo da fonte de carbono externa glicogecircnio e PHB satildeo
metabolizados pelas ceacutelulas sustentando assim sua longevidade e atuando como
material de reserva (Zevenhuizen1981)
Ceacutelulas de R leguminosarum bv phaseoli e bv trifolii sintetizam EPS contendo
aacutecido urocircnico PHB eou glicogecircnio e ainda CPS natildeo metabolizaacutevel e pequenas
quantidades de β-12-glucana R melioti sintetiza EPS livre de aacutecido urocircnico PHB eou
glicogecircnio e elevadas concentraccedilotildees de β-12-glucana (Zevenhuizen 1981)
EPS aacutecidos elaborados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium apresentam exceto
por pequenas diferenccedilas uma viscosidade extraordinaacuteria na composiccedilatildeo e nas
propriedades estruturais entre linhagens de diferentes espeacutecies (Zevenhuizen
19711973 e Zevenhuizen amp Scholten-Koerselman1979) Os dois tipos mais comuns de
EPS de rizoacutebio (espeacutecies de raacutepido crescimento) obtidos apoacutes a precipitaccedilatildeo com 3
volumes de etanol satildeo EPS (da S meliloti) sem aacutecido urocircnico e que apresenta na
composiccedilatildeo molar D-glucose D-galactose aacutecido piruacutevico (711) denominado de
polissacariacutedeop Tipo I e EPS (da R leguminosarum bv phaseoli e bv trifolii) com
composiccedilatildeo molar D-glucoseD-galactoseaacutecido D-glucurocircnicoaacutecido piruacutevico (5122)
denominado de polissacariacutedeo Tipo II (Zevenhuizen1981)
As fraccedilotildees polimeacutericas precipitaacuteveis com trecircs volumes de etanol satildeo produtos de
elevada massa molecular com caraacuteter aacutecido os quais resultam em soluccedilotildees aquosas
altamente viscosas Polissacariacutedeos do Tipo I satildeo produtos comuns excretados de
linhagens de S meliloti e de Agrobacterium (Hisamatsu et al1982) sendo tambeacutem
sintetizados por bacteacuterias de origem totalmente diferente tal como Alcaligenes faecalis
(Harada amp Amemura 1981) S melioti sintetiza geralmente um EPS de elevada massa
molecular do tipo succinoglicana com a composiccedilatildeo glucose galactose piruvato
succinato acetato (71111) (Cinquini Dantas 1992 Matulovaacute et al 1994 Ridoult et
al1997)
Algumas linhagens de Rhizobium apresentam composiccedilotildees de EPS desviadas
dos tipos mais comuns mencionados acima tais como R leguminosarum bv phaseoli
linhagem K-82 com EPS de composiccedilatildeo molar D-glucoseD-galactose aacutecido urocircnico
aacutecido piruacutevico (1111) e S meliloti SU-234 que produz EPS correspondente ao
polissacariacutedeo Tipo II (Zevenhuizen 1981)
Um consideraacutevel nuacutemero de polissacariacutedeos produzidos por muitas linhagens de
rizoacutebio natildeo estaacute disperso livremente no meio mas sim presente como um material
viscoso amorfo ao redor da ceacutelula Tais polissacariacutedeos como a curdlana podem ser
extraiacutedos com a simples adiccedilatildeo de NaOH 05 M seguida de precipitaccedilatildeo pela
neutralizaccedilatildeo com HCl Curdlana uma β-13-glucana linear gelificante pode ser
produzida por Agrobacterium e por algumas linhagens de Rhizobium (Harada amp
Amemura 1981 Zevenhuizen 1986) assim como pela bacteacuteria Alcaligenes faecalis
bv myxogenes (Harada et al 1966 Phillips et al1983 Lawford amp Rousseau1989) O
derivado sulfatado deste homopoliacutemero apresenta atividades anticoagulantes e
antitromboacuteticas aleacutem de exibir efeito inibitoacuterio agrave infecccedilatildeo in vitro do viacuterus HIV-1
(Jagodzinsski et al 1994) Aleacutem dos polissacariacutedeos neutro e aacutecido de elevada massa
molecular as espeacutecies de Rhizobium assim como bacteacuterias do gecircnero Agrobacterium
excretam carboidratos de baixa massa molecular os quais tem sido caracterizados
como β-12-glucanas (York et al 1980) Estas glucanas se acumulam
preferencialmente no espaccedilo periplaacutesmico da ceacutelula (Abe et al 1982) mas satildeo
tambeacutem excretadas para o meio juntamente com EPS aacutecidos Aparentemente estes
carboidratos natildeo apresentam uma funccedilatildeo especiacutefica uma vez que experimentos
realizados natildeo sugerem a sua utilizaccedilatildeo como fonte de carbono ou de energia pelas
ceacutelulas apoacutes a exaustatildeo da fonte de carbono exoacutegena Entretanto acredita-se que β-
12-glucanas sejam importantes durante processo de infestaccedilatildeo de raiacutezes de plantas
Ceacutelulas mutantes de S meliloti natildeo sintetizadoras de β-12-glucanas induziram somente
a formaccedilatildeo de pseudonoacutedulos em alfafa (Breedveld et al1990)
As β-12-glucanas ciacuteclicas satildeo moleacuteculas com grande potencial de utilizaccedilatildeo
dado o espaccedilo interno relativamente hidrofoacutebico podendo ser apropriadas como
agentes de inclusatildeo comparaacuteveis agraves ciclodextrinas constituiacutedas de 6 a 8 resiacuteduos de
glucose unidos por ligaccedilotildees α-14 Os espaccedilos internos de ambas as moleacuteculas satildeo
praticamente semelhantes Contudo a solubilidade da β-12-glucana ciacuteclica eacute maior em
relaccedilatildeo agrave ciclodextrinas (Breedveld et al 1990)
Glicogecircnio e PHB estatildeo presentes nas ceacutelulas de Rhizobium sendo que
algumas vezes ocorre separadamente em diferentes linhagens mas na sua maioria
ambos os compostos aparecem juntos em ceacutelulas de uma mesma linhagem
Vaacuterios biopoliacutemeros tem sido produzidos e utilizados comercialmente entre eles
Dextrana (produzida por bacteacuterias dos gecircneros Leuconostoc e Streptococcus) Xantana
(produzida por bacteacuterias do gecircnero Xanthomonas) Curdulana (produzida pelas
bacteacuterias Alcaligenes faecalis bv mixogenes e Agrobacterium radiobacter) Alginato
bacteriano (produzido por bacteacuterias dos gecircneros Azotobacter principalmente
Azotobacter vinelandii e Pseudomonas) Zanflo (produzido pela bacteacuteria Erwinia
tahitica) Gelana (produzida pela bacteacuteria Sphingomonas paucimobilis anteriormente
classificada como Pseudomonas elodea) Welana (produzida por espeacutecies de
Alcaligenes) Escleroglucana (produzida por diferentes espeacutecies de Sclerotium)
Pululana (produzida pelo fungo Aureobasidium pullulans) Celulose bacteriana
(produzida pela bacteacuteria Acetobacter xilinum) (Sutherland 1992 Martins amp Saacute-Correia
1993 Giavasis el al 2000 Maugeri 2001 Giavasis et al 2003 Kalogiannis et al
2003 Campbell et al 2003)
Outros biopoliacutemeros que estatildeo em estudo natildeo sendo produzidos em escala
industrial podem ser citados tais como indicana (produzida por Beijerinckia indica)
emulsana (produzida por Acinetobacter calcoaceticus) pululana (produzida pela
levedura Rhodotorula bacarum) ciclossoforanas (produzidas por Rhizobium
Agrobacterium e algumas espeacutecies de Xanthomonas) clairana (produzida por
Beijerinckia sp) diutana (produzida pelo gecircnero Sphingomonas) (Maugeri 2001
Navarrete amp Shah 2001 Chi amp Zhao 2003 Moreira et al 2003) Ateacute o momento
dextrana e xantana satildeo praticamente os uacutenicos polissacariacutedeos microbianos
comercializados em larga escala A goma gelana eacute o terceiro polissacariacutedeo produzido
comercialmente por biossiacutentese microbiano utilizado na induacutestria de alimentos
(Maugeri 2001)
15 Reologia
A etmologia da palavra rheologia tem raiz e busca significado nos vocaacutebulos
gregos rheo = deformaccedilatildeo e logia = ciecircncia ou estudo Portanto reologia eacute a ciecircncia
que estuda como a mateacuteria se deforma ou escoa quando submetida a esforccedilos
originados por forccedilas externas Schlumberger (1982) Estuda o comportamento
deformacional e do fluxo de mateacuteria submetido a tensotildees sob determinadas condiccedilotildees
termodinacircmicas ao longo de um intervalo de tempo Inclui propriedades como
elasticidade viscosidade e plasticidade No caso mais simples a propriedade reoloacutegica
de interesse no caso de soacutelidos eacute a sua elasticidade e nos fluidos eacute a viscosidade que
pode ser interpretada como a resistecircncia interna ou fricccedilatildeo interna do fluido oferece
para escoar ou tambeacutem como a medida da fricccedilatildeo interna de um fluiacutedo Quanto mais
viscosa o fluido mais difiacutecil de escoar e maior o seu coeficiente de viscosidade
(Pasquel1999)
As propriedades reoloacutegicas das soluccedilotildees de poliacutemeros mudam com a natureza
do soluto dependem da massa molecular meacutedia da estrutura molecular dos grupos
acetil ou piruvato (Casas et al 2000 Moradi-Araghi 2000 Diltz amp Zeller 2001
Navarrete et al 2001)
Viscoelasticidade eacute uma das propriedades reoloacutegicas mais simples de
substacircncias de comportamento reoloacutegico complexo como satildeo os biopoliacutemeros uma
vez que soluccedilotildees de biopoliacutemeros com interesse de aplicaccedilatildeo comercial exibem
propriedades viscoelaacutesticas isto eacute a capacidade de formar geacuteis verdadeiros em baixas
concentraccedilotildees e portanto com caracteriacutesticas intermediaacuterias entre soacutelidos e fluiacutedos
(Szczesniak 1993)
Entretanto uma das importantes indicaccedilotildees de que um biopoliacutemero tem
propriedades funcionais com viabilidade de aplicaccedilatildeo comercial como agente
espessante estruturante ou gelificante eacute o resultado da medida da viscosidade
aparente de suas soluccedilotildees aquosas (Szczesniak 1993)
A viscosidade de uma soluccedilatildeo polimeacuterica eacute uma funccedilatildeo do tamanho e da forma e
conformaccedilatildeo que adotam suas moleacuteculas no solvente sendo que no caso de alimentos
e bebidas o solvente eacute uma soluccedilatildeo de outros solutos Assim sendo as soluccedilotildees das
gomas satildeo dispersotildees de moleacuteculas hidratadas eou agregados de moleacuteculas
hidratadas e seu comportamento reoloacutegico eacute determinado pelo tamanho forma
facilidade de deformaccedilatildeo ou flexibilidade e presenccedila e magnitude da carga eleacutetrica
nessas moleacuteculas hidratadas eou agregados As soluccedilotildees de polissacariacutedeos exibem
dois tipos gerais de comportamento reoloacutegico pseudoplaacutestico e tixotropia As soluccedilotildees
da maioria das gomas experimentam uma diminuiccedilatildeo da viscosidade com o aumento da
temperatura sendo que a goma xantana eacute uma exceccedilatildeo entre 0 e 100 ordm C (Pasquel
1999)
Na Viscoelasticidade os liacutequidos viscosos natildeo possuem forma geomeacutetrica
definida e escoam irreversivelmente quando submetidos a forccedilas externas Por outro
lado os soacutelidos elaacutesticos apresentam forma geomeacutetrica bem definida e se deformados
pela accedilatildeo de forccedilas externas assumem outra forma geomeacutetrica de equiliacutebrio Muitos
materiais apresentam um comportamento mecacircnico intermediaacuterio entre estes dois
extremos evidenciando tanto caracteriacutesticas viscosas como elaacutesticas e por este
motivo satildeo conhecidos como viscoelaacutesticos
Quanto agrave deformaccedilatildeo os fluidos podem ser classificados em
Reversiacuteveis ou elaacutesticos satildeo sistemas que natildeo escoam sua deformaccedilatildeo eacute
reversiacutevel e o sistema obedece agrave Lei de Hooke
Irreversiacuteveis ou viscosos satildeo sistemas que escoam sua deformaccedilatildeo eacute
irreversiacutevel e o sistema obedece agrave Lei de Newton de viscosidade constante
Tambeacutem podem ser classificados quanto agrave relaccedilatildeo entre a taxa de deformaccedilatildeo e a
tensatildeo de cisalhamento
Fluidos Newtonianos sua viscosidade eacute constante seguem a Lei de
Newton Esta classe abrange todos os gases e liacutequidos natildeo polimeacutericos e
homogecircneos A relaccedilatildeo entre a taxa de deformaccedilatildeo e a tensatildeo de cisalhamento
eacute linear e o coeficiente angular da reta eacute a viscosidade (Severs 1962)
Ex aacutegua leite soluccedilotildees de sacarose oacuteleos vegetais
Fluidos Natildeo Newtonianos a relaccedilatildeo entre a taxa de deformaccedilatildeo e a tensatildeo de
cisalhamento natildeo eacute constante A relaccedilatildeo eacute natildeo linear e o coeficiente angular
(viscosidade) varia com a taxa de deformaccedilatildeo (Severs 1962)
Aleacutem disso os fluidos natildeo newtonianos ainda podem ser classificados em
viscoelaacutesticos dependentes e independentes do tempo (Figura 1)
A Figura 2 mostra o comportamento reoloacutegicos do fluido newtoniano e dos fluidos
natildeo newtonianos independentes do tempo
O comportamento reoloacutegico dos fluidos pode ser caracterizado atraveacutes da
relaccedilatildeo entre a tensatildeo de cisalhamento (forccedilaaacuterea cisalhada) e a taxa de deformaccedilatildeo
Normalmente os poliacutemeros em soluccedilatildeo diluiacuteda demonstram um comportamento de
liacutequido newtoniano Em soluccedilatildeo concentrada ou no estado fundido os poliacutemeros
apresentam um comportamento reoloacutegico distinto que lhes confere a denominaccedilatildeo de
fluidos natildeo-newtonianos (Tager 1978)
Dependentes do tempo
Independentes do tempo
Tixotroacutepicos
Sem tensatildeo de cisalhamento
inicial
Natildeo Newtoniano
Com tensatildeo de cisalhamento
inicial
Dilatantes
Herschel-Bulkley
Fluidos
Newtoniano
Viscoelaacutesticos
Reopeacuteticosticos
Pseudoplaacutesticos
Plaacutesticos de Bingham
Figura 1 Classificaccedilatildeo dos Fluidos segundo seu comportamento reoloacutegico
Figura 2 Curvas de escoamento de fluidos newtoniano e natildeo newtonianos de propriedades independentes do tempo de cisalhamento
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Os fluidos natildeo-newtonianos cujas propriedades reoloacutegicas satildeo independentes do
tempo temos diversos tipos de comportamento de materiais que satildeo denominados
viscoplaacutesticos ou de Bingham dilatante e pseudoplaacutesticos
Os materiais viscoplaacutesticos ou de Bingham necessitam de uma tensatildeo inicial
para comeccedilarem a deformaccedilatildeo cisalhamento mantendo entatildeo a relaccedilatildeo entre tensatildeo
e taxa de deformaccedilatildeo que pode ser constante ou natildeo Em soluccedilotildees de poliacutemeros de
alto peso molecular muitas vezes uma tensatildeo de cisalhamento miacutenima se faz
necessaacuteria a fim de vencer as interaccedilotildees intermoleculares existentes Soacute apoacutes o
colapso destas ligaccedilotildees ocorre o escoamento do fluido Como exemplos destes fluidos
podem ser citados a margarina polpa de papel e a maioria das tintas (Bretas 1987)
Os materiais com comportamento dilatante ou pseudoplaacutestico natildeo necessitam de
uma tensatildeo miacutenima para escoarem mas a viscosidade destes fluidos varia de forma
natildeo linear com a taxa de deformaccedilatildeo (Cheremisinoff 1993)
Os materiais pseudoplaacutesticos incluem a maioria dos fluidos natildeo-newtonianos
como por exemplo soluccedilotildees polimeacutericas acetato de celulose maionese suspensotildees
de polpa de papel e pigmentos (Cheremisinoff 1993) A maioria dos poliacutemeros
sinteacuteticos no seu estado fundido e das soluccedilotildees aquosas de polissacariacutedeos satildeo
exemplos de materiais pseudoplaacutesticos (Lopes 1989)
O termo dilatacircncia eacute empregado normalmente para descrever tanto uma
expansatildeo de volume sob cisalhamento como para caracterizar o aumento de
viscosidade de certos fluidos com o aumento da velocidade de cisalhamento Neste
uacuteltimo aspecto a dilatacircncia eacute observada como fenocircmeno inverso agrave pseudoplasticidade
(Bauer amp Collins 1967) O comportamento dilatante pode ser observado em
suspensotildees muito concentradas em que as partiacuteculas constituintes satildeo irregulares e
natildeo se orientam facilmente ou em poliacutemeros fundidos onde haacute formaccedilatildeo de cristais
durante o processo de escoamento (Lopes e Andrade 1991) Como exemplos de
dilatantes podemos citar as suspensotildees aquosas de dioacutexido de titacircnio suspensotildees de
amido de milho em etilenoglicolaacutegua goma araacutebica areia de praia molhada entre
outros (Lopes e Andrade 1991 Cheremisinoff 1993)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Os fluidos natildeo-newtonianos cujas propriedades reoloacutegicas satildeo dependentes do
tempo temos diversos tipos de comportamento de materiais que satildeo denominados de
reopeacuteticos e tixotroacutepicos Materiais que se tornam mais viscosos durante a
transformaccedilatildeo em cisalhamento suave satildeo chamados reopeacuteticos exibem um aumento
da viscosidade com o aumento da velocidade de cisalhamento a uma velocidade de
cisalhamento constante (suspensatildeo de gesso solos) e os que se tornam menos
viscosos satildeo chamados tixotroacutepicos (tinturas vaacuterios lubrificntes) (Cheremisinoff 1993)
Os materiais tixotroacutepicos satildeo inevitavelmente pseudoplaacutesticos mas nem todo
pseudoplaacutestico eacute tixotroacutepico (Lenk 1978)
Uma outra categoria de fluidos natildeo-newtoniano eacute representada pelos fluidos
viscoeslaacutesticos Um material eacute descrito como viscoelaacutestico quando em suas
propriedades mecacircnicas parte da energia eacute armazenada e outra parte eacute dissipada
como calor Na verdade todos os corpos reais satildeo viscoelaacutesticos (Graessley 1984)
Um fluido viscoelaacutestico em equiliacutebrio quando submetido agrave uma tensatildeo cisalhante
responde de dois modos sobrepostos Primeiro o material exibe uma resposta elaacutestica
que corresponde ao deslocamento das moleacuteculas de sua posiccedilatildeo inicial para uma nova
posiccedilatildeo de equiliacutebrio Isto ocorre logo apoacutes a aplicaccedilatildeo da tensatildeo e eacute chamado de
tempo de relaxamento O segundo modo de resposta agrave tensatildeo eacute o escoamento viscoso
iniciando-se tambeacutem logo que esta eacute aplicada O escoamento viscoso eacute por
conseguinte irreversiacutevel espontaneamente podendo continuar mesmo apoacutes o aliacutevio da
tensatildeo (Tager 1978) Como exemplos desta classe de fluiacutedos poliacutemeros como o
naacuteilon vaacuterias soluccedilotildees polimeacutericas e geleacuteias (Cheremisinoff 1993)
O estudo reoloacutegico de sistemas polimeacutericos tem auxiliado tanto na compreensatildeo
da estrutura molecular de muitos tipos de poliacutemeros quanto na forma como esta
conformaccedilatildeo estrutural afeta o comportamento reoloacutegico quer em condiccedilotildees
permanentes quer em deformaccedilatildeo intermitente A viscosidade e a elasticidade satildeo as
duas faces que tendem a caracterizar a maneira como um material reage a uma tensatildeo
imposta (Machado 2002)
A estrutura quiacutemica de cada biopoliacutemero bem como os grupos substituintes que
ele possui determinam suas caracteriacutesticas reoloacutegicas e portanto suas potenciais
aplicaccedilotildees (Pace 1991)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Os polissacariacutedeos microbianos variam consideravelmente em suas
propriedades fiacutesicas incluindo as caracteriacutesticas reoloacutegicas influenciando
marcadamente o processo fermentativo (Sutherland 1990)
2 JUSTIFICATIVA
A relevacircncia deste trabalho consiste na necessidade do desenvolvimento de
tecnologias de baixo custo capazes de melhorar os niacuteveis de produtividade do feijoeiro
podendo ser favorecido pelo estudo do comportamento da produccedilatildeo de polissacariacutedeos
por Rhizobium sp onde os resultados permitiratildeo avaliar a produccedilatildeo do biopoliacutemero
sintetizado como uma alternativa viaacutevel e promissora principalmente pelo uso de
bioproduto para formulaccedilatildeo de inoculante visando incrementar a contribuiccedilatildeo no
processo da Fixaccedilatildeo Bioloacutegica de Nitrogecircnio podendo gerar no futuro insumos
bioloacutegicos capazes de promover saltos qualitativos para a agricultura
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
3 OBJETIVOS 31 Geral Obter isolados de rizoacutebios para maior eficiecircncia no desenvolvimento da planta visando
selecionar microrganismos para produccedilatildeo de polissacariacutedeos extracelulares e que
possuam capacidade para produzir biopoliacutemero
32 Especiacuteficos
Estudo cineacutetico do cultivo de rizoacutebios para determinar as condiccedilotildees culturais que
assegurem uma produccedilatildeo eficiente de polissacariacutedeos
Determinar quais os melhores isolados produtores de polissacariacutedeo em meio
liacutequido (gL-1)
Estudar paracircmetros na produccedilatildeo de exopolissacariacutedeo formado pelas estirpes de
rizoacutebio tais como volume de inoacuteculo e o comportamento viscosimeacutetrico da
dispersatildeo do polissacariacutedeo
Avaliar a influecircncia do tempo na produccedilatildeo do polissacariacutedeo pelo
acompanhamento de consumo de substrato e de formaccedilatildeo do produto
Determinar a composiccedilatildeo quimica e a dosagem de sacarose das melhores
estirpes produtoras de polissacariacutedeo
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
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Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
5 CAPIacuteTULO 1
BIOPOLIacuteMEROS SINTETIZADOS POR Rhizobium sp PRODUCcedilAtildeO E COMPORTAMENTO REOLOacuteGICO
Barreto M C S 12 Figueiredo M V B 2 Burity H A2 Lima-Filho J L 1
1Universidade Federal de Pernambuco Rua Nelson Chaves sn Cidade Universitaacuteria
Recife ndash PE Brasil
2Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria ndash IPA Laboratoacuterio Biologia do
Solo Av Gal San Martin 1371 Bongi Recife ndash PE Brasil
Autor de correspondecircncia Maria do Carmo Silva Barreto Empresa Pernambucana de Pesquisa
Agropecuaacuteria ndash IPA Laboratoacuterio Biologia do Solo Av Gal San Martin 1371 Bongi Recife ndash PE
Brasil E-mail mcsbarretogmailcom
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
RESUMO Os biopoliacutemeros polissacariacutedicos de origem microbiana sintetizados por bacteacuterias
fungos e leveduras satildeo tambeacutem conhecidos como goma devido a sua capacidade de
formar soluccedilotildees viscosas e geacuteis em meio aquoso A produccedilatildeo de exopolissacariacutedeos
(EPS) microbianos tem sido objeto de intensa pesquisa tendo em vista seu elevado
potencial de aplicaccedilatildeo em diferentes setores No entanto os polissacariacutedeos
sintetizados por bacteacuterias do grupo Rhizobium tem sido estudados na tentativa de
melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose leguminosa X Rhizobium uma vez
que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes da especificidade simbioacutetica
entretanto a precisa funccedilatildeo destas moleacuteculas ainda estaacute sendo investigada No
processo de produccedilatildeo e viscosidade de polissacariacutedeo a ser obtido deve-se considerar
desde o microrganismo em estudo ateacute a determinaccedilatildeo dos paracircmetros de agitaccedilatildeo
tempo de incubaccedilatildeo excesso ou ausecircncia de carboidratos e volume de inoculo onde
se destaca o meio de produccedilatildeo e sua influecircncia na siacutentese no rendimento e na
composiccedilatildeo dos EPS O objetivo deste trabalho foi avaliar a produccedilatildeo e viscosidade de
biopoliacutemeros obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp comparados com a estirpe padratildeo
Rhizobium tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo O biopoliacutemero foi obtido
atraveacutes de agitaccedilatildeo em incubador agitador As condiccedilotildees foram 28 degC 200 rpm por 96
e 168 horas em meio YM modificado Foram avaliados a produccedilatildeo pela massa seca
da soluccedilatildeo aquosa dos biopoliacutemeros a 25 (vv) atraveacutes da teacutecnica da massa seca e
apoacutes a secagem do produto foi realizada em dissecador agrave temperatura de 30 degC ateacute
massa constante Para medidas de viscosidade as amostras foram determinadas em
viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT Spindle 1) a 20 degC a diferentes taxas
de cisalhamento Os resultados mostraram que os isolados no tempo de fermentaccedilatildeo
de 168 horas apresentou maior produccedilatildeo de EPS Com o aumento do tempo tambeacutem
houve um aumento da viscosidade para todos os isolados
Palavras Chave Exopolissacariacutedeos (EPS) reologia rizoacutebio
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ABSTRACT
The biopolymers are polysaccharide from microbial origin synthesized by bacteria fungi
and yeast They are also known as gums due to their capacity to produce viscous
solutions and gel in an acquoso medium The production of microbial Exopolysaccharide
(EPS) has been an object of intensive research due to its high application and potential
in different fields However the polysaccharide synthesized by bacteria from
Rhizobium have been studied to help understand their participation in the leguminous
symbiosis X Rhizobium since these biopolymers seem to determine the symbiotic
specificity however the precise function of those molecules are still to be seen to
During the process of production and viscosity of polysaccharide it should be
considered from the microorganism being studied to the determination of rotatory
parameters time of incubation excess or lack of carbohydrates and inocule volume in
which the production medium and its influence on the synthesis is highlighted in the
yield and composition of exopolysaccharides The aim of this research is to evaluate the
production and viscosity of biopolymers obtained form 8 isolated Rhizobium sp
compared to standard strain Rhizobium tropici (CIAT 899) in different culture timing The
biopolymer was obtained through rotation in shakers The conditions were 28degC
200rpm per 96 and 168 hours in modified YM medium The following items were
evaluated the production via dry weight of acquoso solution of biopolymers at 25
(vv) through the technique of dry weight and after drying the product which was done in
a dessicator at 30degC with constant weight For measuring viscosity the samples were
identified by using a rotational Brookfield (model RVT Spindle 1) viscometer at 20degC
and shear rate The results showed that the isolated ones had a bigger production within
168 hours of fermentation time Besides by increasing the time there was also an
increase of viscosity for all the isolated ones
Keywords Exopolysaccharide(EPS) rheology rhizobia
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
51 Introduccedilatildeo
Os biopoliacutemeros polissacariacutedicos de origem microbiana sintetizados por bacteacuterias
fungos e leveduras satildeo tambeacutem conhecidos como goma devido a sua capacidade de
formar soluccedilotildees viscosas e geacuteis em meio aquoso Esses polissacariacutedeos de cadeia
complexa tambeacutem satildeo conhecidos como gomas devido a sua capacidade de formar
soluccedilotildees viscosas e geacuteis em meio aquoso
Um grande nuacutemero de bacteacuterias conhecidas produz quantidades abundantes de
exopolissacariacutedeos (EPS) particularmente as patogecircnicas de plantas como as
Xanthomonas Erwinia e as bacteacuterias fixadoras de nitrogecircnio Rhizobium Beijerinkia e
Azotobacter (Vermani et al 1995) Destas os exopolissacariacutedeos de Xanthomonas
campestris (xantana) Sphingomonas paucimobilis e Pseudomonas elodea (gelana)
Acetobacter xylinum (celulose) e Rhizobium sp (succinoglucana) estatildeo sendo
comercializados (Sutherland 2001)
Os polissacariacutedeos extracelulares sintetizados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium
tecircm sido estudados na tentativa de melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose
leguminosa x Rhizobium uma vez que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes
da especificidade simbioacutetica entretanto a precisa funccedilatildeo destas moleacuteculas ainda estaacute
sendo investigada
Segundo Costerton (1987) os EPS possibilitam vida livre agrave bacteacuteria permitindo a
aderecircncia e colonizaccedilatildeo agrave superfiacutecies soacutelidas onde os nutrientes se acumulam Eles
envolvem as membranas das ceacutelulas protegendo-as do dessecamento e outros
estresses ambientais aleacutem de poder ajudar na fixaccedilatildeo de minerais e nutrientes proacuteximo
a bacteacuteria (Sutherland 1988 Whitfield 1988) Ainda segundo Costerton (1987) os
EPS podem ser homopoliacutemeros ou heteropoliacutemeros e possuem uma variedade de
substituintes natildeo carboidratados Entre os homopoliacutemeros encontrados em bacteacuterias
que interagem com plantas as mais comuns satildeo as glucanas periplasmaacuteticas β (1-2)
que estatildeo presentes em Rhizobiaceae (Otoboni 2001)
Os polissacariacutedeos bacterianos hidrossoluacuteveis vecircm sendo utilizados pelas induacutestrias
como emulsificantes estabilizantes espessantes agentes de suspensatildeo e dependendo
de sua natureza quiacutemica as gomas microbianas podem tambeacutem ser empregadas como
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
promotoras de gelificaccedilatildeo No entanto os polissacariacutedeos sintetizados por bacteacuterias do
gecircnero Rhizobium tais como succinoglicanas e galactoglucanas (Zevenhuizen 1997
Younes et al 2000) tecircm sido estudados na tentativa de melhor compreender sua
participaccedilatildeo na simbiose
A produccedilatildeo de EPS microbianos tem sido objeto de intensa pesquisa tendo em
vista seu elevado potencial de aplicaccedilatildeo em diferentes setores pois natildeo se encontra
exposta agraves alteraccedilotildees climaacuteticas ou agrave problemas nas colheitas que prejudicam a oferta
e alteram o custo de produccedilatildeo das gomas tradicionais No processo de produccedilatildeo de
polissacariacutedeos deve-se considerar desde o microrganismo em estudo ateacute a
determinaccedilatildeo dos paracircmetros de agitaccedilatildeo tempo de incubaccedilatildeo excesso ou ausecircncia
de carboidratos e volume de inoacuteculo onde se destaca o meio de produccedilatildeo e sua
influecircncia na siacutentese no rendimento e na composiccedilatildeo dos EPS (Faria 2002)
Na literatura estatildeo descritos vaacuterios meios de produccedilatildeo entretanto a composiccedilatildeo
qualitativa eacute a mesma e cada suplemento apresenta uma determinada funccedilatildeo na
produccedilatildeo de polissacariacutedeo Basicamente os meios para produccedilatildeo de polissacariacutedeos
apresentam uma fonte de foacutesforo e potaacutessio (fosfato de potaacutessio) e nitrogecircnio (sulfato
de amocircnio) em concentraccedilotildees adequadas para o crescimento do microrganismo uma
fonte de carbono (glicose sacarose manose frutose e outras) como reserva energeacutetica
e ainda oligoelementos como Na1+ K1+ Ca2+ Mg2+ Fe2+ e outros os quais tecircm um
papel importante como cofatores enzimaacuteticos nas vias de produccedilatildeo do polissacariacutedeo
(Martins et al 1990 Wong 1993 Madi et al 1997)
Soluccedilotildees de biopoliacutemeros bacterianos com propriedades reoloacutegicas interessantes
do ponto de vista industrial geralmente exibem propriedades pseudoplaacutesticas
viscoelaacutesticas e tensatildeo residual elevada (Sutherland 2001) poreacutem a viscosidade
aparente do caldo de fermentaccedilatildeo era o paracircmetro utilizado para avaliar a qualidade do
biopoliacutemero (Scamparini 1991 Bueno amp Garcia-Cruz 2000) Dos paracircmetros que
interferem na viscosidade dos poliacutemeros pode-se citar o tipo de estrutura molecular e
concentraccedilatildeo de poliacutemero A viscosidade da soluccedilatildeo aquosa de um polissacariacutedeo estaacute
diretamente relacionada com a rigidez de sua moleacutecula que por sua vez depende da
sua estrutura principalmente da estrutura primaacuteria e secundaacuteria a qual estaacute
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
diretamente relacionada agrave bacteacuteria utilizada e agraves condiccedilotildees operacionais do processo
de produccedilatildeo (Bradshaw et al 1983)
A seleccedilatildeo de microrganismos que produzam polissacariacutedeos com propriedades
funcionais economicamente interessantes bem como os estudos para otimizar o
rendimento e a produtividade dos processos fermentativos na obtenccedilatildeo destes eacute um
desafio constante (Boza 2002) A seleccedilatildeo da linhagem deveria ser o primeiro passo
quando se tenta um processo especiacutefico de produccedilatildeo
Dentro deste contexto este trabalho teve como objetivo geral avaliar a produccedilatildeo e
viscosidade de EPS obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp comparados com a estirpe
padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo
52 Material e Meacutetodos
Microrganismos
Foram utilizadas as bacteacuterias pertencentes ao gecircnero Rhizobium 8 isolados (nativos
da regiatildeo do sertatildeo de Pernambuco ndash Araripina) do banco de germoplasma da
Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria - IPA resistentes a alta
temperatura e formadoras de goma e uma estirpes padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899)
obtidas do Centro Nacional de Pesquisa em Agrobiologia - CNPAB EMBRAPA
As estirpes descritas na Tabela 1 foram mantidas em meio YMA (Vincent 1970 -
modificado) contendo (gL-1) sacarose (30 g) extrato de levedura (04 g) 1 mL de
K2HPO4 a 10 4 mL de KH2PO4 a 10 2 mL de MgSO47H2O a 10 1 mL de NaCl
a 10 5 mL de Azul de Bromotimol 025 em KOH a 02N ou 10 mL de Vermelho
Congo a 025
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Inoacuteculo
As estirpes descritas na Tabela 1 foram purificadas por repicagem em placas de
petri contendo o meio YMA (Vincent 1970 - modificado) utilizando o corante vermelho
do congo como indicador Apoacutes a purificaccedilatildeo as bacteacuterias foram repicadas em tubos
inclinados em meio de cultura sem o indicador vermelho de congo as quais foram
incubados a 28 degC por 48 horas em estufa e armazenadas a plusmn4 degC
A partir dessas culturas os experimentos foram conduzidos em duas etapas
Primeiro preparou-se um preacute-inoacuteculo partindo de uma alccedilada de cultura crescida sobre
meio YMA e incubada em estufa por 48 h a 28 plusmn 1 degC Transcorrido este periacuteodo
Isolados
Estirpe
Tamanho
das colocircnias
Tempo
Crescimento (dias)
pH
Transparecircncia
Hospedeiro
Origem
ISOL-1
gt 1 mm
2
Alcalino
Transluacutecido
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-2
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-3
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-4
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-6
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-11
gt 1 mm
2
Aacutecido
Transluacutecido
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-14
lt 1 mm
2
Levemente
Aacutecido
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-16
gt 1 mm
2
Levemente
Aacutecido
Opaco
Phaseolus vulgaris
CIAT 899
gt 1 mm
2
Aacutecido
Transluacutecido
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
Cali-CO
Tabela 1 Caracteriacutesticas morfofisioloacutegicas dos Isolados de rizoacutebios e da estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
preparou-se o inoacuteculo atraveacutes da transferecircncia asseacuteptica em Erlenmeyer de 250 mL
com 80 mL de meio de produccedilatildeo contendo 25 (vv) de uma cultura do preacute-inoacuteculo
crescida ateacute a fase logariacutetma e incubados em agitador rotatoacuterio a 200 rpm a 28 plusmn 1 degC
em triplicata
Produccedilatildeo e recuperaccedilatildeo de biopoliacutemero
A produccedilatildeo total dos biopoliacutemeros [g(Lh)-1] obtidos nos diferentes tempos de
cultivo foram avaliados pela massa do produto seco por volume de meio YM
modificado em Incubadora refrigerada com agitaccedilatildeo Modelo TE-421 TECNAL A
quantidade produzida de EPS durante a fermentaccedilatildeo foi determinada atraveacutes da
teacutecnica da massa seca Apoacutes centrifugaccedilatildeo aacutelcool etiacutelico PA foi adicionado ao mosto
fermentado ateacute atingir a concentraccedilatildeo de 80 na soluccedilatildeo hidroalcooacutelica formada
Apoacutes a total precipitaccedilatildeo do EPS presente no meio fermentado foi realizado a secagem
do produto em dissecador agrave temperatura 30 degC ateacute massa constante Todas as
determinaccedilotildees foram efetuadas em triplicata
Viscosidade
A caracterizccedilatildeo reoloacutegica do biopoliacutemero produzido foi determinada em um
viscosiacutemetro rotacional Brookfield modelo RVT com spindle 1 a 20 degC acoplados a
um banho-maria termostatizado modelo TE-184 TECNAL Foram determinadas as
viscosidades aparentes e a avaliaccedilatildeo do comportamento pseudoplaacutestico As equaccedilotildees
e procedimentos especiacuteficos aplicados para os caacutelculos das taxas de cisalhamento em
funccedilatildeo da rotaccedilatildeo aplicada no material foram obtidos atraveacutes dos meacutetodos verificados
por Mitschka (1982) citado por Morais (1999) para reocircmetros deste modelo (RV)
O modelo reoloacutegico adotado foi de Ostwald-de Waele (power-law)
n
kibull
= γτ )(
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Pelo meacutetodo utilizado a tensatildeo de cisalhamento eacute calculada pela multiplicaccedilatildeo da
leituras de torque pela constante tabelada kat (funccedilatildeo do rotor) e a taxa de cisalhamento
pela constante kγ (funccedilatildeo do rotor e iacutendice da potecircncia) (Morais 1999)
)()( iLKi at=τ
)()()( iWnKi γγ =
Os valores das constantes das constantes de Mitschka se encontram na tabela 2
seguinte
Tabela 2 Valores das constantes kat e kγ (Mitshka 1982)
Rotor 1 2 3 4 5 6 7
kat 0035 0119 0279 0539 105 235 84
n=01 1728 1431 1457 1492 1544 1366 1936
02 0967 0875 0882 0892 0907 0851 1007
03 0705 0656 0656 0658 0663 0629 0681
kγ 04 0576 0535 0530 0529 0528 0503 0515
05 0499 0458 0449 0445 0442 0421 0413
06 0449 0404 0392 0387 0382 0363 0346
07 0414 0365 0350 0343 0338 0320 0297
08 0387 0334 0317 0310 0304 0286 0261
09 0367 0310 0291 0283 0276 0260 0232
10 0351 0291 0270 0262 0254 0238 0209
Anaacutelise Estatiacutestica Para as anaacutelises individuais do experimento foi utilizado um delineamento
inteiramente casualizado com nove (n = 9) bacteacuterias e trecircs repeticcedilotildees (r =3) O modelo
matemaacutetico utilizado foi o aditivo linear
Yij = micro + bi + lij onde
Yij eacute a variaacutevel resposta (produccedilatildeo de biopoliacutemero) da i-eacutesima bacteacuteria na j-eacutesima
repeticcedilatildeo
micro eacute a meacutedia geral do experimento
bi eacute o efeito da i-eacutesima bacteacuteria
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
lij eacute o componente aleatoacuterio (erro experimental ou resiacuteduo) para a i-eacutesima bacteacuteria e j-
eacutesima repeticcedilatildeo Considerando eij independente e normalmente distribuiacutedo com meacutedia
zero e variacircncia σe2
O esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia utilizado para os experimentos de 96
e 168 horas pode ser visto na Tabela abaixo
Para a anaacutelise de Grupo de experimentos foi utilizado o modelo matemaacutetico Yijk = micro + bi + ti + (bt)ik + lijk onde
Yijk eacute a variaacutevel resposta (produccedilatildeo de biopoliacutemero) da i-eacutesima bacteacuteria no k-eacutesimo
tempo da j-eacutesima repeticcedilatildeo
micro eacute a meacutedia geral dos experimentos
bi eacute o efeito da i-eacutesima bacteacuteria
tk eacute o efeito do k-eacutesimo tempo
(bt)ik eacute o efeito da interaccedilatildeo hierarquica da i-eacutesima bacteacuteria com o k-eacutesimo tempo
lijk eacute o componente aleatoacuterio (erro experimental ou resiacuteduo) para a i-eacutesima bacteacuteria do
k-eacutesimo tempo na j-eacutesima repeticcedilatildeo Considerando lijk independente e normalmente
distribuiacutedo com meacutedia zero e variacircncia σe2
Fonte de variaccedilatildeo
GL
SQ
QM
F
Bacteacuterias
Resiacuteduos
1minusn
( )1minusrn
Total
1minusnr
sum=
minus
n
iCbir 1
21
Diferenccedila
CYij
r
j
n
iminussumsum
==
2
11
1Q
2Q
21
Tabela 3 ndash Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para experimentos em 96 e 168 horas
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
O esquema teoacuterico da decomposiccedilatildeo da variacircncia utilizado pode ser visto na Tabela 3
1minusnrt
53 Resultados e Discussatildeo
Produccedilatildeo de biopoliacutemero
As Tabelas 5 e 6 apresentam os resultados da anaacutelise de variacircncia e dos dados
meacutedios das anaacutelises individuais e do grupo de experimento da produccedilatildeo de biopoliacutemero
(gL-1) para os tempos de cultivo (96 e 168 horas) respectivamente
A Tabela 6 apresenta a produccedilatildeo meacutedia (gL-1) das fermentaccedilotildees realizadas em
triplicata para a produccedilatildeo do biopoliacutemero durante 96 e 168 horas de cultivo dos 8
isolados e da estirpe padratildeo CIAT 899 e a meacutedia do grupo de experimento das
mesmas Nesta observa-se que a produccedilatildeo maacutexima no periacuteodo de 168 horas de
processo ocorreu para todas as estirpes poreacutem a bacteacuteria CIAT 899 (padratildeo)
apresentou a maior produccedilatildeo em relaccedilatildeo aos demais tratamentos ( ISOL 14 ISOL 16 e
ISOL 3 ) pelo teste de Tukey a niacutevel de 1 de probabilidade Isto sugere que com o
aumento do tempo (168 horas) ocorre um aumento da produccedilatildeo o que mostra que a
Fonte de variaccedilatildeo
GL
SQ
QM
F
Bacteacuterias (B)
1minusn
_
1Q
41 QQ
Tempo (T) 1minust _ 2Q 42 QQ
Interaccedilatildeo (BxT) ( )( )11 minusminus tn _ 3Q
43
Resiacuteduo ( )1minusrnt _ 4Q
Tabela 4 ndash Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para grupo de experimentos
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
condiccedilatildeo de 30 g de sacarose 200 rpm 168 horas e 28 degC eacute a condiccedilatildeo maximizada
para a produccedilatildeo do biopoliacutemero realizada neste estudo No entanto em relaccedilatildeo a
meacutedia das produccedilotildees de 96 e 168 horas a estirpe CIAT 899 natildeo apresentou diferenccedila
significativa pelo teste de Tukey (plt001) em relaccedilatildeo ao ISOL 14 A menor produccedilatildeo
de biopoliacutemero ocorreu com o ISOL 1
FV GL
Quadrado Meacutedio 96 horas
168 horas
Bacteacuteria
Resiacuteduo
8
18
04366
00099
08720
00213
Significacircncia ao niacutevel (plt001) para o teste de F CV () 1525 (96 horas) CV() 1420 (168 horas)
Bacteacuterias
Produccedilatildeo
(gL-1) 96 horas
Produccedilatildeo
(gL-1) 168 horas
Meacutedia Produccedilatildeo
(gL-1) 96 e 168 horas
CIAT 899 12520 a 18542 a 15531 a
ISOL 14 10575 ab 16608 ab 13592 a
ISOL 16 08237 bc 13225 bc 10731 ab
ISOL 3 08825 bc 11746 cd 10285 ab
ISOL 11 06241 cd 08463 d 07352 bc
ISOL 4 04958 de 09429 cd 07194 bc
ISOL 6 04029 def 08479 d 06254 bc
ISOL 2 02162 ef 03217 e 02690 c
ISOL 1 01229 f 02779 e 02004 c
Tabela 6 Dados meacutedios das anaacutelises individuais e do grupo de experimento da produccedilatildeo de biopoliacutemeros por Rhizobium sp
Tabela 5 Resultados da anaacutelise de variacircncia da produccedilatildeo de biopoliacutemeros sintetizados por Rhizobium cultivados por 96 e 168 horas de cultivo
As meacutedias (3 repeticcedilotildees) seguidas de mesma letra natildeo diferem estatisticamente entre si pelo teste de Tukey (plt001) CV () 1525 (96 horas) CV () 1420 (168 horas) CV () 1487 (96 e 168 horas)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Entretanto sabe-se que a produccedilatildeo eacute influenciada pela linhagem do
microrganismo tempo e meio de fermentaccedilatildeo (Antunes et al 2000 Souza amp
Vendruscolo 2000 Torres et al 1993) Neste estudo a fonte de carbono utilizada como
substrato foi agrave sacarose que eacute bastante utilizada em experimentos de fermentaccedilatildeo As
fermentaccedilotildees foram realizadas com o meio de produccedilatildeo elaborado a partir do meio YM
(Vincent 1970) suplementado com uma dosagem maior de sacarose (30 gL) no intuito
de incrementar a produccedilatildeo das linhagens testadas
As bacteacuterias do gecircnero Rhizobium satildeo capazes de utilizar uma ampla gama de
produtos como fontes de carbono A literatura cita cultivos com glicose galactose
frutose arabinose xilose ramnose maltose sacarose lactose trealose rafinose
manitol furamato malato succinato citrato e piruvato (Jordan 1984) De todos estes
produtos a sacarose eacute o de mais faacutecil obtenccedilatildeo e mais vantajoso economicamente
Segundo Sutherland (2002) a glicose e sacarose satildeo usadas como fontes de carbono
preferenciais para a produccedilatildeo de biopoliacutemeros O rendimento da conversatildeo de
sacarose em ceacutelulas pelo R leguminosarum bv phaseoli oscila entre 04 e 05 g de
ceacutelulas por grama de sacarose (Boiardi 1983 Balatti 1992 IPT 1993a)
Padilha (2003) tambeacutem verificou que os resultados de fermentaccedilatildeo obtidos em
duas linhagens de Xanthomonas demonstraram a influecircncia do tempo de incubaccedilatildeo na
produccedilatildeo do biopoliacutemero onde a linhagem X axonopodis pv manihotis 289 apresentou
maior concentraccedilatildeo em ambas as condiccedilotildees testadas 72 e 96 horas 69 gL-1 e 79
gL-1 respectivamente em relaccedilatildeo agrave linhagem de X campestris pv campestris CA110
que produziu 63 gL-1 e 68 gL-1 respectivamente
Apoacutes a fermentaccedilatildeo os biopoliacutemeros foram purificados (por
centrifugaccedilatildeo) recuperados e avaliados visualmente para verificar as diferenccedilas
quanto agrave coloraccedilatildeo e estrutura das duas estirpes maiores produtoras de goma (CIAT
899 e ISOL 14) apoacutes a precipitaccedilatildeo com etanol A Figura 3 apresenta o aspecto dos
EPS precipitados a partir da produccedilatildeo onde pode-se observar diferenccedilas quanto ao
aspecto da goma precipitada Observa-se que os poliacutemeros sintetizado pelo ISOL 14
apresenta um aspecto transluacutecido enquanto que o CIAT 899 um aspecto mais opaco e
denso Quanto agrave coloraccedilatildeo natildeo foi detectada pigmentaccedilatildeo nas gomas obtidas
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Segundo Sandford (1979) os meacutetodos usados para a recuperaccedilatildeo de um
biopoliacutemero dependem sobretudo das caracteriacutesticas do microrganismo utilizado do
tipo de polissacariacutedeo e do grau de pureza desejado
Smith amp Pace (1982) revisaram esquemas de recuperaccedilatildeo para polissacariacutedeos
microbianos A precipitaccedilatildeo (baseada no caraacuteter polieletriliacutetico do polissacariacutedeo) tem
sido realizada pela adiccedilatildeo de caacutetions (como eletroacutelito) mono e polivalentes bem como
pela utilizaccedilatildeo de diversos tipos de solventes (acetona metanol etanol isopropanol 1-
butanol ou 111-tricloroetano) como agentes precipitantes
Os soacutelidos obtidos neste estaacutegio de separaccedilatildeo satildeo lavados com soluccedilatildeo
(etanolaacutegua) para remoccedilatildeo de grande parte das impurezas (Sais inorgacircnicos e
pigmentos) sendo entatildeo secos agrave vaacutecuo ou pela passagem forccedilada de ar quente ou
gaacutes inerte (Pace amp Righelato 1981) As condiccedilotildees de secagem devem ser tais que
evitem a degradaccedilatildeo quiacutemica coloraccedilatildeo excessiva ou mudanccedilas na solubilidade do
produto (Margaritis amp Pace 1985) O biopoliacutemero seco eacute entatildeo moiacutedo a uma
granulometria preacute-determinada dependendo da aplicaccedilatildeo do produto
Figura 3 ndash Aspecto do EPS precipitado sintetizado a partir do ISOL 14 (a) e do CIAT 899 (b) com 168 horas de cultivo
(a) (b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Viscosidade aparente
As propriedades reoloacutegicas foram avaliadas atraveacutes da anaacutelise de viscosidade
aparente para verificar o comportamento reoloacutegico dos EPS produzidas a temperatura
de 20 degC comparando-se nos tempos de fermentaccedilatildeo de 96 e 168 horas
Os resultados obtidos podem ser visualizados nas figuras 4 e 5 onde as soluccedilotildees
das gomas apresentaram comportamento pseudoplaacutestico isto eacute a viscosidade
aparente decresceu com o aumento da taxa de cisalhamento De acordo com a
literatura esse comportamento tem sido encontrado em soluccedilotildees polimeacutericas de
polissacariacutedeos microbianos (Amanullah et al 1996 Cacik et al 2001 Padilha 2003)
0
005
01
015
02
025
03
035
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110Taxa Cisalhamento (s-1)
Visc
osid
ade
apar
ente
(Pa
s)
ISOL 1
ISOL 2
ISOL 3
ISOL 4
ISOL 6
ISOL 11
ISOL 14
ISOL 16
CIAT899
Figura 4 Variaccedilatildeo da viscosidade aparente em funccedilatildeo da taxa de cisalhamento de soluccedilotildees aquosas de EPS 25 (vv) de 8 isolados de Rhizobium e uma estirpe padratildeo CIAT 899 a 20 degC com tempo de fermentaccedilatildeo de 96 h determinada com viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
0
005
01
015
02
025
03
035
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
Taxa cisalhamento (s-1)
Visc
osid
ade
apar
ente
(Pa
s)ISOL 1
ISOL 2
ISOL 3
ISOL 4
ISOL 6
ISOL 11
ISOL 14
ISOL 16
CIAT 899
Atraveacutes dos graacuteficos comparativos entre as leituras de viscosidade aparente das
soluccedilotildees aquosas das diferentes gomas produzidas pode-se visualizar que o CIAT
899 ISOL 3 e ISOL 16 apresentaram os valores de viscosidade mais elevados em
ambos os tempos de processo poreacutem em 168 horas as viscosidades tiveram um
aumento comparando-se a 96 horas (Figura 4 e 5)
A diminuiccedilatildeo da viscosidade com o aumento da taxa de cisalhamento eacute uma
caracteriacutestica comum aos biopoliacutemeros bacterianos Beyer et al (1987) observaram que
em soluccedilotildees a 1 do polissacariacutedeo produzido por Rhizobium CB744 medidas a 25 degC
e 65 degC tambeacutem houve um decreacutescimo da viscosidade com taxa de cisalhamento e
temperatura Vendruscolo (1995) estudou o comportamento reoloacutegico das soluccedilotildees
aquosas a 6 do biopoliacutemero Beijerinckia 7070 produzido por fermentaccedilatildeo com meio
VIII contendo 5 de sacarose medido nas temperaturas de 25 45 e 65 deg C Verificou
que a viscosidade eacute dependente da temperatura e que decresce com o aumento desta
poreacutem o biopoliacutemero recupera as suas caracteriacutesticas reoloacutegicas quando a viscosidade
eacute medida novamente na temperatura inicial no caso 25 degC
Figura 5 Variaccedilatildeo da viscosidade aparente em funccedilatildeo da taxa de cisalhamento de soluccedilotildees aquosas de EPS 25 (vv) de 8 isolados de Rhizobium e uma estirpe padratildeo CIAT 899 a 20 degC com tempo de fermentaccedilatildeo de 168 h determinada com viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Em estudo realizado por Bueno amp Garcia-Cruz (2000) com a bacteacuteria do gecircnero
Pseudomonas foi verificada a influecircncia do tempo de cultivo em 24 48 e 72 horas
utilizando-se dois caldos de fermentaccedilatildeo diferentes Em um caldo a fonte de carbono
utilizada foi a glicose e no outro a sacarose na concentraccedilatildeo de 20 Os
biopoliacutemeros apresentaram comportamento pseudoplaacutestico e a maior viscosidade
aparente obtida foi em 72 horas de cultivo O meio contendo sacarose produziu fluidos
mais viscosos em 24 e 48 horas e o contendo de glicose produziu fluidos mais viscosos
somente apoacutes 72 horas de cultivo
As propriedades reoloacutegicas do biopoliacutemero devem ser estaacuteveis durante mudanccedilas
na temperatura pH e forccedila iocircnica O conhecimento sobre as propriedades dos
biopoliacutemeros principalmente a viscosidade e o comportamento reoloacutegico satildeo
importantes para futuras aplicaccedilotildees industriais refletem sua estrutura quiacutemica primaacuteria
e servem para predizer em quais produtos podem ser utilizados (Scamparini et al
1997)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
54 Conclusotildees
Eacute possiacutevel produzir biopoliacutemeros a partir de Rhizobium sp utilizando-se meio
suplementado (sacarose 30 gL)
A condiccedilatildeo maximizada para a produccedilatildeo de biopoliacutemeros sintetizados por
Rhizobium sp a partir do meio suplementado dentro das faixas estudadas foi 28
degC 200 rpm 168 horas de fermentaccedilatildeo em meio contendo 25 (vv) inoculo
A produccedilatildeo obtida nessa condiccedilatildeo foi 185 gL-1 para a estirpe CIAT 899 166
gL-1 para o ISOL 14 e 132 gL-1 para o ISOL 16
Os biopoliacutemeros sintetizados por Rhizobium sp apresentaram comportamento
reoloacutegico caracteriacutestico de soluccedilotildees polimeacutericas de polissacariacutedeos microbianos
apresentando os valores mais elevados de viscosidade aparente para CIAT 899
ISOL 3 e ISOL 16 respectivamente para soluccedilotildees aquosas de goma sintetizadas
a partir de sacarose 30 gL medidos a 20 degC em 168 horas de processo
Estudos viscosiacutemetricos de soluccedilotildees do polissacariacutedeo revelaram seu
comportamento pseudoplaacutestico mesmo em baixas concentraccedilotildees
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
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Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
6 CAPIacuteTULO 2
CINEacuteTICA MICROBIANA E COMPOSICcedilAtildeO QUIacuteMICA DOS EPSs PRODUZIDOS POR Rhizobium sp
Barreto M C S 12 Figueiredo M V B 2Oliveira J P2 Lima-Filho J L 1
1Universidade Federal de Pernambuco Rua Nelson Chaves sn Cidade Universitaacuteria
Recife ndash PE Brasil
2Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria ndash IPA Laboratoacuterio Biologia do
Solo Av Gal San Martin 1371 Bongi Recife ndash PE Brasil
O manuscrito a seguir seraacute submetido agrave revista Scientia Agraacuteria
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
RESUMO Os exopolissacariacutedeos (EPSs) satildeo definidos como polissacariacutedeos extracelulares
produzidos por alguns fungos e bacteacuterias Alguns EPSs satildeo sintetizados durante todo o
crescimento bacteriano enquanto que outros satildeo produzidos somente durante a fase
logariacutetmica ou na fase estacionaacuteria O objetivo deste trabalho foi avaliar o crescimento
microbiano e dosagem de sacarose assim como determinar a composiccedilatildeo quiacutemica das
melhores estirpes obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp em diferentes tempos de
cultivo O biopoliacutemero foi obtido atraveacutes de agitaccedilatildeo em incubador rotatoacuterio As
condiccedilotildees foram 28 degC 200 rpm por 96 e 168 horas em meio YM modificado Foram
avaliados a cineacutetica microbiana pela contagem do nuacutemero de unidades formadoras de
colocircnias (UFC) e por densidade oacutetica assim como consumo de substrato (sacarose)
pelo meacutetodo glicose-oxidase e determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo quiacutemica por cromatografia
gaacutes liacutequido (GLC) Os resultados mostraram que a cineacutetica de crescimento microbiano
apresentou na fase logariacutetmica valores correspondentes a uma concentraccedilatildeo celular
meacutedia de 109 UFCmL para todos os isolados e estirpe padratildeo CIAT 899 apoacutes 72 horas
de incubaccedilatildeo O consumo de substrato em 168 horas de fermentaccedilatildeo foi de de 455
gL e 478 gL para o ISOL 14 e CIAT 899 respectivamente A composiccedilatildeo dos
accedilucares dos exopolissacariacutedeos do ISOL 14 apresentou valores superiores de
ramnose manose galactose glicose e aacutecidos urocircnicos na moleacutecula em relaccedilatildeo a
estirpe padratildeo CIAT 899
Palavras Chave Exopolissacariacutedeos glicose rizoacutebio sacarose unidades formadoras de colocircnias (UFC)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
61 Introduccedilatildeo
Os exopolissacariacutedeos (EPSs) chamados de biopoliacutemeros ou gomas
hidrossoluacuteveis satildeo produzidos por uma grande variedade de microrganismos e
possuem propriedades fiacutesicas estruturais e quiacutemicas bastante homogecircneas em
relaccedilatildeo aos derivados de algas e plantas (Margaritis Pace 1985)
A produccedilatildeo de EPS pode ser limitada por certas condiccedilotildees como quantidade de
carboidratos nitrogecircnio cofatores no meio temperatura pH e condiccedilotildees de aeraccedilatildeo
Entretanto os efeitos destas condiccedilotildees natildeo podem ser generalizados para todas as
estirpes bacterianas deve-se levar em consideraccedilatildeo as particularidades de cada uma
Os EPSs formam uma camada protetora para as ceacutelulas protegendo-as da
desidrataccedilatildeo e de substacircncias toacutexicas e servem como fonte de carbono e energia aleacutem
de manterem os microrganismos perto das fontes alimentares
Os primeiros estudos nutricionais sobre a composiccedilatildeo do meio de produccedilatildeo foram
realizados por Davidson (1978) em cultivo contiacutenuo e por Souw amp Demain (1979) em
batelada Souw amp Demain (1979) estudaram diferentes fontes de carbono e nitrogecircnio e
concluiacuteram que as melhores fontes de carbono satildeo accediluacutecares especialmente glicose e
sacarose Aleacutem do tipo de substrato utilizado a concentraccedilatildeo inicial deste no meio de
cultivo parece ser um fator decisivo para o sucesso do processo fermentativo
Thomart et al (1985) concluiacuteram que a produccedilatildeo de poliacutemero eacute altamente
dependente da concentraccedilatildeo inicial de accediluacutecar enquanto o crescimento do
microrganismo independe desta concentraccedilatildeo inicial de accediluacutecar Foi relatada uma
produccedilatildeo decrescente de poliacutemero agrave medida em que a concentraccedilatildeo inicial de glicose
foi aumentada caindo rapidamente a razatildeo poliacutemerobiomassa para concentraccedilotildees
iniciais maiores que 3
Diversas pesquisas tecircm tentado elucidar a rota biossinteacutetica as condiccedilotildees de
crescimento e a fisiologia bacteriana que leva agrave produccedilatildeo de polissacariacutedeos Alguns
EPSs satildeo sintetizados durante todo o crescimento bacteriano enquanto que outros satildeo
produzidos somente durante a fase logariacutetmica ou na fase estacionaacuteria A siacutentese de
todos esses EPSs eacute um processo intracelular utilizando accedilucares difosfato nucleotiacutedios
(De Souza Sutherland 1994)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Tem sido observado que as limitaccedilotildees da fonte de nitrogecircnio fosfato ou enxofre em
presenccedila de excesso de carboidrato podem conduzir a um aumento na siacutentese de
polissacariacutedeo embora a quantidade seja tambeacutem afetada pelo teor de oxigecircnio pH e
temperatura Cada cepa bacteriana difere em sua resposta ao efeito destas mudanccedilas
ambientais e agrave fonte de carbono utilizada (Faria 2002) Portanto a utilizaccedilatildeo do meio
de fermentaccedilatildeo mais adequado para a produccedilatildeo de EPS iraacute refletir nas propriedades
funcionais de cada polissacariacutedeo obtido
Para a produccedilatildeo de EPS podem ser usados os mais diversos substratos glicose
frutose sacarose lactose amido hidrolisado metanol diferentes hidrocarbonetos O
custo de produccedilatildeo eacute dependente destes substratos (Margaritis Pace 1985) De todos
estes produtos a sacarose eacute o de mais faacutecil obtenccedilatildeo e mais vantajoso
economicamente O rendimento da conversatildeo de sacarose com ceacutelulas pelo R
leguminosarum bv phaseoli oscila entre 04 e 05 g de ceacutelulas por grama de sacarose
(Boiardi 1983 Balatti 1992 IPT 1993 a) A sacarose (C12H22O11) eacute um dissacariacutedeo
natildeo redutor o qual por hidroacutelise com aacutecidos muito diluiacutedos resinas de troca catiocircnica ou
a enzima invertase fornece proporccedilotildees equimolares de D-Glicose e D-Frutose
Geralmente concentraccedilotildees limitantes de alguns nutrientes e excesso de
carboidrato favorecem a produccedilatildeo de polissacariacutedeos (Sutherland 1979) Obteacutem-se um
alto rendimento quando ocorre a conversatildeo de 70-80 da fonte de carbono utilizada
em biopoliacutemero (Margaritis Pace 1985)
Um aspecto de extrema importacircncia em relaccedilatildeo aos EPSs eacute a necessidade de
um riacutegido controle das condiccedilotildees de fermentaccedilotildees uma vez que diferentes paracircmetros
de produccedilatildeo levam agrave obtenccedilatildeo de produtos com caracteriacutesticas heterogecircneas
Assim eacute fundamental que qualquer estudo para a produccedilatildeo de EPS seja
acompanhado pela caracterizaccedilatildeo do material produzido principalmente a composiccedilatildeo
quiacutemica uma vez que pequenas variaccedilotildees quiacutemicas na moleacutecula teratildeo grande efeito
para determinadas aplicaccedilotildees
Dentro deste contexto este trabalho teve como objetivo geral avaliar a cineacutetica
microbiana obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp e uma estirpe padratildeo Rhizobium
tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo determinar a dosagem da sacarose
do ISOL 14 e a estirpe padratildeo CIAT 899 e a composiccedilatildeo quiacutemica do ISOL 14
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
selecionadas como as estirpes maiores produtoras de EPS em estudos realizados
anteriormente por Barreto et al (2008) (submetido agrave publicaccedilatildeo)
62 Material e Meacutetodos
Microrganismos
Foram utilizadas as bacteacuterias pertencentes ao gecircnero Rhizobium 8 isolados (nativos
da regiatildeo do sertatildeo de Pernambuco ndash Araripina) do banco de germoplasma da
Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria - IPA resistentes a alta
temperatura e formadoras de goma e uma estirpes padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899)
obtidas do Centro Nacional de Pesquisa em Agrobiologia - CNPAB EMBRAPA
As estirpes descritas na Tabela 1 foram mantidas em meio YMA (Vincent 1970)
modificado contendo (gL-1) sacarose (30 g) Extrato de Levedura (04 g) 1 mL de
K2HPO4 a 10 4 mL de KH2PO4 a 10 2 mL de MgSO47H2O a 10 1 mL de NaCl
a 10 5 mL de azul de bromotimol 025 em KOH a 02N ou 10 mL de vermelho do
congo a 025
Para as determinaccedilotildees da sacarose foram analisados apenas o ISOL 14 e a estirpe
padratildeo CIAT 899 e a composiccedilatildeo quiacutemica apenas o ISOL 14 selecionadas como as
estirpes maiores produtoras de EPS em estudos realizados por Barreto et al (2008)
(submetido agrave publicaccedilatildeo)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOLADOS ESTIRPE
HOSPEDEIRO ORIGEM
ISOL-1 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-2 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-3 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-4 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-6 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-11 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-14 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-16 Phaseolus vulgaris
CIAT 899 Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
Cali-CO
Inoacuteculo
As estirpes descritas na tabela 7 foram purificadas por repicagem em placas de
Petri contendo o meio de cultura Agar sacarose extrato de levedura (Vincent 1970 -
modificado) utilizando o corante vermelho do congo como indicador Apoacutes a
purificaccedilatildeo as bacteacuterias foram repicadas em tubos inclinados em meio de cultura sem o
indicador vermelho do congo as quais foram incubados a 28 degC por 48 horas em
estufa e armazenadas a plusmn4 degC
A partir dessas culturas os experimentos foram conduzidos em duas etapas
Primeiro preparou-se um preacute-inoacuteculo partindo de uma alccedilada de cultura crescida sobre
meio YMA e incubada em estufa por 48 h a 28 plusmn 1 degC Transcorrido este periacuteodo
preparou-se o inoacuteculo atraveacutes da transferecircncia asseacuteptica em Erlenmeyer de 250 mL
com 80 mL de meio de produccedilatildeo contendo 25 (vv) de uma cultura do preacute-inoacuteculo
crescida ateacute a fase logariacutetma e incubados em agitador rotatoacuterio a 200 rpm a 28 plusmn 1 degC
em triplicata
Tabela 7 Isolados de rizoacutebios e estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Curva de crescimento microbiano O crescimento celular foi avaliado atraveacutes da leitura de absorbacircncia em
comprimento de onda de 560 nm em espectrofotocircmetro contra um branco constituiacutedo
de meio YM O plaqueamento das bacteacuterias foi efetuado em meio YMA contendo o
indicador vermelho do congo atraveacutes do meacutetodo da gota (ldquoDrop-platerdquo) As curvas de
crescimento microbiano foram construiacutedas a partir dos dados de absorbacircncia e
contagem de ceacutelulas viaacuteveis (UFCmL) A Figura 5 mostra o procedimento efetuado
para a contagem de UFC e totais (densidade oacutetica)
Figura 6 Procedimento para contagem de ceacutelulas viaacuteveis (UFC) e totais (densidade oacutetica)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Determinaccedilatildeo quantitativa da sacarose
A sacarose presente no mosto foi hidrolisada para obter glicose e frutose Para
isso foram preparados tubos de ensaio contendo 1 mL de meio fermentado 1 mL de
aacutegua destilada e 1 mL de HCl 2 N deixando-se reagir por 10 minutos a 60 degC Em
seguida resfriou-se rapidamente e neutralizou com 3 mL de NaOH 1 N O caacutelculo da
concentraccedilatildeo de sacarose em gL foi efetuado de acordo com a Equaccedilatildeo 1 (Arauacutejo et
al 2005)
Csac = fator de calibraccedilatildeo meacutedia da leitura (absorbacircncia)D (1100)19 (1)
Em seguida procedeu de acordo com o descrito para dosagem de glicose cujas
determinaccedilotildees foram realizadas por meacutetodo enzimaacutetico utilizando o Kit glicose-oxidase
PAP da LABTEST
Apoacutes a reaccedilatildeo enzimaacutetica a intensidade da cor da soluccedilatildeo foi medida a 505 nm
em espectrofotocircmetro usando cubetas de vidro de 1 cm de percurso oacuteptico
considerando como branco a soluccedilatildeo da glicose-oxidase Esse meacutetodo eacute especiacutefico
para a glicose e se baseia na oxidaccedilatildeo da mesma de acordo com a seguinte reaccedilatildeo
catalizada pela glicose-oxidase (GOD)
GOD
Glicose + O2 + H2O rarr Aacutecido Glucocircnico + H2O2
O peroacutexido de hidrogecircnio formado reage com 4-aminoantipirina e fenol sob accedilatildeo
catalizadora da peroxidase (POD) atraveacutes de uma reaccedilatildeo oxidativa de acoplamento
formando uma antipirilquinona vermelha cuja intensidade de cor eacute proporcional agrave
concentraccedilatildeo da glicose na amostra Esse composto de tonalidade vermelha apresenta
a sua maacutexima absorccedilatildeo de luz na faixa de 505 nm
POD
2 H2O2 + 4-Aminoantipirina + fenol rarr Antipirilquinonimina + 4 H2O
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Determinaccedilatildeo da Composiccedilatildeo Quiacutemica
Agravecido urocircnico A dosagem de aacutecido urocircnico foi efetuada pelo meacutetodo descrito por Blumenkrantz
amp Asbol-Hansen (1973) usando aliacutequotas de 04 mL de uma soluccedilatildeo a 100 mgmL do
polissacariacutedeo e aacutecido D-glucurocircnico como padratildeo O meacutetodo utiliza m-fenilfenol (o
qual promove a formaccedilatildeo de composto corado que absorvem em 520 nm)
As leituras das medidas de absorbacircncia foram realizadas a 520 nm em
espectrofotocircmetro Spectronic 20 Genesys Spectronic Instruments Todas as
determinaccedilotildees foram realizadas em triplicata
Determinaccedilatildeo quantitativa de monossacariacutedeos
Os monossacariacutedeos presentes nas amostras de biopoliacutemeros de Rhizobium
sp foram determinados sob a forma de acetato de alditoacuteis (Sawardeker et al 1965) por
cromatografia gaacutes liacutequido (GLC) Os acetatos derivados foram analisados por
cromatografia gasosa (cromatoacutegrafo a gaacutes modelo 5890S11 (Hewllet-Packard)) a 220
degC com uma coluna capilar DB-210 (025 mm di x 30 m) e filme de espessura igual a
025 microm A temperatura de injeccedilatildeo da amostra e a do FID foi 250 degC e foi utilizado como
gaacutes carreador N2 Para a realizaccedilatildeo desta anaacutelise aproximadamente 10 mg das
amostras foram hidrolisadas reduzidas e acetiladas A hidroacutelise foi efetuada com aacutecido
sulfuacuterico
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
63 Resultados e Discussatildeo Curva de crescimento microbiano
Com base nos resultados obtidos neste estudo que podem ser visualizados nas
Figuras 6 a 14 (a) pode-se observar que houve diferenccedilas quanto ao crescimento
populacional entre os isolados A curva de crescimento dos isolados e da estirpe
padratildeo CIAT 899 de Rhizobium sp em meio utilizando sacarose como fonte de carbono
mostrou que apoacutes 72 horas de incubaccedilatildeo o crescimento foi maacuteximo Pode-se observar
que o oacutetimo da fase log ocorre entre 72 a 120 horas de incubaccedilatildeo agrave temperatura de 28
degC com agitaccedilatildeo de 200 rpm variando conforme a linhagem estudada Esta faixa de
tempo de incubaccedilatildeo corresponde a uma concentraccedilatildeo celular meacutedia de 109 UFCmL
As relaccedilotildees cineacuteticas entre o crescimento e a formaccedilatildeo de produtos satildeo
importantes para determinar o modo de operaccedilatildeo mais econocircmico Segundo Hiss
(2001) sem o conhecimento da cineacutetica torna-se inviaacutevel a transposiccedilatildeo de um
experimento de laboratoacuterio para a escala industrial
Desta forma inicialmente as curvas nos propiciam informaccedilotildees tais como a
faixa de absorbacircncia (560 nm) correspondente ao oacutetimo da fase log e a concentraccedilatildeo
celular que esta faixa corresponde
Pereira (2002) analisando o crescimento das estirpes de Rhizobium em meio
YMA com manitol observou um acentuado crescimento exponencial entre 24 e 48
horas de cultivo de 7 estirpes
Barberi et al (2004) avaliaram as curvas de crescimento de Bradyrhizobium
elkanii (BR 29) de acordo com o pH e com a composiccedilatildeo do meio de cultura Com base
no nuacutemero maacuteximo de UFC mL-1 para o meio (Lorda amp Balatti 1996) modificado o
melhor crescimento ocorreu apoacutes 72 horas para o tratamento com pH inicial de 60 e
no meio Lopreto (1972) citado por Urenha et al (1994) o tratamento com pH inicial 55
foi o que apresentou os valores de nuacutemero maacuteximo de ceacutelulas ocorrendo em 161 horas
de cultivo As meacutedias de log dos nuacutemeros de UFC mL-1 apresentadas por Barberi et al
(2004) foram superiores aos encontrados por Miguel e Moreira (2001) que foram
aproximadamente 109 Isso eacute explicado pela melhor utilizaccedilatildeo da fonte de carbono do
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
meio Lorda e Balatti (1996) em que em sua composiccedilatildeo possui glicerol em
comparaccedilatildeo com o manitol utilizado no meio YM (Vincent 1970) utilizado por esses
autores
Nas figuras 6 a 14 (b) mostram os resultados da Densidade Oacutetica (DO) onde a
curva de crescimento construiacuteda a partir da contagem de ceacutelulas totais demonstrou que
apoacutes 72 horas de cultivo o crescimento permaneceu crescente para a maioria das
estirpes estudadas Provavelmente o aumento da curva deve-se a presenccedila dos EPSs
Segundo Cunningham e Munns (1984) a produccedilatildeo de EPS eacute uma resposta de
vaacuterias espeacutecies da bacteacuteria a uma gama de fatores limitantes que em geral sugerem
estarem implicados em suprimir a reaccedilatildeo da defesa da planta e parecem ser requeridos
para formaccedilatildeo do cordatildeo de infecccedilatildeo Os EPSs pode ter um papel integral por permitir
que um organismo sobreviva sob uma variedade de circunstacircncias estressantes
Miguel e Moreira (2001) utilizando meio YM obtiveram maior densidade oacutetica para
o tratamento com pH igual a 60 do que no pH 68 utilizando o mesmo nuacutemero-base
(1088 UFC mL-1) o que provavelmente estaacute relacionado com a diferente composiccedilatildeo
dos meios principalmente com relaccedilatildeo agrave fonte de carbono Cunningham e Munns
(1984) em meio YMA (modificado por Keyser e Munns 1979) obtiveram maior
quantidade de EPS em estirpes de Rhizobium tolerantes agrave acidez do meio quando
expostas a meio aacutecido
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 1
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 1
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(5
60nm
)
Figura 7- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 1 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
b)
a)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 2
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 2
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 8- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 2 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 3
000E+00500E+08100E+09150E+09
200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 3
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 9- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 3 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 4
000E+00500E+08
100E+09150E+09
200E+09250E+09
300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 4
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 10- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 4 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 6
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 6
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 11- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 6 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 11
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 11
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 12- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 11 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 14
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 14
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 13- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 14 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 16
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 16
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 14- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 16 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
CIAT 899
000E+00500E+08
100E+09150E+09
200E+09250E+09
300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
CIAT 899
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 15- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do CIAT 899 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Determinaccedilatildeo quantitativa da sacarose
Analisando os resultados obtidos para a dosagem da sacarose verificou-se que a
estirpe CIAT 899 (padratildeo) apresentou maior consumo de substrato para o meio de
produccedilatildeo empregado durante 168 horas de fermentaccedilatildeo apresentando um consumo
final de 455 gL Neste ponto a massa celular corresponde a 076 gL (Figura 15)
Entretanto o ISOL 14 apresentou resultados proacuteximos da estirpe padratildeo com consumo
de 478 gL e massa celular de 086 gL no mesmo tempo (Figura 16)
Deu-se preferecircncia agrave utilizaccedilatildeo de um meacutetodo especiacutefico para glicose ao inveacutes de
um para determinaccedilatildeo de accediluacutecares redutores o que garante a detecccedilatildeo da liberaccedilatildeo
especificamente de glicose a partir da hidroacutelise por sacarose do EPS
ISOL 14
0
2
4
6
8
10
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Glic
ose
gL
Figura 16 Concentraccedilatildeo de glicose durante a produccedilatildeo de EPS por Rhizobium sp (ISOL 14)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
CIAT 899
0
2
4
6
8
10
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Glic
ose
gL
Determinaccedilatildeo da Composiccedilatildeo Quiacutemica dos EPS
Na tabela 8 observa-se os accediluacutecares determinados das gomas produzidas pelas
estirpes ISOL 14 e CIAT 899 onde revelaram maiores concentraccedilotildees dos
monossacariacutedeos galactose e glicose para a estirpe ISOL 14 em relaccedilatildeo a estirpe
padratildeo CIAT 899 Tambeacutem foram observados traccedilos de manose e ramnose na
composiccedilatildeo das gomas das estirpes estudadas
Amostras
Ac urocircnico
()
Manose
Accediluacutecares
Ramnose
(mg100g)
Galactose
Glicose
ISOL 14
410
098
016
1260
3695
CIAT 899
-
020
010
895
1680
Castellane amp Lemos (2007)
Tabela 8 Constituintes quiacutemicos da goma produzida pela estirpe de Rhizobium sp (ISOL 14)
Figura 17 Concentraccedilatildeo de glicose durante a produccedilatildeo de EPS por Rhizobium sp (CIAT 899)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Lima (1999) analisando a composiccedilatildeo quiacutemica da goma xantana produzida por
linhagens de Xanthomonas campestris pv campestris verificou a presenccedila de glicose e
manose nas concentraccedilotildees 3322 5778 respectivamente para a linhagem NRRL
B-1459 apresentando componentes tiacutepicos da goma xantana
Whitfield et al (1981) caracterizando cinco amostras de goma xantana
produzidas por diferentes linhagens de Xanthomonas campestris pv campestris
encontraram valores de glicose variando entre 22-42 manose de 12-38 e aacutecido
urocircnico de 9-20 Com relaccedilatildeo agrave ramnose apenas trecircs amostras de xantana
apresentaram este accediluacutecar com valores que oscilam entre 12-22 Outro accediluacutecar
identificado pelos pesquisadores foi a galactose com valores entre 24-28 Em todas
as amostras estudadas por estes autores foram observados os grupamentos piruvato e
acetila Lowson e Symes (1977) relataram a presenccedila de ramnose na xantana
produzida por X juglandis Sugere-se que a presenccedila desse accediluacutecar seja uma
caracteriacutestica desejaacutevel pois em geral os poliacutemeros dos quais faz parte possuem
capacidade de formar geacuteis verdadeiros (Mcnelly e Kang 1977) A goma xantana
comercial natildeo apresenta ramnose na sua composiccedilatildeo (Casas et al2000)
De acordo com Casas et al (2000) a composiccedilatildeo do meio de cultura utilizado na
fermentaccedilatildeo exerce um profundo efeito na siacutentese do produto oligomeacuterico e polimeacuterico
Portanto a quantidade de manose glicose e aacutecido glucurocircnico sintetizados e inseridos
no EPS pelas enzimas durante fermentaccedilatildeo podem sofrer variaccedilotildees dependendo da
composiccedilatildeo do substrato e das condiccedilotildees utilizadas na fermentaccedilatildeo
No presente trabalho o percentual de aacutecido urocircnico produzido pela estirpe ISOL
14 foi de 41 enquanto o apresentado na goma xantana por Lima (1999) foi de 847
Os meacutetodos de anaacutelises de polissacariacutedeos complexos baseiam-se
principalmente na determinaccedilatildeo dos constituintes dos resiacuteduos obtidos apoacutes hidroacutelise
quiacutemica dos poliacutemeros nativos (Wei amp Fang 1990 Ruitter et al 1992 Scamparini et al
2000) Esses satildeo compostos de inuacutemeros resiacuteduos de accediluacutecares interligados por
ligaccedilotildees glicosiacutedicas (α e β) que podem diferir consideravelmente na sua
suscetibilidade agrave hidroacutelise aacutecida Aacutecidos urocircnicos satildeo frequentemente envolvidos por
fortes ligaccedilotildees glicosiacutedicas particularmente nos tipos de ligaccedilotildees dos aacutecidos
aldobiurocircnicos (Druzian 2000)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Moreira et al (1998) analisando a composiccedilatildeo de dois biopoliacutemeros comerciais
gelanareg e xantanareg e um biopoliacutemero produzido a clairana identificou o aacutecido
glicurocircnico (em todas as amostras) e os monossacariacutedeos esperados para a clairana
(glicose galactose e fucose) gelana (glicose e ramnose) e xantana (glicose e manose)
A ramnose estaacute presente na acetana gelana welana e ransana que possuem
estrutura quiacutemica similar agrave da xantana e possui propriedades de espessante e agente
de suspensatildeo semelhantes agravequelas atribuiacutedas para xantana (Kennedy amp Sutherland
1994) A goma welana apresenta como cadeia lateral unidades de manose e ramnose
distribuiacutedas de modo aleatoacuterio Aproximadamente dois terccedilos das unidades quiacutemicas
repetidas do poliacutemero conteacutem ramnose como cadeia lateral enquanto que o restante
das ramificaccedilotildees eacute composto por unidades de manose (Jansson et al 1985)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
64 Conclusotildees
A curva do crescimento microbiano apresentou na fase logariacutetmica valores
correspondentes a uma concentraccedilatildeo celular viaacuteveis meacutedia de 109 UFCmL para
todos os isolados e estirpe padratildeo CIAT 899 apoacutes 72 horas de incubaccedilatildeo a uma
temperatura de 28 degC com agitaccedilatildeo de 200 rpm variando conforme a linhagem
estudada
As estirpes apresentaram valores do consumo de substrato para o meio de
produccedilatildeo empregado de 455 gL para a CIAT 899 e 478 gL para o ISOL 14
em 168 horas de fermentaccedilatildeo
A composiccedilatildeo dos accedilucares da goma do ISOL 14 apresentou valores superiores
de ramnose manose galactose glicose e aacutecidos urocircnicos na moleacutecula em
relaccedilatildeo a estirpe padratildeo CIAT 899
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
65 Referecircncias Bibliograacuteficas
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Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
7 ANEXOS
Normas da Revista World Journal of Microbiology and Biotechnology
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
WORLD JOURNAL OF
MICROBIOLOGY AND
BIOTECHNOLOGY Editor-in-Chief Peter J Large ISSN 0959-3993 (print version) ISSN 1573-0972 (electronic version) Journal no 11274 Springer Netherlands Online version available
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Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND
BIOTECHNOLOGY Editor-in-Chief Peter J Large ISSN 0959-3993 (print version) ISSN 1573-0972 (electronic version) Journal no 11274 Springer Netherlands Online version available
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Negotiation research spans many disciplines (Thompson 1990)
This result was later contradicted (Becker and Seligman 1996)
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Journal article Smith J Jones M Jr Houghton L et al (1999) Future of health insurance N Engl J Med 965325ndash329
Article by DOI Slifka MK Whitton JL (2000) Clinical implications of dysregulated cytokine production J Mol Med Doi101007s001090000086
Book South J Blass B (2001) The future of modern genomics Blackwell London
Book chapter Brown B Aaron M (2001) The politics of nature In Smith J (ed) The rise of modern genomics 3rd edn Wiley New York pp 230-257
Online document Doe J (1999) Title of subordinate document In The dictionary of substances and their effects Royal Society of Chemistry Available via DIALOG httpwwwrscorgdosetitle of subordinate document Accessed 15 Jan 1999
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Submissatildeo do Artigo
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Normas da Revista Scientia Agraacuteria
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Trabalhos apresentados no 24ordm Congresso Brasileiro de Microbiologia - 3 a 6 de Outubro de 2007 em
Brasiacutelia - Centro de Convenccedilotildees Ulysses Guimaratildees ndash Brasiacutelia DF
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MICROBIOLOGIA GERAL K03 METABOLISMO MICROBIANO E SEUS PRODUTOS 609 Biopoliacutemero sintetizados por Rhizobium sp em diferentes tempos de cultivo comportamento reoloacutegico BARRETO M D C S1 FIGUEIREDO M D V B2 BURITY H A2 OLIVEIRA J P2 COELHO A C D1 LIMA-FILHO J L L1 UFPE
Resumo
Os polissacariacutedeos extracelulares sintetizados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium tem sido estudados na tentativa de melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose leguminosa x Rhizobium uma vez que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes da especificidade simbioacutetica A viscosidade que pode ser tomada como paracircmetro de qualidade eacute influenciada em funccedilatildeo das estirpes da colocircnia bacteriana do meio de fermentaccedilatildeo utilizado e das condiccedilotildees operacionais na produccedilatildeo Com base no exposto o objetivo deste trabalho foi verificar o comportamento reoloacutegico em diferentes tempos de cultivo de 8 isolados de Rhizobium sp e da estirpe padratildeo de Rhizobium tropici (CIAT 899) As bacteacuterias foram incubadas em agitador rotatoacuterio (200rpm agrave 28ordmC) em Erlenmeyers de 250mL contendo 15 de meio YM modificado por um periacuteodo de 96 e 168 horas Foram avaliados a determinaccedilatildeo da viscosidade da soluccedilatildeo aquosa dos biopoliacutemeros a 25 (vv) obtidas em diferentes tempos de cultivo e medidas a 20ordmC em viscosiacutemetro rotacional Brookfield modelo RVT com spindle 2 nas seguintes velocidades de deformaccedilatildeo 10 20 50 e 100rpm a viscosidade aparente a vaacuterias taxas de cisalhamento dos mostos fermentados Os resultados mostraram que os estudos viscosimeacutetricos de soluccedilotildees de polissacariacutedeo dos isolados e da CIAT 899 revelam seu comportamento natildeo tixotroacutepico pseudoplaacutestico mesmo em baixas concentraccedilotildees e caraacuteter polieletroliacutetico e que as medidas de viscosidade do mosto em funccedilatildeo do tempo de agitaccedilatildeo mostra que a viscosidade aparente do meio de cultivo alcanccedila um valor patamar com 168 horas de processo para todos os microrganismos poreacutem os isolados 3 e 16 e CIAT 899 apresentaram maiores valores no aumento da viscosidade
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MICROBIOLOGIA GERAL K03 METABOLISMO MICROBIANO E SEUS PRODUTOS 1751 Biopoliacutemero sintetizados por Rhizobium sp em diferentes tempos de cultivo produccedilatildeo BARRETO M D C S1 FIGUEIREDO M D V B2 BURITY H A2 SILVA M L R B1 CALAZANS G M T1 LIMA-FILHO J L L1 UFPE
Resumo
A produccedilatildeo de exopolissacariacutedeos (EPS) microbianos tem sido objeto de intensa pesquisa tendo em vista seu elevado potencial de aplicaccedilatildeo em diferentes setores pois natildeo se encontra exposta agraves alteraccedilotildees climaacuteticas ou agrave problemas nas colheitas que prejudicam a oferta e alteram o custo de produccedilatildeo das gomas tradicionais No processo de produccedilatildeo de polissacariacutedeos deve-se considerar desde o microrganismo em estudo ateacute a determinaccedilatildeo dos paracircmetros de agitaccedilatildeo onde se destaca o meio de produccedilatildeo e sua influecircncia na siacutentese no rendimento e na composiccedilatildeo dos EPS O objetivo deste trabalho foi avaliar a produccedilatildeo de biopoliacutemeros (gLh) obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp e da estirpe padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo pela massa do produto seco por volume de meio As bacteacuterias foram purificadas em meio YMA e apoacutes foram incubadas em agitador rotatoacuterio (200rpm agrave 28ordm C) em Erlenmeyers de 250mL contendo 15 de meio YM modificado por um periacuteodo de 96 e 168 horas Foram avaliados o peso seco da soluccedilatildeo aquosa dos biopoliacutemeros a 25 (vv) obtidos em diferentes tempos de cultivo atraveacutes da teacutecnica do peso seco onde o aacutelcool etiacutelico foi adicionado ao mosto ateacute atingir a concentraccedilatildeo de 80 na soluccedilatildeo hidroalcooacutelica formada e posterior precipitaccedilatildeo do EPS Apoacutes a filtraccedilatildeo a secagem do produto foi realizada em dissecador (30ordmC) ateacute peso constante comparando-se os diferentes tempos de cultivo Os resultados mostraram que a produccedilatildeo total do biopoliacutemero dos isolados e da estirpe padratildeo CIAT 899 apresentaram maacutexima produccedilatildeo no periacuteodo de 168 horas de processo para todos os microrganismos poreacutem os isolados 3 e 14 e a CIAT 899 foram as que resultaram em maior produtividade (13 17 e 2gL-1h-1) respectivamente
- Barreto Maria do Carmo Silva
-
- Inclui bibliografia
- 5771 CDU (2ed) UFPE
-
- 13 Simbiose rizoacutebio- leguminosa
-
- 14 Polissacariacutedeos de Rizoacutebio
-
- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
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-
7 Anexos 87
Normas da Revista World Journal of Microbiology and Biotechnology
Submissatildeo do Artigo
Normas da Revista Scientia Agraacuteria
Trabalhos apresentados no 24ordm Congresso Brasileiro de Microbiologia - 3 a 6 de Outubro de 2007 em Brasiacutelia - Centro de Convenccedilotildees Ulysses Guimaratildees ndash Brasiacutelia DF
1 INTRODUCcedilAtildeO
11 Feijoeiro (Phaseolus vulgaris L)
O feijoeiro eacute cultivado em cerca de 100 paiacuteses em todo o mundo envolvendo
grande nuacutemero de gecircneros e espeacutecies dificultando uma anaacutelise comparativa dos
iacutendices de produtividade por espeacutecie Considerando somente o Phaseolus vulgaris L o
Brasil eacute o maior produtor seguido do Meacutexico Entretanto a produccedilatildeo brasileira de feijatildeo
tem sido insuficiente para abastecer o mercado interno devido agrave reduccedilatildeo na aacuterea
plantada da ordem de 35 nos uacuteltimos 17 anos (Yokoyama amp Stone 2000) A falta de
tecnologia e o cultivo em solos marginais devido ao baixo retorno econocircmico da
cultura contribuem decisivamente para a baixa produtividade do feijoeiro e nesse
quadro o fornecimento adequado de nutrientes particularmente o nitrogecircnio (N) e o
foacutesforo (P) representam um dos fatores limitantes agrave obtenccedilatildeo de maiores rendimentos
no Brasil (Arauacutejo 1994)
No Brasil o feijoeiro eacute cultivado nos mais variados tipos de solos e clima sendo
plantado preferencialmente como cultura de subsistecircncia em pequenas propriedades
O feijatildeo eacute importante fonte de nutrientes (proteiacutenas minerais vitaminas) e calorias na
dieta brasileira (Hungria et al 2000) Aleacutem de apresentar alto conteuacutedo de carboidratos
componentes de fibra (celulose hemicelulose e lignina) e digeriacuteveis (amido e sacarose)
encontram-se no feijatildeo alguns oligossacariacutedeos (rafinose estaquiose verbascose) O
feijatildeo tambeacutem eacute uma fonte importante de vitaminas hidrossoluacuteveis como a tiamina a
riboflavina a niacina e a folacina que satildeo vitaminas do complexo B envolvidas na
prevenccedilatildeo de certos defeitos fetais cardiovasculares e certos tipos de cacircncer (Costa amp
Vieira 2000)
O feijoeiro eacute originaacuterio das Ameacutericas com centros de origens e domesticaccedilatildeo na
Meso Ameacuterica (Meacutexico-Guatemala) e na Zona Leste dos Andes Seu cultivo foi
delineado haacute mais de 7000 anos entre os nativos do Peru sugerindo seleccedilatildeo da
espeacutecie para a agricultura (Gepts 1990) As aacutereas de diferenciaccedilatildeo e domesticaccedilatildeo do
feijoeiro ocorrem em altitudes entre 500 e 1800 m na Ameacuterica Central e norte da
Ameacuterica do Sul Diversos tipos selvagens satildeo registrados em altitudes proacuteximas a
1200m (Miranda 1974) Os feijoeiros provenientes desses materiais mostram grande
amplitude de caracteriacutesticas morfoloacutegicas e fisioloacutegicas O gecircnero Phaseolus conteacutem
mais de uma centena de espeacutecies mas apenas P vulgaris L P coccineus L P
acutifolius Gray var Latifolius Freeman e P lunatus var lunatous satildeo cultivadas
comercialmente (Zimmermann amp Teixeira 1988) Dessas o feijoeiro comum P vulgaris
L eacute a espeacutecie de maior importacircncia econocircmica contribuindo com cerca de 95 da
produccedilatildeo mundial de Phaseolus No Brasil em uma rota inversa agrave do traacutefico de
escravos P vulgaris chegou agrave Aacutefrica e provavelmente em tempos anteriores agrave Aacutesia
via Filipinas No seacuteculo XVI foi introduzido na Europa e na Califoacuternia levado por
intermeacutedio dos espanhoacuteis trazido da Ameacuterica Central (Mariot 1989)
Os teores de N nos solos do Brasil satildeo baixos de um modo geral situando-se na
faixa de 005 a 03 Com a intensificaccedilatildeo da agricultura as exigecircncias de adiccedilatildeo
de N bem como a sua remoccedilatildeo satildeo ampliadas e consequentemente se o N retirado
do solo pelas plantas natildeo for reposto o teor desse nutriente decresceraacute rapidamente
Quanto aos fertilizantes nitrogenados existe um custo elevado para a siacutentese dos
mesmos de cerca de seis barris de petroacuteleo para cada tonelada de amocircnio produzido
bem como gastos com o transporte e distribuiccedilatildeo do fertilizante aleacutem de outros
(Hungria et al1997) Considerando que o feijoeiro eacute cultivado principalmente por
pequenos agricultores em solos muitas vezes deficientes em N mineral esforccedilos para
a melhoria do processo de simbiose da cultura com rizoacutebios inoculados nas sementes
podem corresponder a aumentos significativos no rendimento de gratildeos Essa via
bioloacutegica se torna ainda mais importante quando se leva em consideraccedilatildeo os custos
elevados do N mineral limitando a sua utilizaccedilatildeo principalmente pelos pequenos
agricultores Praacuteticas alternativas para diminuir esses custos precisam ser procuradas
principalmente no Brasil que importa fertilizante nitrogenado para satisfazer agrave demanda
interna (Hungria et al 2001) Um outro agravante na utilizaccedilatildeo de fertilizantes
nitrogenados reside na baixa eficiecircncia de sua utilizaccedilatildeo pelas plantas raramente
ultrapassando 50 Deve-se considerar ainda que o uso indiscriminado de fertilizantes
nitrogenados resulta em poluiccedilatildeo ambiental pois a lixiviaccedilatildeo do N ocorre contaminaccedilatildeo
no lenccedilol freaacutetico que resultam em acuacutemulo de formas nitrogenadas podendo atingir
niacuteveis toacutexicos a peixes e ao homem (Hungria et al 2001)
Dentro deste contexto destaca-se a necessidade do desenvolvimento de
tecnologias de baixo custo capazes de melhorar os niacuteveis de produtividade dos
pequenos agricultores responsaacuteveis pela quase totalidade da produccedilatildeo mundial desta
leguminosa essencial na dieta de grande parte da populaccedilatildeo brasileira (Dakora 2003)
12 Rhizobium sp
Este gecircnero foi classificado em 1932 por Fred et al e apresenta como
caracteriacutestica ceacutelulas em forma de bastonete curto Gram-negativas com dimensotildees
que variam entre 05 e 09 microm por 12 a 30 microm ocorrendo isolados ou aos pares
moacuteveis por flagelos polares subpolares ou peritriquiais natildeo formam esporos e em
culturas envelhecidas apresentam granulaccedilotildees de poli-β-hidroxibutirato (Urenha et al
1994) Apresentam bom crescimento em meio com manitol sacarose e levedura
podendo em meios gelificados desenvolver colocircnias planas convexas ou umbilicadas
apresentam normalmente coloraccedilatildeo branca e opaca por vezes transluacutecidas
apresentando frequentemente produccedilatildeo de goma de natureza polissacariacutedica A
inclusatildeo de Vermelho do Congo no meio de cultura natildeo conduz a uma forte absorccedilatildeo
deste corante pelas colocircnias podendo certas estirpes apresentar ligeira absorccedilatildeo As
estirpes de crescimento raacutepido produzem colocircnias de 4 a 6 mm de diacircmetro em 5 dias
de incubaccedilatildeo a 26-30 degC provocando acidificaccedilatildeo do meio de cultura As estirpes de
crescimento lento produzem colocircnias com 1 mm de diacircmetro em 10 dias de incubaccedilatildeo
a 28-30 degC provocando a alcalinizaccedilatildeo do meio de cultura Induzem a formaccedilatildeo de
noacutedulos na raiz de leguminosas compatiacuteveis colonizando-os e podendo aiacute desenvolver
atividade diazotroacutefica em simbiose utilizam oxigecircnio como receptor final de eleacutetrons na
cadeia respiratoacuteria satildeo microrganismos aeroacutebios estrito e a faixa de pH oacutetimo para seu
desenvolvimento estaacute entre 6 e 7 (Hungria amp Arauacutejo1994)
A literatura relata a presenccedila de reaccedilatildeo aacutecida durante o cultivo promovendo
queda do pH do meio de cultura (Jordan 1984) No entanto dados experimentais de
cultivo desta bacteacuteria em fermentador na presenccedila de sacarose glutamato
monossoacutedico e extrato de levedura mostram comportamento oposto As velocidades
especiacuteficas maacuteximas de crescimento desta bacteacuteria oscilam em torno de 020h o que
resulta num tempo de geraccedilatildeo de aproximadamente 35 h
Entre as bacteacuterias fixadoras de nitrogecircnio presentes no solo cujas populaccedilotildees
satildeo altamente influenciadas pela rizosfera das plantas o rizoacutebio eacute considerado o grupo
mais importante na agricultura tropical pela sua associaccedilatildeo com as leguminosas Esta
simbiose eacute responsaacutevel por uma substancial parte talvez a maior do fluxo global de
nitrogecircnio atmosfeacuterico fixado nas formas de amocircnia nitrato e compostos orgacircnicos
(Kahindi et al 1997) Certamente esta associaccedilatildeo eacute a mais estudada mas simbioses
envolvendo actinomicetos do gecircnero Frankia cianobacteacuterias especialmente a
associaccedilatildeo Azolla-Anabaena e organismos heterotoacuteficos fixadores de nitrogecircnio de vida
livre e associativos podem tambeacutem fixar quantidades significativas de nitrogecircnio sob
condiccedilotildees especiacuteficas (Straliotto amp Rumjanek1999)
Atualmente os rizoacutebios estatildeo classificados como pertencentes agrave domiacutenio
Bacteria Filo Proteobacteria Classe Alfaproteobacteria Ordem Rhiobiales e
distribuiacutedos nas Famiacutelias Rhizobiaceae Phyllobacteriaceae Bradyrhizobiaceae e
Hiphomicrobiaceae (Garrity amp Holt 2001) Aleacutem disso algumas bacteacuterias capazes de
nodular e fixar N2 em simbiose com leguminosas foram recentemente identificadas
como pertencentes agrave Classe das Betaproteobacteria Ordem Burkholderiales Famiacutelia
Burkholderiaceae Gecircnero Burkholderia (Moulin et al 2001) e tambeacutem pertencentes agrave
Classe das Alfaproteobacterias Ordem Rhizobiales Famiacutelia Methylobacteriaceae
Gecircnero Methylobacterium (Sy et al 2001)
As bacteacuterias que nodulam o feijoeiro foram classificadas inicialmente como
Rhizobium phaseoli poreacutem com uma melhor caracterizaccedilatildeo fisioloacutegica bioquiacutemica e
geneacutetica essas bacteacuterias foram reclassificadas apoacutes 50 anos na espeacutecie Rhizobium
leguminosarum bv phaseoli (Jordan 1984) Com o estudo de outros isolados e o
avanccedilo nas teacutecnicas de biologia molecular em um curto periacuteodo de tempo foi
constatado que as bacteacuterias que nodulavam o feijoeiro apresentavam claramente
caracteriacutesticas fisioloacutegicas e geneacuteticas distintas permitindo a sua separaccedilatildeo em dois
grupos denominadas Tipo I e Tipo II (Martiacutenez et al 1985 Quinto et al 1985 Brom et
al 1988) Essas e outras diferenccedilas levaram em 1991 agrave definiccedilatildeo de uma nova
espeacutecie R tropici (trorsquo pi ci Gr n tropikos troacutepicos) que incluiria as estirpes do Tipo
II que foi subdividido em IIA e IIB (Martinez-Romero et al 1991) As bacteacuterias dessa
nova espeacutecie foram descritas como aeroacutebias Gram-negativas com pH oacutetimo para
crescimento variando entre 5 e 7 crescendo em temperatura de ateacute 40 degC As estirpes
estudadas foram isoladas de regiotildees tropicais nodulam e fixam N2 com P vulgaris L
Leucaena esculenta e L leucocephala
A estirpe IIB CIAT 899 (= ATCC 49672 = UMR 1899 = SEMIA 4077) foi
designada como estirpe padratildeo (ldquotype strainrdquo) e a estirpe representativa do grupo IIA eacute
a CFN 299 A estirpe CIAT 899 assim como as outras do Tipo IIB tambeacutem eacute resistente
a metais pesados e aos antibioacuteticos clorofenicol espectinomicina carbenicilina e
estreptomicina (Martiacutenez-Romero et al 1991) e apresenta maior toleracircncia agrave acidez
(Graham et al 1994) e a temperaturas elevadas (Hungria et al 1993 Mercante et al
2002) Somente as estirpes do Tipo IIB crescem em meio Luria-Bertani (LB) (Martiacutenez-
Romero et al 1991) Alguns estudos tecircm descrito diferenccedilas entre os Tipos IIA e IIB
incluindo anaacutelise de PCR com sequumlecircncias repetitivas como REP ERIC BOX (van
Berkum et al 1996) e a presenccedila de megaplasmiacutedeos (Geniaux et al 1995)
13 Simbiose rizoacutebio- leguminosa
Haacute uma grande diversidade de bacteacuterias capazes de formar simbioses com as
diferentes leguminosas sendo que ateacute o momento encontram-se distribuiacutedas dentro de
trecircs ramos filogeneacuteticos principais que satildeo os gecircneros Bradyrhizobium Azorhizobium e
os chamados rizoacutebios de crescimento raacutepido Estes atualmente encontram-se divididos
em trecircs gecircneros Rhizobium Mesorhizobium e Sinorhizobium sendo que R galegae
deve ser brevemente renomeado como um novo gecircnero (Young amp Haukka 1996
Lindstroumlm et al 1998) O rizoacutebio induz em suas hospedeiras a formaccedilatildeo de estruturas
especializadas chamadas noacutedulos onde o nitrogecircnio molecular eacute reduzido a amocircnia
Os estudos tecircm demonstrado o alto grau de especializaccedilatildeo desenvolvido durante o
processo evolutivo desta simbiose havendo importantes relaccedilotildees de especificidade e
grandes possibilidades de manipulaccedilatildeo deste conhecimento visando melhorar a
eficiecircncia simbioacutetica Devido agrave sua importacircncia econocircmica os estudos da interaccedilatildeo
rizoacutebio-leguminosas tem tido um bom suporte econocircmico quando comparado agraves demais
aacutereas de pesquisa agronocircmica em diversas partes do mundo sendo que atualmente eacute
a interaccedilatildeo planta-microrganismo mais bem estudada (Straliotto amp Rumjanek1999)
Sob condiccedilatildeo de limitaccedilatildeo de nitrogecircnio mineral as bacteacuterias do gecircnero
Rhizobium Bradyrhizobium Mesorhizobium Sinorhizobium Allorhizobium
coletivamente chamadas de riacutezoacutebio formam noacutedulos simbioacuteticos nas raiacutezes de
leguminosas Nos anos recentes outras α-proteobacterias tem sido apresentadas como
produtoras de noacutedulos em leguminosas (Moullin et al 2002) Methylobacterium (Sy et
al 2001) Blastobacter (Van Berkun e Eardly 2002) e Devosia (Rivas et al 2002)
Nestes noacutedulos simbioacuteticos a bacteacuteria na forma de bacteroacuteides convertem o N
atmosfeacuterico em amocircnia que eacute incorporada em diversas formas de N orgacircnico para a
utilizaccedilatildeo por plantas da famiacutelia das leguminosas
O nitrogecircnio eacute o elemento mais abundante na atmosfera terrestre (em torno de
79 ) estando presente principalmente na forma diatocircmica (N2) e eacute um dos principais
macronutrientes dos vegetais Algumas bacteacuterias que coexistem em simbiose ou natildeo
nas raiacutezes de plantas possuem enzimas com a capacidade de reduccedilatildeo do nitrogecircnio
atmosfeacuterico transformando-o em amocircnia e posteriormente em elementos essenciais
(Lodeiro et al 2000)
As leguminosas tecircm ao seu dispor duas fontes de nitrogecircnio o mineral
proveniente do solo eou fertilizante e o nitrogecircnio fixado biologicamente atraveacutes da
simbiose com os rizoacutebios Entretanto a subida vertiginosa dos preccedilos dos adubos
nitrogenados devido ao consumo de energia foacutessil em sua fabricaccedilatildeo aliada aos graves
problemas de poluiccedilatildeo causados pelo uso intensivo desses adubos tem deixado agrave
agricultura dos paiacuteses em desenvolvimento e dos desenvolvidos apenas as alternativas
de maximizar a fixaccedilatildeo bioloacutegica de nitrogecircnio otimizar a distribuiccedilatildeo e emprego dos
compostos nitrogenados dentro das plantas e tornar mais eficiente a utilizaccedilatildeo de
carboidratos pelos noacutedulos (Neves 1992)
O crescimento e a produccedilatildeo das leguminosas satildeo pelo menos em parte o
resultados da interaccedilatildeo entre as cultivares das plantas as estirpes de Rhizobium e as
condiccedilotildees ambientais em que o sistema simbioacutetico se desenvolve e que afetam a
assimilaccedilatildeo distribuiccedilatildeo e utilizaccedilatildeo do carbono e nitrogecircnio pelas plantas A
disponibilidade de nitrogecircnio para as sementes em desenvolvimento determina a
produccedilatildeo e depende de uma fixaccedilatildeo de nitrogecircnio que se prolongue ateacute o periacuteodo de
enchimento dos gratildeos (Neves amp Rumjanek 1995 Rumjanek et al 2002)
As plantas dependentes da fixaccedilatildeo bioloacutegica do N requerem mais fosfato (P) que
as plantas que usam exclusivamente N mineral Os niacuteveis baixos de P podem afetar a
simbiose ao diminuir o suplemento de fotossintato ao noacutedulo reduzir a taxa de
crescimento bacteriano e a populaccedilatildeo total de Rhizobium e Bradyrhizobium (Keyser amp
Munns 1979)
A fixaccedilatildeo bioloacutegica do nitrogecircnio dar-se-aacute mediante a presenccedila de noacutedulos nas
raiacutezes induzidos pela infecccedilatildeo das raiacutezes pelas bacteacuterias (Uribe 1994) O
desenvolvimento dos noacutedulos seratildeo iniciados pela troca de sinais quiacutemicos moleculares
entre a planta e o simbionte (Singleton et al 1992 Hungria et al 2000)
Os noacutedulos e a planta hospedeira satildeo perfeitamente interligados por meio de
vasos xilemaacuteticos e floemaacuteticos e portanto totalmente integrados em termos hormonais
e nutricionais O processo de fixaccedilatildeo do nitrogecircnio tambeacutem requer um suprimento
contiacutenuo de carboidratos que fornecem tanto a energia para a reduccedilatildeo do nitrogecircnio
quantos os esqueletos de carbono necessaacuterios agrave assimilaccedilatildeo da amocircnia produzida
Durante os processos de infecccedilatildeo e desenvolvimento dos noacutedulos energia eacute
necessaacuteria agraves divisotildees celulares e eacute obtida da oxidaccedilatildeo dos carboidratos produzidos
na parte aeacuterea da planta hospedeira (Neves 1992 Silveira et al 2001 Moreira amp
Siqueira 2006)
Devido agrave existecircncia de uma grande diversidade de espeacutecies nativas de bacteacuterias
fixadoras de nitrogecircnio eacute necessaacuteria a obtenccedilatildeo de estirpes de Rhizobium de alta
qualidade capazes de sobreviver e competir pela fixaccedilatildeo eficiente do nitrogecircnio
atmosfeacuterico na leguminosa alvo (Moawad et al 1998 Silveira et al 2001 Figueiredo et
al 2001 2002)
A nodulaccedilatildeo eacute um processo de multi-passos que envolvem plantas especiacuteficas e
expressatildeo geneacutetica bacteriana compatiacutevel Os resultados de vaacuterias trabalhos tecircm
indicado a participaccedilatildeo de mediadores quiacutemicos no periacuteodo inicial do processo de
infecccedilatildeo das raiacutezes das leguminosas Flavonoides especiacuteficos satildeo reconhecidos pelo
rizoacutebio e em alguns casos este eacute um importante aspecto de reconhecimento do
hospedeiro Se o flavonoide for reconhecido ocorreraacute a siacutentese de sacariacutedeos nas
ceacutelulas bacterianas atraveacutes da accedilatildeo de vaacuterios produtos de genes e resultando a
produccedilatildeo de uma pequena famiacutelia de lipo-oligossacariacutedeos A estrutura dos tipos de
lipo-oligossacariacutedeos eacute o maior determinante da especificidade do hospedeiro
(Laeremans amp Vanderleyden 1998 Diouf et al 2000 Dakora 2003)
14 Polissacariacutedeos de Rizoacutebio
Biopoliacutemeros satildeo polissacariacutedeos microbianos tambeacutem conhecidos como gomas ou
exopolissacariacutedeos (EPS) que tem a capacidade de fornar geacuteis e soluccedilotildees viscosas em
meio aquoso (Moreira et al 2003) Tendo sido observados nas uacuteltimas deacutecadas
progressos significativos em relaccedilatildeo agrave identificaccedilatildeo caracterizaccedilatildeo e utilizaccedilatildeo de
polissacariacutedeos sintetizados por microrganismos (Padilha 1997)
Kay et al (1993) enfatizam que os biopoliacutemeros satildeo na sua maioria compostos
atoacutexicos biodegradaacuteveis produzidos extracelularmente por microrganismos natildeo
patogecircnicos a partir de fermentaccedilotildees em batelada com eficiecircncia proacutexima a 50 na
conversatildeo do substrato
O termo goma tal como usado tecnicamente pelas induacutestrias refere-se aos
polissacariacutedeos de origem vegetal ou microbiana e seus derivados de alto peso
molecular que quando solubilizados em aacutegua fria ou quente produzem suspensotildees ou
soluccedilotildees viscosas podendo formar geacuteis a baixas concentraccedilotildees (Lopes 1989 Whistler
amp BeMiller 1993)
As bacteacuterias Gram-negativas apresentam a parede celular mais fina consequumlecircncia
da menor quantidade de peptidoglicano em comparaccedilatildeo agraves Gram-positivas e tem
como maior componente um macropoliacutemero denominado lipopolissacariacutedeo A
presenccedila do lipopolissacariacutedeo fornece uma barreira hidrofiacutelica agrave superfiacutecie celular Em
muitas bacteacuterias a hidrofilicidade da superfiacutecie celular eacute aumentada pela presenccedila de
uma camada de EPS O EPS pode estar organizado de modo a formar uma camada
coesiva e aderente denominada ldquocaacutepsulardquo ou consistir em um polissacariacutedeo livre e
ldquomucilaginosordquo (slime) com pouca ou nenhuma aderecircncia celular O termo EPS ou
exopolissacariacutedeo pode ser usado tanto para descrever o polissacariacutedeo mucilaginoso
como o capsular (Portilho 2002)
Vaacuterias bacteacuterias pertencentes agrave famiacutelia Rhizobiaceae satildeo produtoras de EPS na
cultura esses EPS rizobianos satildeo heteropolissacariacutedeos de espeacutecie ou estirpe-
especiacuteficos compostos de diferentes tipos de monossacariacutedeos (Becker amp Puumlhler
1998) Existem evidecircncias de que a composiccedilatildeo de EPS varia natildeo soacute entre os diversos
gecircneros mas tambeacutem com mudanccedilas no meio ambiente bacteriano (Karr et al 2000)
e alteraccedilotildees na constituiccedilatildeo das unidades repetitivas podem afetar a habilidade
simbioacutetica do bacterioacuteide (Wielbo et al 2004) Poreacutem os mecanismos de
desenvolvimento simbioacutetico e de infecccedilatildeo ainda natildeo estatildeo claros e por isso existe
contiacutenuo interesse em se elucidar a geneacutetica a biologia molecular e a bioquiacutemica de
EPS e de superfiacutecie de origem bacteriana
Os polissacariacutedeos sintetizados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium tais como
succinoglicanas e galactoglucanas (Zevenhuizen 1997) tecircm sido extensivamente
estudados na tentativa de melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose Muitos
trabalhos tecircm sido desenvolvidos com o objetivo de revelar a composiccedilatildeo quiacutemica a
biossiacutentese e informaccedilotildees geneacuteticas destas biomoleacuteculas e relacionar suas estruturas
quiacutemicas agraves propriedades de infestaccedilatildeo das bacteacuterias nas plantas hospedeiras (Canter
Cremers et al 1991) uma vez que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes da
especificidade simbioacutetica (Gil-Serrano et al 1992)
Os EPSs segundo Costerton (1987) possibilitam vida livre agrave bacteacuteria permitindo a
aderecircncia e colonizaccedilatildeo agrave superfiacutecies soacutelidas onde nutrientes se acumulam Eles
envolvem as membranas das ceacutelulas protegendo-as do dessecamento e outros
estresses ambientais aleacutem de poder ajudar na fixaccedilatildeo de minerais e nutrientes
proacuteximos agrave bacteacuteria (Sutherland 1988 Whitfield 1988)
Rhizobia de raacutepido crescimento sintetizam diferentes EPS EPS de alta massa
molecular o qual eacute excretado para o meio e resulta no aumento da viscosidade do
meio de cultivo CPS neutro e insoluacutevel depositado como uma massa volumosa ao
redor da ceacutelula e β-1 2-glucanas ciacuteclicas acumuladas no espaccedilo periplasmaacutetico e
excretadas para o meio (Zevenhuizen 1986) Os EPS despertam maior interesse
porque podem ser recolhidos diretamente do meio para o qual satildeo secretados Esses
microrganismos podem tambeacutem formar glucanas neutras unidas glicosidicamente por
ligaccedilotildees tipo β-14 presentes como microfibrilas celuloacutesicas de baixo massa molecular
(Zevenhuizen1986 Breedveld et al 1993) e algumas vezes no meio de cultura
podem ser encontrados compostos de baixa massa molecular semelhantes aos das
unidades monomeacutericas do EPS (Breedveld et al 1990)
A siacutentese de EPS aacutecido CPS neutro e poli-β-hidroxibutirato (PHB) por Rhizobium
eacute fortemente dependente das condiccedilotildees de cultivo das linhagens utilizadas assim
como da fase de crescimento levando a resultados que podem variar
consideravelmente (Zevenhuizen 1981 1986 Tombolini amp Nuti 1989) A produccedilatildeo de
EPS por Rhizobium leguminosarum R phaseoli e R trifolii segue associada ao
crescimento enquanto que R meliloti excreta principalmente polissacariacutedeos de baixa
massa molecular quando a proliferaccedilatildeo celular estaacute limitada pela falta de nitrogecircnio em
excesso de fonte de carbono ainda presente no meio
Zevenhuizen (1986) investigando a influecircncia das condiccedilotildees de cultivo nas
quantidades de EPS CPS e glucanas sintetizadas por Sinorhizobium meliloti TA-1
atraveacutes de cultivos em meio de sais contendo aacutecido glutacircmico (01 ) e manitol (1 )
em frascos de 100 mL agitados a 25 ordmC verificou que determinadas condiccedilotildees
direcionavam a siacutentese polissacariacutedica para um produto especiacutefico A produccedilatildeo de EPS
era favorecida em ar saturado com O2 a de CPS sob condiccedilotildees limitantes de nitrogecircnio
e moderado suprimento de O2 e a produccedilatildeo de β-12-glucanas em meio contendo uma
concentraccedilatildeo quatro vezes maior da fonte de nitrogecircnio produzindo uma alta
densidade celular e consequentemente uma limitaccedilatildeo severa de O2
Em todas as linhagens o acuacutemulo de glicogecircnio celular β-12-glucana e PHB
satildeo apenas iniciados sob condiccedilotildees limitantes do crescimento celular (Zevenhuizen amp
Ebbink1974) Quando haacute exaustatildeo da fonte de carbono externa glicogecircnio e PHB satildeo
metabolizados pelas ceacutelulas sustentando assim sua longevidade e atuando como
material de reserva (Zevenhuizen1981)
Ceacutelulas de R leguminosarum bv phaseoli e bv trifolii sintetizam EPS contendo
aacutecido urocircnico PHB eou glicogecircnio e ainda CPS natildeo metabolizaacutevel e pequenas
quantidades de β-12-glucana R melioti sintetiza EPS livre de aacutecido urocircnico PHB eou
glicogecircnio e elevadas concentraccedilotildees de β-12-glucana (Zevenhuizen 1981)
EPS aacutecidos elaborados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium apresentam exceto
por pequenas diferenccedilas uma viscosidade extraordinaacuteria na composiccedilatildeo e nas
propriedades estruturais entre linhagens de diferentes espeacutecies (Zevenhuizen
19711973 e Zevenhuizen amp Scholten-Koerselman1979) Os dois tipos mais comuns de
EPS de rizoacutebio (espeacutecies de raacutepido crescimento) obtidos apoacutes a precipitaccedilatildeo com 3
volumes de etanol satildeo EPS (da S meliloti) sem aacutecido urocircnico e que apresenta na
composiccedilatildeo molar D-glucose D-galactose aacutecido piruacutevico (711) denominado de
polissacariacutedeop Tipo I e EPS (da R leguminosarum bv phaseoli e bv trifolii) com
composiccedilatildeo molar D-glucoseD-galactoseaacutecido D-glucurocircnicoaacutecido piruacutevico (5122)
denominado de polissacariacutedeo Tipo II (Zevenhuizen1981)
As fraccedilotildees polimeacutericas precipitaacuteveis com trecircs volumes de etanol satildeo produtos de
elevada massa molecular com caraacuteter aacutecido os quais resultam em soluccedilotildees aquosas
altamente viscosas Polissacariacutedeos do Tipo I satildeo produtos comuns excretados de
linhagens de S meliloti e de Agrobacterium (Hisamatsu et al1982) sendo tambeacutem
sintetizados por bacteacuterias de origem totalmente diferente tal como Alcaligenes faecalis
(Harada amp Amemura 1981) S melioti sintetiza geralmente um EPS de elevada massa
molecular do tipo succinoglicana com a composiccedilatildeo glucose galactose piruvato
succinato acetato (71111) (Cinquini Dantas 1992 Matulovaacute et al 1994 Ridoult et
al1997)
Algumas linhagens de Rhizobium apresentam composiccedilotildees de EPS desviadas
dos tipos mais comuns mencionados acima tais como R leguminosarum bv phaseoli
linhagem K-82 com EPS de composiccedilatildeo molar D-glucoseD-galactose aacutecido urocircnico
aacutecido piruacutevico (1111) e S meliloti SU-234 que produz EPS correspondente ao
polissacariacutedeo Tipo II (Zevenhuizen 1981)
Um consideraacutevel nuacutemero de polissacariacutedeos produzidos por muitas linhagens de
rizoacutebio natildeo estaacute disperso livremente no meio mas sim presente como um material
viscoso amorfo ao redor da ceacutelula Tais polissacariacutedeos como a curdlana podem ser
extraiacutedos com a simples adiccedilatildeo de NaOH 05 M seguida de precipitaccedilatildeo pela
neutralizaccedilatildeo com HCl Curdlana uma β-13-glucana linear gelificante pode ser
produzida por Agrobacterium e por algumas linhagens de Rhizobium (Harada amp
Amemura 1981 Zevenhuizen 1986) assim como pela bacteacuteria Alcaligenes faecalis
bv myxogenes (Harada et al 1966 Phillips et al1983 Lawford amp Rousseau1989) O
derivado sulfatado deste homopoliacutemero apresenta atividades anticoagulantes e
antitromboacuteticas aleacutem de exibir efeito inibitoacuterio agrave infecccedilatildeo in vitro do viacuterus HIV-1
(Jagodzinsski et al 1994) Aleacutem dos polissacariacutedeos neutro e aacutecido de elevada massa
molecular as espeacutecies de Rhizobium assim como bacteacuterias do gecircnero Agrobacterium
excretam carboidratos de baixa massa molecular os quais tem sido caracterizados
como β-12-glucanas (York et al 1980) Estas glucanas se acumulam
preferencialmente no espaccedilo periplaacutesmico da ceacutelula (Abe et al 1982) mas satildeo
tambeacutem excretadas para o meio juntamente com EPS aacutecidos Aparentemente estes
carboidratos natildeo apresentam uma funccedilatildeo especiacutefica uma vez que experimentos
realizados natildeo sugerem a sua utilizaccedilatildeo como fonte de carbono ou de energia pelas
ceacutelulas apoacutes a exaustatildeo da fonte de carbono exoacutegena Entretanto acredita-se que β-
12-glucanas sejam importantes durante processo de infestaccedilatildeo de raiacutezes de plantas
Ceacutelulas mutantes de S meliloti natildeo sintetizadoras de β-12-glucanas induziram somente
a formaccedilatildeo de pseudonoacutedulos em alfafa (Breedveld et al1990)
As β-12-glucanas ciacuteclicas satildeo moleacuteculas com grande potencial de utilizaccedilatildeo
dado o espaccedilo interno relativamente hidrofoacutebico podendo ser apropriadas como
agentes de inclusatildeo comparaacuteveis agraves ciclodextrinas constituiacutedas de 6 a 8 resiacuteduos de
glucose unidos por ligaccedilotildees α-14 Os espaccedilos internos de ambas as moleacuteculas satildeo
praticamente semelhantes Contudo a solubilidade da β-12-glucana ciacuteclica eacute maior em
relaccedilatildeo agrave ciclodextrinas (Breedveld et al 1990)
Glicogecircnio e PHB estatildeo presentes nas ceacutelulas de Rhizobium sendo que
algumas vezes ocorre separadamente em diferentes linhagens mas na sua maioria
ambos os compostos aparecem juntos em ceacutelulas de uma mesma linhagem
Vaacuterios biopoliacutemeros tem sido produzidos e utilizados comercialmente entre eles
Dextrana (produzida por bacteacuterias dos gecircneros Leuconostoc e Streptococcus) Xantana
(produzida por bacteacuterias do gecircnero Xanthomonas) Curdulana (produzida pelas
bacteacuterias Alcaligenes faecalis bv mixogenes e Agrobacterium radiobacter) Alginato
bacteriano (produzido por bacteacuterias dos gecircneros Azotobacter principalmente
Azotobacter vinelandii e Pseudomonas) Zanflo (produzido pela bacteacuteria Erwinia
tahitica) Gelana (produzida pela bacteacuteria Sphingomonas paucimobilis anteriormente
classificada como Pseudomonas elodea) Welana (produzida por espeacutecies de
Alcaligenes) Escleroglucana (produzida por diferentes espeacutecies de Sclerotium)
Pululana (produzida pelo fungo Aureobasidium pullulans) Celulose bacteriana
(produzida pela bacteacuteria Acetobacter xilinum) (Sutherland 1992 Martins amp Saacute-Correia
1993 Giavasis el al 2000 Maugeri 2001 Giavasis et al 2003 Kalogiannis et al
2003 Campbell et al 2003)
Outros biopoliacutemeros que estatildeo em estudo natildeo sendo produzidos em escala
industrial podem ser citados tais como indicana (produzida por Beijerinckia indica)
emulsana (produzida por Acinetobacter calcoaceticus) pululana (produzida pela
levedura Rhodotorula bacarum) ciclossoforanas (produzidas por Rhizobium
Agrobacterium e algumas espeacutecies de Xanthomonas) clairana (produzida por
Beijerinckia sp) diutana (produzida pelo gecircnero Sphingomonas) (Maugeri 2001
Navarrete amp Shah 2001 Chi amp Zhao 2003 Moreira et al 2003) Ateacute o momento
dextrana e xantana satildeo praticamente os uacutenicos polissacariacutedeos microbianos
comercializados em larga escala A goma gelana eacute o terceiro polissacariacutedeo produzido
comercialmente por biossiacutentese microbiano utilizado na induacutestria de alimentos
(Maugeri 2001)
15 Reologia
A etmologia da palavra rheologia tem raiz e busca significado nos vocaacutebulos
gregos rheo = deformaccedilatildeo e logia = ciecircncia ou estudo Portanto reologia eacute a ciecircncia
que estuda como a mateacuteria se deforma ou escoa quando submetida a esforccedilos
originados por forccedilas externas Schlumberger (1982) Estuda o comportamento
deformacional e do fluxo de mateacuteria submetido a tensotildees sob determinadas condiccedilotildees
termodinacircmicas ao longo de um intervalo de tempo Inclui propriedades como
elasticidade viscosidade e plasticidade No caso mais simples a propriedade reoloacutegica
de interesse no caso de soacutelidos eacute a sua elasticidade e nos fluidos eacute a viscosidade que
pode ser interpretada como a resistecircncia interna ou fricccedilatildeo interna do fluido oferece
para escoar ou tambeacutem como a medida da fricccedilatildeo interna de um fluiacutedo Quanto mais
viscosa o fluido mais difiacutecil de escoar e maior o seu coeficiente de viscosidade
(Pasquel1999)
As propriedades reoloacutegicas das soluccedilotildees de poliacutemeros mudam com a natureza
do soluto dependem da massa molecular meacutedia da estrutura molecular dos grupos
acetil ou piruvato (Casas et al 2000 Moradi-Araghi 2000 Diltz amp Zeller 2001
Navarrete et al 2001)
Viscoelasticidade eacute uma das propriedades reoloacutegicas mais simples de
substacircncias de comportamento reoloacutegico complexo como satildeo os biopoliacutemeros uma
vez que soluccedilotildees de biopoliacutemeros com interesse de aplicaccedilatildeo comercial exibem
propriedades viscoelaacutesticas isto eacute a capacidade de formar geacuteis verdadeiros em baixas
concentraccedilotildees e portanto com caracteriacutesticas intermediaacuterias entre soacutelidos e fluiacutedos
(Szczesniak 1993)
Entretanto uma das importantes indicaccedilotildees de que um biopoliacutemero tem
propriedades funcionais com viabilidade de aplicaccedilatildeo comercial como agente
espessante estruturante ou gelificante eacute o resultado da medida da viscosidade
aparente de suas soluccedilotildees aquosas (Szczesniak 1993)
A viscosidade de uma soluccedilatildeo polimeacuterica eacute uma funccedilatildeo do tamanho e da forma e
conformaccedilatildeo que adotam suas moleacuteculas no solvente sendo que no caso de alimentos
e bebidas o solvente eacute uma soluccedilatildeo de outros solutos Assim sendo as soluccedilotildees das
gomas satildeo dispersotildees de moleacuteculas hidratadas eou agregados de moleacuteculas
hidratadas e seu comportamento reoloacutegico eacute determinado pelo tamanho forma
facilidade de deformaccedilatildeo ou flexibilidade e presenccedila e magnitude da carga eleacutetrica
nessas moleacuteculas hidratadas eou agregados As soluccedilotildees de polissacariacutedeos exibem
dois tipos gerais de comportamento reoloacutegico pseudoplaacutestico e tixotropia As soluccedilotildees
da maioria das gomas experimentam uma diminuiccedilatildeo da viscosidade com o aumento da
temperatura sendo que a goma xantana eacute uma exceccedilatildeo entre 0 e 100 ordm C (Pasquel
1999)
Na Viscoelasticidade os liacutequidos viscosos natildeo possuem forma geomeacutetrica
definida e escoam irreversivelmente quando submetidos a forccedilas externas Por outro
lado os soacutelidos elaacutesticos apresentam forma geomeacutetrica bem definida e se deformados
pela accedilatildeo de forccedilas externas assumem outra forma geomeacutetrica de equiliacutebrio Muitos
materiais apresentam um comportamento mecacircnico intermediaacuterio entre estes dois
extremos evidenciando tanto caracteriacutesticas viscosas como elaacutesticas e por este
motivo satildeo conhecidos como viscoelaacutesticos
Quanto agrave deformaccedilatildeo os fluidos podem ser classificados em
Reversiacuteveis ou elaacutesticos satildeo sistemas que natildeo escoam sua deformaccedilatildeo eacute
reversiacutevel e o sistema obedece agrave Lei de Hooke
Irreversiacuteveis ou viscosos satildeo sistemas que escoam sua deformaccedilatildeo eacute
irreversiacutevel e o sistema obedece agrave Lei de Newton de viscosidade constante
Tambeacutem podem ser classificados quanto agrave relaccedilatildeo entre a taxa de deformaccedilatildeo e a
tensatildeo de cisalhamento
Fluidos Newtonianos sua viscosidade eacute constante seguem a Lei de
Newton Esta classe abrange todos os gases e liacutequidos natildeo polimeacutericos e
homogecircneos A relaccedilatildeo entre a taxa de deformaccedilatildeo e a tensatildeo de cisalhamento
eacute linear e o coeficiente angular da reta eacute a viscosidade (Severs 1962)
Ex aacutegua leite soluccedilotildees de sacarose oacuteleos vegetais
Fluidos Natildeo Newtonianos a relaccedilatildeo entre a taxa de deformaccedilatildeo e a tensatildeo de
cisalhamento natildeo eacute constante A relaccedilatildeo eacute natildeo linear e o coeficiente angular
(viscosidade) varia com a taxa de deformaccedilatildeo (Severs 1962)
Aleacutem disso os fluidos natildeo newtonianos ainda podem ser classificados em
viscoelaacutesticos dependentes e independentes do tempo (Figura 1)
A Figura 2 mostra o comportamento reoloacutegicos do fluido newtoniano e dos fluidos
natildeo newtonianos independentes do tempo
O comportamento reoloacutegico dos fluidos pode ser caracterizado atraveacutes da
relaccedilatildeo entre a tensatildeo de cisalhamento (forccedilaaacuterea cisalhada) e a taxa de deformaccedilatildeo
Normalmente os poliacutemeros em soluccedilatildeo diluiacuteda demonstram um comportamento de
liacutequido newtoniano Em soluccedilatildeo concentrada ou no estado fundido os poliacutemeros
apresentam um comportamento reoloacutegico distinto que lhes confere a denominaccedilatildeo de
fluidos natildeo-newtonianos (Tager 1978)
Dependentes do tempo
Independentes do tempo
Tixotroacutepicos
Sem tensatildeo de cisalhamento
inicial
Natildeo Newtoniano
Com tensatildeo de cisalhamento
inicial
Dilatantes
Herschel-Bulkley
Fluidos
Newtoniano
Viscoelaacutesticos
Reopeacuteticosticos
Pseudoplaacutesticos
Plaacutesticos de Bingham
Figura 1 Classificaccedilatildeo dos Fluidos segundo seu comportamento reoloacutegico
Figura 2 Curvas de escoamento de fluidos newtoniano e natildeo newtonianos de propriedades independentes do tempo de cisalhamento
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Os fluidos natildeo-newtonianos cujas propriedades reoloacutegicas satildeo independentes do
tempo temos diversos tipos de comportamento de materiais que satildeo denominados
viscoplaacutesticos ou de Bingham dilatante e pseudoplaacutesticos
Os materiais viscoplaacutesticos ou de Bingham necessitam de uma tensatildeo inicial
para comeccedilarem a deformaccedilatildeo cisalhamento mantendo entatildeo a relaccedilatildeo entre tensatildeo
e taxa de deformaccedilatildeo que pode ser constante ou natildeo Em soluccedilotildees de poliacutemeros de
alto peso molecular muitas vezes uma tensatildeo de cisalhamento miacutenima se faz
necessaacuteria a fim de vencer as interaccedilotildees intermoleculares existentes Soacute apoacutes o
colapso destas ligaccedilotildees ocorre o escoamento do fluido Como exemplos destes fluidos
podem ser citados a margarina polpa de papel e a maioria das tintas (Bretas 1987)
Os materiais com comportamento dilatante ou pseudoplaacutestico natildeo necessitam de
uma tensatildeo miacutenima para escoarem mas a viscosidade destes fluidos varia de forma
natildeo linear com a taxa de deformaccedilatildeo (Cheremisinoff 1993)
Os materiais pseudoplaacutesticos incluem a maioria dos fluidos natildeo-newtonianos
como por exemplo soluccedilotildees polimeacutericas acetato de celulose maionese suspensotildees
de polpa de papel e pigmentos (Cheremisinoff 1993) A maioria dos poliacutemeros
sinteacuteticos no seu estado fundido e das soluccedilotildees aquosas de polissacariacutedeos satildeo
exemplos de materiais pseudoplaacutesticos (Lopes 1989)
O termo dilatacircncia eacute empregado normalmente para descrever tanto uma
expansatildeo de volume sob cisalhamento como para caracterizar o aumento de
viscosidade de certos fluidos com o aumento da velocidade de cisalhamento Neste
uacuteltimo aspecto a dilatacircncia eacute observada como fenocircmeno inverso agrave pseudoplasticidade
(Bauer amp Collins 1967) O comportamento dilatante pode ser observado em
suspensotildees muito concentradas em que as partiacuteculas constituintes satildeo irregulares e
natildeo se orientam facilmente ou em poliacutemeros fundidos onde haacute formaccedilatildeo de cristais
durante o processo de escoamento (Lopes e Andrade 1991) Como exemplos de
dilatantes podemos citar as suspensotildees aquosas de dioacutexido de titacircnio suspensotildees de
amido de milho em etilenoglicolaacutegua goma araacutebica areia de praia molhada entre
outros (Lopes e Andrade 1991 Cheremisinoff 1993)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Os fluidos natildeo-newtonianos cujas propriedades reoloacutegicas satildeo dependentes do
tempo temos diversos tipos de comportamento de materiais que satildeo denominados de
reopeacuteticos e tixotroacutepicos Materiais que se tornam mais viscosos durante a
transformaccedilatildeo em cisalhamento suave satildeo chamados reopeacuteticos exibem um aumento
da viscosidade com o aumento da velocidade de cisalhamento a uma velocidade de
cisalhamento constante (suspensatildeo de gesso solos) e os que se tornam menos
viscosos satildeo chamados tixotroacutepicos (tinturas vaacuterios lubrificntes) (Cheremisinoff 1993)
Os materiais tixotroacutepicos satildeo inevitavelmente pseudoplaacutesticos mas nem todo
pseudoplaacutestico eacute tixotroacutepico (Lenk 1978)
Uma outra categoria de fluidos natildeo-newtoniano eacute representada pelos fluidos
viscoeslaacutesticos Um material eacute descrito como viscoelaacutestico quando em suas
propriedades mecacircnicas parte da energia eacute armazenada e outra parte eacute dissipada
como calor Na verdade todos os corpos reais satildeo viscoelaacutesticos (Graessley 1984)
Um fluido viscoelaacutestico em equiliacutebrio quando submetido agrave uma tensatildeo cisalhante
responde de dois modos sobrepostos Primeiro o material exibe uma resposta elaacutestica
que corresponde ao deslocamento das moleacuteculas de sua posiccedilatildeo inicial para uma nova
posiccedilatildeo de equiliacutebrio Isto ocorre logo apoacutes a aplicaccedilatildeo da tensatildeo e eacute chamado de
tempo de relaxamento O segundo modo de resposta agrave tensatildeo eacute o escoamento viscoso
iniciando-se tambeacutem logo que esta eacute aplicada O escoamento viscoso eacute por
conseguinte irreversiacutevel espontaneamente podendo continuar mesmo apoacutes o aliacutevio da
tensatildeo (Tager 1978) Como exemplos desta classe de fluiacutedos poliacutemeros como o
naacuteilon vaacuterias soluccedilotildees polimeacutericas e geleacuteias (Cheremisinoff 1993)
O estudo reoloacutegico de sistemas polimeacutericos tem auxiliado tanto na compreensatildeo
da estrutura molecular de muitos tipos de poliacutemeros quanto na forma como esta
conformaccedilatildeo estrutural afeta o comportamento reoloacutegico quer em condiccedilotildees
permanentes quer em deformaccedilatildeo intermitente A viscosidade e a elasticidade satildeo as
duas faces que tendem a caracterizar a maneira como um material reage a uma tensatildeo
imposta (Machado 2002)
A estrutura quiacutemica de cada biopoliacutemero bem como os grupos substituintes que
ele possui determinam suas caracteriacutesticas reoloacutegicas e portanto suas potenciais
aplicaccedilotildees (Pace 1991)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Os polissacariacutedeos microbianos variam consideravelmente em suas
propriedades fiacutesicas incluindo as caracteriacutesticas reoloacutegicas influenciando
marcadamente o processo fermentativo (Sutherland 1990)
2 JUSTIFICATIVA
A relevacircncia deste trabalho consiste na necessidade do desenvolvimento de
tecnologias de baixo custo capazes de melhorar os niacuteveis de produtividade do feijoeiro
podendo ser favorecido pelo estudo do comportamento da produccedilatildeo de polissacariacutedeos
por Rhizobium sp onde os resultados permitiratildeo avaliar a produccedilatildeo do biopoliacutemero
sintetizado como uma alternativa viaacutevel e promissora principalmente pelo uso de
bioproduto para formulaccedilatildeo de inoculante visando incrementar a contribuiccedilatildeo no
processo da Fixaccedilatildeo Bioloacutegica de Nitrogecircnio podendo gerar no futuro insumos
bioloacutegicos capazes de promover saltos qualitativos para a agricultura
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
3 OBJETIVOS 31 Geral Obter isolados de rizoacutebios para maior eficiecircncia no desenvolvimento da planta visando
selecionar microrganismos para produccedilatildeo de polissacariacutedeos extracelulares e que
possuam capacidade para produzir biopoliacutemero
32 Especiacuteficos
Estudo cineacutetico do cultivo de rizoacutebios para determinar as condiccedilotildees culturais que
assegurem uma produccedilatildeo eficiente de polissacariacutedeos
Determinar quais os melhores isolados produtores de polissacariacutedeo em meio
liacutequido (gL-1)
Estudar paracircmetros na produccedilatildeo de exopolissacariacutedeo formado pelas estirpes de
rizoacutebio tais como volume de inoacuteculo e o comportamento viscosimeacutetrico da
dispersatildeo do polissacariacutedeo
Avaliar a influecircncia do tempo na produccedilatildeo do polissacariacutedeo pelo
acompanhamento de consumo de substrato e de formaccedilatildeo do produto
Determinar a composiccedilatildeo quimica e a dosagem de sacarose das melhores
estirpes produtoras de polissacariacutedeo
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
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Rocha M Yamada T eds Cultura do feijoeiro Fatores que afetam a produtividade Piracicaba Associaccedilatildeo Brasileira para Pesquisa da Potassa e do
Fosfato 1988 p50-79
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
5 CAPIacuteTULO 1
BIOPOLIacuteMEROS SINTETIZADOS POR Rhizobium sp PRODUCcedilAtildeO E COMPORTAMENTO REOLOacuteGICO
Barreto M C S 12 Figueiredo M V B 2 Burity H A2 Lima-Filho J L 1
1Universidade Federal de Pernambuco Rua Nelson Chaves sn Cidade Universitaacuteria
Recife ndash PE Brasil
2Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria ndash IPA Laboratoacuterio Biologia do
Solo Av Gal San Martin 1371 Bongi Recife ndash PE Brasil
Autor de correspondecircncia Maria do Carmo Silva Barreto Empresa Pernambucana de Pesquisa
Agropecuaacuteria ndash IPA Laboratoacuterio Biologia do Solo Av Gal San Martin 1371 Bongi Recife ndash PE
Brasil E-mail mcsbarretogmailcom
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
RESUMO Os biopoliacutemeros polissacariacutedicos de origem microbiana sintetizados por bacteacuterias
fungos e leveduras satildeo tambeacutem conhecidos como goma devido a sua capacidade de
formar soluccedilotildees viscosas e geacuteis em meio aquoso A produccedilatildeo de exopolissacariacutedeos
(EPS) microbianos tem sido objeto de intensa pesquisa tendo em vista seu elevado
potencial de aplicaccedilatildeo em diferentes setores No entanto os polissacariacutedeos
sintetizados por bacteacuterias do grupo Rhizobium tem sido estudados na tentativa de
melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose leguminosa X Rhizobium uma vez
que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes da especificidade simbioacutetica
entretanto a precisa funccedilatildeo destas moleacuteculas ainda estaacute sendo investigada No
processo de produccedilatildeo e viscosidade de polissacariacutedeo a ser obtido deve-se considerar
desde o microrganismo em estudo ateacute a determinaccedilatildeo dos paracircmetros de agitaccedilatildeo
tempo de incubaccedilatildeo excesso ou ausecircncia de carboidratos e volume de inoculo onde
se destaca o meio de produccedilatildeo e sua influecircncia na siacutentese no rendimento e na
composiccedilatildeo dos EPS O objetivo deste trabalho foi avaliar a produccedilatildeo e viscosidade de
biopoliacutemeros obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp comparados com a estirpe padratildeo
Rhizobium tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo O biopoliacutemero foi obtido
atraveacutes de agitaccedilatildeo em incubador agitador As condiccedilotildees foram 28 degC 200 rpm por 96
e 168 horas em meio YM modificado Foram avaliados a produccedilatildeo pela massa seca
da soluccedilatildeo aquosa dos biopoliacutemeros a 25 (vv) atraveacutes da teacutecnica da massa seca e
apoacutes a secagem do produto foi realizada em dissecador agrave temperatura de 30 degC ateacute
massa constante Para medidas de viscosidade as amostras foram determinadas em
viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT Spindle 1) a 20 degC a diferentes taxas
de cisalhamento Os resultados mostraram que os isolados no tempo de fermentaccedilatildeo
de 168 horas apresentou maior produccedilatildeo de EPS Com o aumento do tempo tambeacutem
houve um aumento da viscosidade para todos os isolados
Palavras Chave Exopolissacariacutedeos (EPS) reologia rizoacutebio
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ABSTRACT
The biopolymers are polysaccharide from microbial origin synthesized by bacteria fungi
and yeast They are also known as gums due to their capacity to produce viscous
solutions and gel in an acquoso medium The production of microbial Exopolysaccharide
(EPS) has been an object of intensive research due to its high application and potential
in different fields However the polysaccharide synthesized by bacteria from
Rhizobium have been studied to help understand their participation in the leguminous
symbiosis X Rhizobium since these biopolymers seem to determine the symbiotic
specificity however the precise function of those molecules are still to be seen to
During the process of production and viscosity of polysaccharide it should be
considered from the microorganism being studied to the determination of rotatory
parameters time of incubation excess or lack of carbohydrates and inocule volume in
which the production medium and its influence on the synthesis is highlighted in the
yield and composition of exopolysaccharides The aim of this research is to evaluate the
production and viscosity of biopolymers obtained form 8 isolated Rhizobium sp
compared to standard strain Rhizobium tropici (CIAT 899) in different culture timing The
biopolymer was obtained through rotation in shakers The conditions were 28degC
200rpm per 96 and 168 hours in modified YM medium The following items were
evaluated the production via dry weight of acquoso solution of biopolymers at 25
(vv) through the technique of dry weight and after drying the product which was done in
a dessicator at 30degC with constant weight For measuring viscosity the samples were
identified by using a rotational Brookfield (model RVT Spindle 1) viscometer at 20degC
and shear rate The results showed that the isolated ones had a bigger production within
168 hours of fermentation time Besides by increasing the time there was also an
increase of viscosity for all the isolated ones
Keywords Exopolysaccharide(EPS) rheology rhizobia
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
51 Introduccedilatildeo
Os biopoliacutemeros polissacariacutedicos de origem microbiana sintetizados por bacteacuterias
fungos e leveduras satildeo tambeacutem conhecidos como goma devido a sua capacidade de
formar soluccedilotildees viscosas e geacuteis em meio aquoso Esses polissacariacutedeos de cadeia
complexa tambeacutem satildeo conhecidos como gomas devido a sua capacidade de formar
soluccedilotildees viscosas e geacuteis em meio aquoso
Um grande nuacutemero de bacteacuterias conhecidas produz quantidades abundantes de
exopolissacariacutedeos (EPS) particularmente as patogecircnicas de plantas como as
Xanthomonas Erwinia e as bacteacuterias fixadoras de nitrogecircnio Rhizobium Beijerinkia e
Azotobacter (Vermani et al 1995) Destas os exopolissacariacutedeos de Xanthomonas
campestris (xantana) Sphingomonas paucimobilis e Pseudomonas elodea (gelana)
Acetobacter xylinum (celulose) e Rhizobium sp (succinoglucana) estatildeo sendo
comercializados (Sutherland 2001)
Os polissacariacutedeos extracelulares sintetizados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium
tecircm sido estudados na tentativa de melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose
leguminosa x Rhizobium uma vez que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes
da especificidade simbioacutetica entretanto a precisa funccedilatildeo destas moleacuteculas ainda estaacute
sendo investigada
Segundo Costerton (1987) os EPS possibilitam vida livre agrave bacteacuteria permitindo a
aderecircncia e colonizaccedilatildeo agrave superfiacutecies soacutelidas onde os nutrientes se acumulam Eles
envolvem as membranas das ceacutelulas protegendo-as do dessecamento e outros
estresses ambientais aleacutem de poder ajudar na fixaccedilatildeo de minerais e nutrientes proacuteximo
a bacteacuteria (Sutherland 1988 Whitfield 1988) Ainda segundo Costerton (1987) os
EPS podem ser homopoliacutemeros ou heteropoliacutemeros e possuem uma variedade de
substituintes natildeo carboidratados Entre os homopoliacutemeros encontrados em bacteacuterias
que interagem com plantas as mais comuns satildeo as glucanas periplasmaacuteticas β (1-2)
que estatildeo presentes em Rhizobiaceae (Otoboni 2001)
Os polissacariacutedeos bacterianos hidrossoluacuteveis vecircm sendo utilizados pelas induacutestrias
como emulsificantes estabilizantes espessantes agentes de suspensatildeo e dependendo
de sua natureza quiacutemica as gomas microbianas podem tambeacutem ser empregadas como
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
promotoras de gelificaccedilatildeo No entanto os polissacariacutedeos sintetizados por bacteacuterias do
gecircnero Rhizobium tais como succinoglicanas e galactoglucanas (Zevenhuizen 1997
Younes et al 2000) tecircm sido estudados na tentativa de melhor compreender sua
participaccedilatildeo na simbiose
A produccedilatildeo de EPS microbianos tem sido objeto de intensa pesquisa tendo em
vista seu elevado potencial de aplicaccedilatildeo em diferentes setores pois natildeo se encontra
exposta agraves alteraccedilotildees climaacuteticas ou agrave problemas nas colheitas que prejudicam a oferta
e alteram o custo de produccedilatildeo das gomas tradicionais No processo de produccedilatildeo de
polissacariacutedeos deve-se considerar desde o microrganismo em estudo ateacute a
determinaccedilatildeo dos paracircmetros de agitaccedilatildeo tempo de incubaccedilatildeo excesso ou ausecircncia
de carboidratos e volume de inoacuteculo onde se destaca o meio de produccedilatildeo e sua
influecircncia na siacutentese no rendimento e na composiccedilatildeo dos EPS (Faria 2002)
Na literatura estatildeo descritos vaacuterios meios de produccedilatildeo entretanto a composiccedilatildeo
qualitativa eacute a mesma e cada suplemento apresenta uma determinada funccedilatildeo na
produccedilatildeo de polissacariacutedeo Basicamente os meios para produccedilatildeo de polissacariacutedeos
apresentam uma fonte de foacutesforo e potaacutessio (fosfato de potaacutessio) e nitrogecircnio (sulfato
de amocircnio) em concentraccedilotildees adequadas para o crescimento do microrganismo uma
fonte de carbono (glicose sacarose manose frutose e outras) como reserva energeacutetica
e ainda oligoelementos como Na1+ K1+ Ca2+ Mg2+ Fe2+ e outros os quais tecircm um
papel importante como cofatores enzimaacuteticos nas vias de produccedilatildeo do polissacariacutedeo
(Martins et al 1990 Wong 1993 Madi et al 1997)
Soluccedilotildees de biopoliacutemeros bacterianos com propriedades reoloacutegicas interessantes
do ponto de vista industrial geralmente exibem propriedades pseudoplaacutesticas
viscoelaacutesticas e tensatildeo residual elevada (Sutherland 2001) poreacutem a viscosidade
aparente do caldo de fermentaccedilatildeo era o paracircmetro utilizado para avaliar a qualidade do
biopoliacutemero (Scamparini 1991 Bueno amp Garcia-Cruz 2000) Dos paracircmetros que
interferem na viscosidade dos poliacutemeros pode-se citar o tipo de estrutura molecular e
concentraccedilatildeo de poliacutemero A viscosidade da soluccedilatildeo aquosa de um polissacariacutedeo estaacute
diretamente relacionada com a rigidez de sua moleacutecula que por sua vez depende da
sua estrutura principalmente da estrutura primaacuteria e secundaacuteria a qual estaacute
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
diretamente relacionada agrave bacteacuteria utilizada e agraves condiccedilotildees operacionais do processo
de produccedilatildeo (Bradshaw et al 1983)
A seleccedilatildeo de microrganismos que produzam polissacariacutedeos com propriedades
funcionais economicamente interessantes bem como os estudos para otimizar o
rendimento e a produtividade dos processos fermentativos na obtenccedilatildeo destes eacute um
desafio constante (Boza 2002) A seleccedilatildeo da linhagem deveria ser o primeiro passo
quando se tenta um processo especiacutefico de produccedilatildeo
Dentro deste contexto este trabalho teve como objetivo geral avaliar a produccedilatildeo e
viscosidade de EPS obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp comparados com a estirpe
padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo
52 Material e Meacutetodos
Microrganismos
Foram utilizadas as bacteacuterias pertencentes ao gecircnero Rhizobium 8 isolados (nativos
da regiatildeo do sertatildeo de Pernambuco ndash Araripina) do banco de germoplasma da
Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria - IPA resistentes a alta
temperatura e formadoras de goma e uma estirpes padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899)
obtidas do Centro Nacional de Pesquisa em Agrobiologia - CNPAB EMBRAPA
As estirpes descritas na Tabela 1 foram mantidas em meio YMA (Vincent 1970 -
modificado) contendo (gL-1) sacarose (30 g) extrato de levedura (04 g) 1 mL de
K2HPO4 a 10 4 mL de KH2PO4 a 10 2 mL de MgSO47H2O a 10 1 mL de NaCl
a 10 5 mL de Azul de Bromotimol 025 em KOH a 02N ou 10 mL de Vermelho
Congo a 025
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Inoacuteculo
As estirpes descritas na Tabela 1 foram purificadas por repicagem em placas de
petri contendo o meio YMA (Vincent 1970 - modificado) utilizando o corante vermelho
do congo como indicador Apoacutes a purificaccedilatildeo as bacteacuterias foram repicadas em tubos
inclinados em meio de cultura sem o indicador vermelho de congo as quais foram
incubados a 28 degC por 48 horas em estufa e armazenadas a plusmn4 degC
A partir dessas culturas os experimentos foram conduzidos em duas etapas
Primeiro preparou-se um preacute-inoacuteculo partindo de uma alccedilada de cultura crescida sobre
meio YMA e incubada em estufa por 48 h a 28 plusmn 1 degC Transcorrido este periacuteodo
Isolados
Estirpe
Tamanho
das colocircnias
Tempo
Crescimento (dias)
pH
Transparecircncia
Hospedeiro
Origem
ISOL-1
gt 1 mm
2
Alcalino
Transluacutecido
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-2
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-3
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-4
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-6
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-11
gt 1 mm
2
Aacutecido
Transluacutecido
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-14
lt 1 mm
2
Levemente
Aacutecido
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-16
gt 1 mm
2
Levemente
Aacutecido
Opaco
Phaseolus vulgaris
CIAT 899
gt 1 mm
2
Aacutecido
Transluacutecido
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
Cali-CO
Tabela 1 Caracteriacutesticas morfofisioloacutegicas dos Isolados de rizoacutebios e da estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
preparou-se o inoacuteculo atraveacutes da transferecircncia asseacuteptica em Erlenmeyer de 250 mL
com 80 mL de meio de produccedilatildeo contendo 25 (vv) de uma cultura do preacute-inoacuteculo
crescida ateacute a fase logariacutetma e incubados em agitador rotatoacuterio a 200 rpm a 28 plusmn 1 degC
em triplicata
Produccedilatildeo e recuperaccedilatildeo de biopoliacutemero
A produccedilatildeo total dos biopoliacutemeros [g(Lh)-1] obtidos nos diferentes tempos de
cultivo foram avaliados pela massa do produto seco por volume de meio YM
modificado em Incubadora refrigerada com agitaccedilatildeo Modelo TE-421 TECNAL A
quantidade produzida de EPS durante a fermentaccedilatildeo foi determinada atraveacutes da
teacutecnica da massa seca Apoacutes centrifugaccedilatildeo aacutelcool etiacutelico PA foi adicionado ao mosto
fermentado ateacute atingir a concentraccedilatildeo de 80 na soluccedilatildeo hidroalcooacutelica formada
Apoacutes a total precipitaccedilatildeo do EPS presente no meio fermentado foi realizado a secagem
do produto em dissecador agrave temperatura 30 degC ateacute massa constante Todas as
determinaccedilotildees foram efetuadas em triplicata
Viscosidade
A caracterizccedilatildeo reoloacutegica do biopoliacutemero produzido foi determinada em um
viscosiacutemetro rotacional Brookfield modelo RVT com spindle 1 a 20 degC acoplados a
um banho-maria termostatizado modelo TE-184 TECNAL Foram determinadas as
viscosidades aparentes e a avaliaccedilatildeo do comportamento pseudoplaacutestico As equaccedilotildees
e procedimentos especiacuteficos aplicados para os caacutelculos das taxas de cisalhamento em
funccedilatildeo da rotaccedilatildeo aplicada no material foram obtidos atraveacutes dos meacutetodos verificados
por Mitschka (1982) citado por Morais (1999) para reocircmetros deste modelo (RV)
O modelo reoloacutegico adotado foi de Ostwald-de Waele (power-law)
n
kibull
= γτ )(
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Pelo meacutetodo utilizado a tensatildeo de cisalhamento eacute calculada pela multiplicaccedilatildeo da
leituras de torque pela constante tabelada kat (funccedilatildeo do rotor) e a taxa de cisalhamento
pela constante kγ (funccedilatildeo do rotor e iacutendice da potecircncia) (Morais 1999)
)()( iLKi at=τ
)()()( iWnKi γγ =
Os valores das constantes das constantes de Mitschka se encontram na tabela 2
seguinte
Tabela 2 Valores das constantes kat e kγ (Mitshka 1982)
Rotor 1 2 3 4 5 6 7
kat 0035 0119 0279 0539 105 235 84
n=01 1728 1431 1457 1492 1544 1366 1936
02 0967 0875 0882 0892 0907 0851 1007
03 0705 0656 0656 0658 0663 0629 0681
kγ 04 0576 0535 0530 0529 0528 0503 0515
05 0499 0458 0449 0445 0442 0421 0413
06 0449 0404 0392 0387 0382 0363 0346
07 0414 0365 0350 0343 0338 0320 0297
08 0387 0334 0317 0310 0304 0286 0261
09 0367 0310 0291 0283 0276 0260 0232
10 0351 0291 0270 0262 0254 0238 0209
Anaacutelise Estatiacutestica Para as anaacutelises individuais do experimento foi utilizado um delineamento
inteiramente casualizado com nove (n = 9) bacteacuterias e trecircs repeticcedilotildees (r =3) O modelo
matemaacutetico utilizado foi o aditivo linear
Yij = micro + bi + lij onde
Yij eacute a variaacutevel resposta (produccedilatildeo de biopoliacutemero) da i-eacutesima bacteacuteria na j-eacutesima
repeticcedilatildeo
micro eacute a meacutedia geral do experimento
bi eacute o efeito da i-eacutesima bacteacuteria
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
lij eacute o componente aleatoacuterio (erro experimental ou resiacuteduo) para a i-eacutesima bacteacuteria e j-
eacutesima repeticcedilatildeo Considerando eij independente e normalmente distribuiacutedo com meacutedia
zero e variacircncia σe2
O esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia utilizado para os experimentos de 96
e 168 horas pode ser visto na Tabela abaixo
Para a anaacutelise de Grupo de experimentos foi utilizado o modelo matemaacutetico Yijk = micro + bi + ti + (bt)ik + lijk onde
Yijk eacute a variaacutevel resposta (produccedilatildeo de biopoliacutemero) da i-eacutesima bacteacuteria no k-eacutesimo
tempo da j-eacutesima repeticcedilatildeo
micro eacute a meacutedia geral dos experimentos
bi eacute o efeito da i-eacutesima bacteacuteria
tk eacute o efeito do k-eacutesimo tempo
(bt)ik eacute o efeito da interaccedilatildeo hierarquica da i-eacutesima bacteacuteria com o k-eacutesimo tempo
lijk eacute o componente aleatoacuterio (erro experimental ou resiacuteduo) para a i-eacutesima bacteacuteria do
k-eacutesimo tempo na j-eacutesima repeticcedilatildeo Considerando lijk independente e normalmente
distribuiacutedo com meacutedia zero e variacircncia σe2
Fonte de variaccedilatildeo
GL
SQ
QM
F
Bacteacuterias
Resiacuteduos
1minusn
( )1minusrn
Total
1minusnr
sum=
minus
n
iCbir 1
21
Diferenccedila
CYij
r
j
n
iminussumsum
==
2
11
1Q
2Q
21
Tabela 3 ndash Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para experimentos em 96 e 168 horas
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
O esquema teoacuterico da decomposiccedilatildeo da variacircncia utilizado pode ser visto na Tabela 3
1minusnrt
53 Resultados e Discussatildeo
Produccedilatildeo de biopoliacutemero
As Tabelas 5 e 6 apresentam os resultados da anaacutelise de variacircncia e dos dados
meacutedios das anaacutelises individuais e do grupo de experimento da produccedilatildeo de biopoliacutemero
(gL-1) para os tempos de cultivo (96 e 168 horas) respectivamente
A Tabela 6 apresenta a produccedilatildeo meacutedia (gL-1) das fermentaccedilotildees realizadas em
triplicata para a produccedilatildeo do biopoliacutemero durante 96 e 168 horas de cultivo dos 8
isolados e da estirpe padratildeo CIAT 899 e a meacutedia do grupo de experimento das
mesmas Nesta observa-se que a produccedilatildeo maacutexima no periacuteodo de 168 horas de
processo ocorreu para todas as estirpes poreacutem a bacteacuteria CIAT 899 (padratildeo)
apresentou a maior produccedilatildeo em relaccedilatildeo aos demais tratamentos ( ISOL 14 ISOL 16 e
ISOL 3 ) pelo teste de Tukey a niacutevel de 1 de probabilidade Isto sugere que com o
aumento do tempo (168 horas) ocorre um aumento da produccedilatildeo o que mostra que a
Fonte de variaccedilatildeo
GL
SQ
QM
F
Bacteacuterias (B)
1minusn
_
1Q
41 QQ
Tempo (T) 1minust _ 2Q 42 QQ
Interaccedilatildeo (BxT) ( )( )11 minusminus tn _ 3Q
43
Resiacuteduo ( )1minusrnt _ 4Q
Tabela 4 ndash Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para grupo de experimentos
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
condiccedilatildeo de 30 g de sacarose 200 rpm 168 horas e 28 degC eacute a condiccedilatildeo maximizada
para a produccedilatildeo do biopoliacutemero realizada neste estudo No entanto em relaccedilatildeo a
meacutedia das produccedilotildees de 96 e 168 horas a estirpe CIAT 899 natildeo apresentou diferenccedila
significativa pelo teste de Tukey (plt001) em relaccedilatildeo ao ISOL 14 A menor produccedilatildeo
de biopoliacutemero ocorreu com o ISOL 1
FV GL
Quadrado Meacutedio 96 horas
168 horas
Bacteacuteria
Resiacuteduo
8
18
04366
00099
08720
00213
Significacircncia ao niacutevel (plt001) para o teste de F CV () 1525 (96 horas) CV() 1420 (168 horas)
Bacteacuterias
Produccedilatildeo
(gL-1) 96 horas
Produccedilatildeo
(gL-1) 168 horas
Meacutedia Produccedilatildeo
(gL-1) 96 e 168 horas
CIAT 899 12520 a 18542 a 15531 a
ISOL 14 10575 ab 16608 ab 13592 a
ISOL 16 08237 bc 13225 bc 10731 ab
ISOL 3 08825 bc 11746 cd 10285 ab
ISOL 11 06241 cd 08463 d 07352 bc
ISOL 4 04958 de 09429 cd 07194 bc
ISOL 6 04029 def 08479 d 06254 bc
ISOL 2 02162 ef 03217 e 02690 c
ISOL 1 01229 f 02779 e 02004 c
Tabela 6 Dados meacutedios das anaacutelises individuais e do grupo de experimento da produccedilatildeo de biopoliacutemeros por Rhizobium sp
Tabela 5 Resultados da anaacutelise de variacircncia da produccedilatildeo de biopoliacutemeros sintetizados por Rhizobium cultivados por 96 e 168 horas de cultivo
As meacutedias (3 repeticcedilotildees) seguidas de mesma letra natildeo diferem estatisticamente entre si pelo teste de Tukey (plt001) CV () 1525 (96 horas) CV () 1420 (168 horas) CV () 1487 (96 e 168 horas)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Entretanto sabe-se que a produccedilatildeo eacute influenciada pela linhagem do
microrganismo tempo e meio de fermentaccedilatildeo (Antunes et al 2000 Souza amp
Vendruscolo 2000 Torres et al 1993) Neste estudo a fonte de carbono utilizada como
substrato foi agrave sacarose que eacute bastante utilizada em experimentos de fermentaccedilatildeo As
fermentaccedilotildees foram realizadas com o meio de produccedilatildeo elaborado a partir do meio YM
(Vincent 1970) suplementado com uma dosagem maior de sacarose (30 gL) no intuito
de incrementar a produccedilatildeo das linhagens testadas
As bacteacuterias do gecircnero Rhizobium satildeo capazes de utilizar uma ampla gama de
produtos como fontes de carbono A literatura cita cultivos com glicose galactose
frutose arabinose xilose ramnose maltose sacarose lactose trealose rafinose
manitol furamato malato succinato citrato e piruvato (Jordan 1984) De todos estes
produtos a sacarose eacute o de mais faacutecil obtenccedilatildeo e mais vantajoso economicamente
Segundo Sutherland (2002) a glicose e sacarose satildeo usadas como fontes de carbono
preferenciais para a produccedilatildeo de biopoliacutemeros O rendimento da conversatildeo de
sacarose em ceacutelulas pelo R leguminosarum bv phaseoli oscila entre 04 e 05 g de
ceacutelulas por grama de sacarose (Boiardi 1983 Balatti 1992 IPT 1993a)
Padilha (2003) tambeacutem verificou que os resultados de fermentaccedilatildeo obtidos em
duas linhagens de Xanthomonas demonstraram a influecircncia do tempo de incubaccedilatildeo na
produccedilatildeo do biopoliacutemero onde a linhagem X axonopodis pv manihotis 289 apresentou
maior concentraccedilatildeo em ambas as condiccedilotildees testadas 72 e 96 horas 69 gL-1 e 79
gL-1 respectivamente em relaccedilatildeo agrave linhagem de X campestris pv campestris CA110
que produziu 63 gL-1 e 68 gL-1 respectivamente
Apoacutes a fermentaccedilatildeo os biopoliacutemeros foram purificados (por
centrifugaccedilatildeo) recuperados e avaliados visualmente para verificar as diferenccedilas
quanto agrave coloraccedilatildeo e estrutura das duas estirpes maiores produtoras de goma (CIAT
899 e ISOL 14) apoacutes a precipitaccedilatildeo com etanol A Figura 3 apresenta o aspecto dos
EPS precipitados a partir da produccedilatildeo onde pode-se observar diferenccedilas quanto ao
aspecto da goma precipitada Observa-se que os poliacutemeros sintetizado pelo ISOL 14
apresenta um aspecto transluacutecido enquanto que o CIAT 899 um aspecto mais opaco e
denso Quanto agrave coloraccedilatildeo natildeo foi detectada pigmentaccedilatildeo nas gomas obtidas
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Segundo Sandford (1979) os meacutetodos usados para a recuperaccedilatildeo de um
biopoliacutemero dependem sobretudo das caracteriacutesticas do microrganismo utilizado do
tipo de polissacariacutedeo e do grau de pureza desejado
Smith amp Pace (1982) revisaram esquemas de recuperaccedilatildeo para polissacariacutedeos
microbianos A precipitaccedilatildeo (baseada no caraacuteter polieletriliacutetico do polissacariacutedeo) tem
sido realizada pela adiccedilatildeo de caacutetions (como eletroacutelito) mono e polivalentes bem como
pela utilizaccedilatildeo de diversos tipos de solventes (acetona metanol etanol isopropanol 1-
butanol ou 111-tricloroetano) como agentes precipitantes
Os soacutelidos obtidos neste estaacutegio de separaccedilatildeo satildeo lavados com soluccedilatildeo
(etanolaacutegua) para remoccedilatildeo de grande parte das impurezas (Sais inorgacircnicos e
pigmentos) sendo entatildeo secos agrave vaacutecuo ou pela passagem forccedilada de ar quente ou
gaacutes inerte (Pace amp Righelato 1981) As condiccedilotildees de secagem devem ser tais que
evitem a degradaccedilatildeo quiacutemica coloraccedilatildeo excessiva ou mudanccedilas na solubilidade do
produto (Margaritis amp Pace 1985) O biopoliacutemero seco eacute entatildeo moiacutedo a uma
granulometria preacute-determinada dependendo da aplicaccedilatildeo do produto
Figura 3 ndash Aspecto do EPS precipitado sintetizado a partir do ISOL 14 (a) e do CIAT 899 (b) com 168 horas de cultivo
(a) (b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Viscosidade aparente
As propriedades reoloacutegicas foram avaliadas atraveacutes da anaacutelise de viscosidade
aparente para verificar o comportamento reoloacutegico dos EPS produzidas a temperatura
de 20 degC comparando-se nos tempos de fermentaccedilatildeo de 96 e 168 horas
Os resultados obtidos podem ser visualizados nas figuras 4 e 5 onde as soluccedilotildees
das gomas apresentaram comportamento pseudoplaacutestico isto eacute a viscosidade
aparente decresceu com o aumento da taxa de cisalhamento De acordo com a
literatura esse comportamento tem sido encontrado em soluccedilotildees polimeacutericas de
polissacariacutedeos microbianos (Amanullah et al 1996 Cacik et al 2001 Padilha 2003)
0
005
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0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110Taxa Cisalhamento (s-1)
Visc
osid
ade
apar
ente
(Pa
s)
ISOL 1
ISOL 2
ISOL 3
ISOL 4
ISOL 6
ISOL 11
ISOL 14
ISOL 16
CIAT899
Figura 4 Variaccedilatildeo da viscosidade aparente em funccedilatildeo da taxa de cisalhamento de soluccedilotildees aquosas de EPS 25 (vv) de 8 isolados de Rhizobium e uma estirpe padratildeo CIAT 899 a 20 degC com tempo de fermentaccedilatildeo de 96 h determinada com viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
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0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
Taxa cisalhamento (s-1)
Visc
osid
ade
apar
ente
(Pa
s)ISOL 1
ISOL 2
ISOL 3
ISOL 4
ISOL 6
ISOL 11
ISOL 14
ISOL 16
CIAT 899
Atraveacutes dos graacuteficos comparativos entre as leituras de viscosidade aparente das
soluccedilotildees aquosas das diferentes gomas produzidas pode-se visualizar que o CIAT
899 ISOL 3 e ISOL 16 apresentaram os valores de viscosidade mais elevados em
ambos os tempos de processo poreacutem em 168 horas as viscosidades tiveram um
aumento comparando-se a 96 horas (Figura 4 e 5)
A diminuiccedilatildeo da viscosidade com o aumento da taxa de cisalhamento eacute uma
caracteriacutestica comum aos biopoliacutemeros bacterianos Beyer et al (1987) observaram que
em soluccedilotildees a 1 do polissacariacutedeo produzido por Rhizobium CB744 medidas a 25 degC
e 65 degC tambeacutem houve um decreacutescimo da viscosidade com taxa de cisalhamento e
temperatura Vendruscolo (1995) estudou o comportamento reoloacutegico das soluccedilotildees
aquosas a 6 do biopoliacutemero Beijerinckia 7070 produzido por fermentaccedilatildeo com meio
VIII contendo 5 de sacarose medido nas temperaturas de 25 45 e 65 deg C Verificou
que a viscosidade eacute dependente da temperatura e que decresce com o aumento desta
poreacutem o biopoliacutemero recupera as suas caracteriacutesticas reoloacutegicas quando a viscosidade
eacute medida novamente na temperatura inicial no caso 25 degC
Figura 5 Variaccedilatildeo da viscosidade aparente em funccedilatildeo da taxa de cisalhamento de soluccedilotildees aquosas de EPS 25 (vv) de 8 isolados de Rhizobium e uma estirpe padratildeo CIAT 899 a 20 degC com tempo de fermentaccedilatildeo de 168 h determinada com viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Em estudo realizado por Bueno amp Garcia-Cruz (2000) com a bacteacuteria do gecircnero
Pseudomonas foi verificada a influecircncia do tempo de cultivo em 24 48 e 72 horas
utilizando-se dois caldos de fermentaccedilatildeo diferentes Em um caldo a fonte de carbono
utilizada foi a glicose e no outro a sacarose na concentraccedilatildeo de 20 Os
biopoliacutemeros apresentaram comportamento pseudoplaacutestico e a maior viscosidade
aparente obtida foi em 72 horas de cultivo O meio contendo sacarose produziu fluidos
mais viscosos em 24 e 48 horas e o contendo de glicose produziu fluidos mais viscosos
somente apoacutes 72 horas de cultivo
As propriedades reoloacutegicas do biopoliacutemero devem ser estaacuteveis durante mudanccedilas
na temperatura pH e forccedila iocircnica O conhecimento sobre as propriedades dos
biopoliacutemeros principalmente a viscosidade e o comportamento reoloacutegico satildeo
importantes para futuras aplicaccedilotildees industriais refletem sua estrutura quiacutemica primaacuteria
e servem para predizer em quais produtos podem ser utilizados (Scamparini et al
1997)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
54 Conclusotildees
Eacute possiacutevel produzir biopoliacutemeros a partir de Rhizobium sp utilizando-se meio
suplementado (sacarose 30 gL)
A condiccedilatildeo maximizada para a produccedilatildeo de biopoliacutemeros sintetizados por
Rhizobium sp a partir do meio suplementado dentro das faixas estudadas foi 28
degC 200 rpm 168 horas de fermentaccedilatildeo em meio contendo 25 (vv) inoculo
A produccedilatildeo obtida nessa condiccedilatildeo foi 185 gL-1 para a estirpe CIAT 899 166
gL-1 para o ISOL 14 e 132 gL-1 para o ISOL 16
Os biopoliacutemeros sintetizados por Rhizobium sp apresentaram comportamento
reoloacutegico caracteriacutestico de soluccedilotildees polimeacutericas de polissacariacutedeos microbianos
apresentando os valores mais elevados de viscosidade aparente para CIAT 899
ISOL 3 e ISOL 16 respectivamente para soluccedilotildees aquosas de goma sintetizadas
a partir de sacarose 30 gL medidos a 20 degC em 168 horas de processo
Estudos viscosiacutemetricos de soluccedilotildees do polissacariacutedeo revelaram seu
comportamento pseudoplaacutestico mesmo em baixas concentraccedilotildees
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
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Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
6 CAPIacuteTULO 2
CINEacuteTICA MICROBIANA E COMPOSICcedilAtildeO QUIacuteMICA DOS EPSs PRODUZIDOS POR Rhizobium sp
Barreto M C S 12 Figueiredo M V B 2Oliveira J P2 Lima-Filho J L 1
1Universidade Federal de Pernambuco Rua Nelson Chaves sn Cidade Universitaacuteria
Recife ndash PE Brasil
2Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria ndash IPA Laboratoacuterio Biologia do
Solo Av Gal San Martin 1371 Bongi Recife ndash PE Brasil
O manuscrito a seguir seraacute submetido agrave revista Scientia Agraacuteria
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
RESUMO Os exopolissacariacutedeos (EPSs) satildeo definidos como polissacariacutedeos extracelulares
produzidos por alguns fungos e bacteacuterias Alguns EPSs satildeo sintetizados durante todo o
crescimento bacteriano enquanto que outros satildeo produzidos somente durante a fase
logariacutetmica ou na fase estacionaacuteria O objetivo deste trabalho foi avaliar o crescimento
microbiano e dosagem de sacarose assim como determinar a composiccedilatildeo quiacutemica das
melhores estirpes obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp em diferentes tempos de
cultivo O biopoliacutemero foi obtido atraveacutes de agitaccedilatildeo em incubador rotatoacuterio As
condiccedilotildees foram 28 degC 200 rpm por 96 e 168 horas em meio YM modificado Foram
avaliados a cineacutetica microbiana pela contagem do nuacutemero de unidades formadoras de
colocircnias (UFC) e por densidade oacutetica assim como consumo de substrato (sacarose)
pelo meacutetodo glicose-oxidase e determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo quiacutemica por cromatografia
gaacutes liacutequido (GLC) Os resultados mostraram que a cineacutetica de crescimento microbiano
apresentou na fase logariacutetmica valores correspondentes a uma concentraccedilatildeo celular
meacutedia de 109 UFCmL para todos os isolados e estirpe padratildeo CIAT 899 apoacutes 72 horas
de incubaccedilatildeo O consumo de substrato em 168 horas de fermentaccedilatildeo foi de de 455
gL e 478 gL para o ISOL 14 e CIAT 899 respectivamente A composiccedilatildeo dos
accedilucares dos exopolissacariacutedeos do ISOL 14 apresentou valores superiores de
ramnose manose galactose glicose e aacutecidos urocircnicos na moleacutecula em relaccedilatildeo a
estirpe padratildeo CIAT 899
Palavras Chave Exopolissacariacutedeos glicose rizoacutebio sacarose unidades formadoras de colocircnias (UFC)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
61 Introduccedilatildeo
Os exopolissacariacutedeos (EPSs) chamados de biopoliacutemeros ou gomas
hidrossoluacuteveis satildeo produzidos por uma grande variedade de microrganismos e
possuem propriedades fiacutesicas estruturais e quiacutemicas bastante homogecircneas em
relaccedilatildeo aos derivados de algas e plantas (Margaritis Pace 1985)
A produccedilatildeo de EPS pode ser limitada por certas condiccedilotildees como quantidade de
carboidratos nitrogecircnio cofatores no meio temperatura pH e condiccedilotildees de aeraccedilatildeo
Entretanto os efeitos destas condiccedilotildees natildeo podem ser generalizados para todas as
estirpes bacterianas deve-se levar em consideraccedilatildeo as particularidades de cada uma
Os EPSs formam uma camada protetora para as ceacutelulas protegendo-as da
desidrataccedilatildeo e de substacircncias toacutexicas e servem como fonte de carbono e energia aleacutem
de manterem os microrganismos perto das fontes alimentares
Os primeiros estudos nutricionais sobre a composiccedilatildeo do meio de produccedilatildeo foram
realizados por Davidson (1978) em cultivo contiacutenuo e por Souw amp Demain (1979) em
batelada Souw amp Demain (1979) estudaram diferentes fontes de carbono e nitrogecircnio e
concluiacuteram que as melhores fontes de carbono satildeo accediluacutecares especialmente glicose e
sacarose Aleacutem do tipo de substrato utilizado a concentraccedilatildeo inicial deste no meio de
cultivo parece ser um fator decisivo para o sucesso do processo fermentativo
Thomart et al (1985) concluiacuteram que a produccedilatildeo de poliacutemero eacute altamente
dependente da concentraccedilatildeo inicial de accediluacutecar enquanto o crescimento do
microrganismo independe desta concentraccedilatildeo inicial de accediluacutecar Foi relatada uma
produccedilatildeo decrescente de poliacutemero agrave medida em que a concentraccedilatildeo inicial de glicose
foi aumentada caindo rapidamente a razatildeo poliacutemerobiomassa para concentraccedilotildees
iniciais maiores que 3
Diversas pesquisas tecircm tentado elucidar a rota biossinteacutetica as condiccedilotildees de
crescimento e a fisiologia bacteriana que leva agrave produccedilatildeo de polissacariacutedeos Alguns
EPSs satildeo sintetizados durante todo o crescimento bacteriano enquanto que outros satildeo
produzidos somente durante a fase logariacutetmica ou na fase estacionaacuteria A siacutentese de
todos esses EPSs eacute um processo intracelular utilizando accedilucares difosfato nucleotiacutedios
(De Souza Sutherland 1994)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Tem sido observado que as limitaccedilotildees da fonte de nitrogecircnio fosfato ou enxofre em
presenccedila de excesso de carboidrato podem conduzir a um aumento na siacutentese de
polissacariacutedeo embora a quantidade seja tambeacutem afetada pelo teor de oxigecircnio pH e
temperatura Cada cepa bacteriana difere em sua resposta ao efeito destas mudanccedilas
ambientais e agrave fonte de carbono utilizada (Faria 2002) Portanto a utilizaccedilatildeo do meio
de fermentaccedilatildeo mais adequado para a produccedilatildeo de EPS iraacute refletir nas propriedades
funcionais de cada polissacariacutedeo obtido
Para a produccedilatildeo de EPS podem ser usados os mais diversos substratos glicose
frutose sacarose lactose amido hidrolisado metanol diferentes hidrocarbonetos O
custo de produccedilatildeo eacute dependente destes substratos (Margaritis Pace 1985) De todos
estes produtos a sacarose eacute o de mais faacutecil obtenccedilatildeo e mais vantajoso
economicamente O rendimento da conversatildeo de sacarose com ceacutelulas pelo R
leguminosarum bv phaseoli oscila entre 04 e 05 g de ceacutelulas por grama de sacarose
(Boiardi 1983 Balatti 1992 IPT 1993 a) A sacarose (C12H22O11) eacute um dissacariacutedeo
natildeo redutor o qual por hidroacutelise com aacutecidos muito diluiacutedos resinas de troca catiocircnica ou
a enzima invertase fornece proporccedilotildees equimolares de D-Glicose e D-Frutose
Geralmente concentraccedilotildees limitantes de alguns nutrientes e excesso de
carboidrato favorecem a produccedilatildeo de polissacariacutedeos (Sutherland 1979) Obteacutem-se um
alto rendimento quando ocorre a conversatildeo de 70-80 da fonte de carbono utilizada
em biopoliacutemero (Margaritis Pace 1985)
Um aspecto de extrema importacircncia em relaccedilatildeo aos EPSs eacute a necessidade de
um riacutegido controle das condiccedilotildees de fermentaccedilotildees uma vez que diferentes paracircmetros
de produccedilatildeo levam agrave obtenccedilatildeo de produtos com caracteriacutesticas heterogecircneas
Assim eacute fundamental que qualquer estudo para a produccedilatildeo de EPS seja
acompanhado pela caracterizaccedilatildeo do material produzido principalmente a composiccedilatildeo
quiacutemica uma vez que pequenas variaccedilotildees quiacutemicas na moleacutecula teratildeo grande efeito
para determinadas aplicaccedilotildees
Dentro deste contexto este trabalho teve como objetivo geral avaliar a cineacutetica
microbiana obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp e uma estirpe padratildeo Rhizobium
tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo determinar a dosagem da sacarose
do ISOL 14 e a estirpe padratildeo CIAT 899 e a composiccedilatildeo quiacutemica do ISOL 14
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
selecionadas como as estirpes maiores produtoras de EPS em estudos realizados
anteriormente por Barreto et al (2008) (submetido agrave publicaccedilatildeo)
62 Material e Meacutetodos
Microrganismos
Foram utilizadas as bacteacuterias pertencentes ao gecircnero Rhizobium 8 isolados (nativos
da regiatildeo do sertatildeo de Pernambuco ndash Araripina) do banco de germoplasma da
Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria - IPA resistentes a alta
temperatura e formadoras de goma e uma estirpes padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899)
obtidas do Centro Nacional de Pesquisa em Agrobiologia - CNPAB EMBRAPA
As estirpes descritas na Tabela 1 foram mantidas em meio YMA (Vincent 1970)
modificado contendo (gL-1) sacarose (30 g) Extrato de Levedura (04 g) 1 mL de
K2HPO4 a 10 4 mL de KH2PO4 a 10 2 mL de MgSO47H2O a 10 1 mL de NaCl
a 10 5 mL de azul de bromotimol 025 em KOH a 02N ou 10 mL de vermelho do
congo a 025
Para as determinaccedilotildees da sacarose foram analisados apenas o ISOL 14 e a estirpe
padratildeo CIAT 899 e a composiccedilatildeo quiacutemica apenas o ISOL 14 selecionadas como as
estirpes maiores produtoras de EPS em estudos realizados por Barreto et al (2008)
(submetido agrave publicaccedilatildeo)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOLADOS ESTIRPE
HOSPEDEIRO ORIGEM
ISOL-1 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-2 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-3 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-4 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-6 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-11 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-14 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-16 Phaseolus vulgaris
CIAT 899 Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
Cali-CO
Inoacuteculo
As estirpes descritas na tabela 7 foram purificadas por repicagem em placas de
Petri contendo o meio de cultura Agar sacarose extrato de levedura (Vincent 1970 -
modificado) utilizando o corante vermelho do congo como indicador Apoacutes a
purificaccedilatildeo as bacteacuterias foram repicadas em tubos inclinados em meio de cultura sem o
indicador vermelho do congo as quais foram incubados a 28 degC por 48 horas em
estufa e armazenadas a plusmn4 degC
A partir dessas culturas os experimentos foram conduzidos em duas etapas
Primeiro preparou-se um preacute-inoacuteculo partindo de uma alccedilada de cultura crescida sobre
meio YMA e incubada em estufa por 48 h a 28 plusmn 1 degC Transcorrido este periacuteodo
preparou-se o inoacuteculo atraveacutes da transferecircncia asseacuteptica em Erlenmeyer de 250 mL
com 80 mL de meio de produccedilatildeo contendo 25 (vv) de uma cultura do preacute-inoacuteculo
crescida ateacute a fase logariacutetma e incubados em agitador rotatoacuterio a 200 rpm a 28 plusmn 1 degC
em triplicata
Tabela 7 Isolados de rizoacutebios e estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Curva de crescimento microbiano O crescimento celular foi avaliado atraveacutes da leitura de absorbacircncia em
comprimento de onda de 560 nm em espectrofotocircmetro contra um branco constituiacutedo
de meio YM O plaqueamento das bacteacuterias foi efetuado em meio YMA contendo o
indicador vermelho do congo atraveacutes do meacutetodo da gota (ldquoDrop-platerdquo) As curvas de
crescimento microbiano foram construiacutedas a partir dos dados de absorbacircncia e
contagem de ceacutelulas viaacuteveis (UFCmL) A Figura 5 mostra o procedimento efetuado
para a contagem de UFC e totais (densidade oacutetica)
Figura 6 Procedimento para contagem de ceacutelulas viaacuteveis (UFC) e totais (densidade oacutetica)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Determinaccedilatildeo quantitativa da sacarose
A sacarose presente no mosto foi hidrolisada para obter glicose e frutose Para
isso foram preparados tubos de ensaio contendo 1 mL de meio fermentado 1 mL de
aacutegua destilada e 1 mL de HCl 2 N deixando-se reagir por 10 minutos a 60 degC Em
seguida resfriou-se rapidamente e neutralizou com 3 mL de NaOH 1 N O caacutelculo da
concentraccedilatildeo de sacarose em gL foi efetuado de acordo com a Equaccedilatildeo 1 (Arauacutejo et
al 2005)
Csac = fator de calibraccedilatildeo meacutedia da leitura (absorbacircncia)D (1100)19 (1)
Em seguida procedeu de acordo com o descrito para dosagem de glicose cujas
determinaccedilotildees foram realizadas por meacutetodo enzimaacutetico utilizando o Kit glicose-oxidase
PAP da LABTEST
Apoacutes a reaccedilatildeo enzimaacutetica a intensidade da cor da soluccedilatildeo foi medida a 505 nm
em espectrofotocircmetro usando cubetas de vidro de 1 cm de percurso oacuteptico
considerando como branco a soluccedilatildeo da glicose-oxidase Esse meacutetodo eacute especiacutefico
para a glicose e se baseia na oxidaccedilatildeo da mesma de acordo com a seguinte reaccedilatildeo
catalizada pela glicose-oxidase (GOD)
GOD
Glicose + O2 + H2O rarr Aacutecido Glucocircnico + H2O2
O peroacutexido de hidrogecircnio formado reage com 4-aminoantipirina e fenol sob accedilatildeo
catalizadora da peroxidase (POD) atraveacutes de uma reaccedilatildeo oxidativa de acoplamento
formando uma antipirilquinona vermelha cuja intensidade de cor eacute proporcional agrave
concentraccedilatildeo da glicose na amostra Esse composto de tonalidade vermelha apresenta
a sua maacutexima absorccedilatildeo de luz na faixa de 505 nm
POD
2 H2O2 + 4-Aminoantipirina + fenol rarr Antipirilquinonimina + 4 H2O
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Determinaccedilatildeo da Composiccedilatildeo Quiacutemica
Agravecido urocircnico A dosagem de aacutecido urocircnico foi efetuada pelo meacutetodo descrito por Blumenkrantz
amp Asbol-Hansen (1973) usando aliacutequotas de 04 mL de uma soluccedilatildeo a 100 mgmL do
polissacariacutedeo e aacutecido D-glucurocircnico como padratildeo O meacutetodo utiliza m-fenilfenol (o
qual promove a formaccedilatildeo de composto corado que absorvem em 520 nm)
As leituras das medidas de absorbacircncia foram realizadas a 520 nm em
espectrofotocircmetro Spectronic 20 Genesys Spectronic Instruments Todas as
determinaccedilotildees foram realizadas em triplicata
Determinaccedilatildeo quantitativa de monossacariacutedeos
Os monossacariacutedeos presentes nas amostras de biopoliacutemeros de Rhizobium
sp foram determinados sob a forma de acetato de alditoacuteis (Sawardeker et al 1965) por
cromatografia gaacutes liacutequido (GLC) Os acetatos derivados foram analisados por
cromatografia gasosa (cromatoacutegrafo a gaacutes modelo 5890S11 (Hewllet-Packard)) a 220
degC com uma coluna capilar DB-210 (025 mm di x 30 m) e filme de espessura igual a
025 microm A temperatura de injeccedilatildeo da amostra e a do FID foi 250 degC e foi utilizado como
gaacutes carreador N2 Para a realizaccedilatildeo desta anaacutelise aproximadamente 10 mg das
amostras foram hidrolisadas reduzidas e acetiladas A hidroacutelise foi efetuada com aacutecido
sulfuacuterico
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
63 Resultados e Discussatildeo Curva de crescimento microbiano
Com base nos resultados obtidos neste estudo que podem ser visualizados nas
Figuras 6 a 14 (a) pode-se observar que houve diferenccedilas quanto ao crescimento
populacional entre os isolados A curva de crescimento dos isolados e da estirpe
padratildeo CIAT 899 de Rhizobium sp em meio utilizando sacarose como fonte de carbono
mostrou que apoacutes 72 horas de incubaccedilatildeo o crescimento foi maacuteximo Pode-se observar
que o oacutetimo da fase log ocorre entre 72 a 120 horas de incubaccedilatildeo agrave temperatura de 28
degC com agitaccedilatildeo de 200 rpm variando conforme a linhagem estudada Esta faixa de
tempo de incubaccedilatildeo corresponde a uma concentraccedilatildeo celular meacutedia de 109 UFCmL
As relaccedilotildees cineacuteticas entre o crescimento e a formaccedilatildeo de produtos satildeo
importantes para determinar o modo de operaccedilatildeo mais econocircmico Segundo Hiss
(2001) sem o conhecimento da cineacutetica torna-se inviaacutevel a transposiccedilatildeo de um
experimento de laboratoacuterio para a escala industrial
Desta forma inicialmente as curvas nos propiciam informaccedilotildees tais como a
faixa de absorbacircncia (560 nm) correspondente ao oacutetimo da fase log e a concentraccedilatildeo
celular que esta faixa corresponde
Pereira (2002) analisando o crescimento das estirpes de Rhizobium em meio
YMA com manitol observou um acentuado crescimento exponencial entre 24 e 48
horas de cultivo de 7 estirpes
Barberi et al (2004) avaliaram as curvas de crescimento de Bradyrhizobium
elkanii (BR 29) de acordo com o pH e com a composiccedilatildeo do meio de cultura Com base
no nuacutemero maacuteximo de UFC mL-1 para o meio (Lorda amp Balatti 1996) modificado o
melhor crescimento ocorreu apoacutes 72 horas para o tratamento com pH inicial de 60 e
no meio Lopreto (1972) citado por Urenha et al (1994) o tratamento com pH inicial 55
foi o que apresentou os valores de nuacutemero maacuteximo de ceacutelulas ocorrendo em 161 horas
de cultivo As meacutedias de log dos nuacutemeros de UFC mL-1 apresentadas por Barberi et al
(2004) foram superiores aos encontrados por Miguel e Moreira (2001) que foram
aproximadamente 109 Isso eacute explicado pela melhor utilizaccedilatildeo da fonte de carbono do
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
meio Lorda e Balatti (1996) em que em sua composiccedilatildeo possui glicerol em
comparaccedilatildeo com o manitol utilizado no meio YM (Vincent 1970) utilizado por esses
autores
Nas figuras 6 a 14 (b) mostram os resultados da Densidade Oacutetica (DO) onde a
curva de crescimento construiacuteda a partir da contagem de ceacutelulas totais demonstrou que
apoacutes 72 horas de cultivo o crescimento permaneceu crescente para a maioria das
estirpes estudadas Provavelmente o aumento da curva deve-se a presenccedila dos EPSs
Segundo Cunningham e Munns (1984) a produccedilatildeo de EPS eacute uma resposta de
vaacuterias espeacutecies da bacteacuteria a uma gama de fatores limitantes que em geral sugerem
estarem implicados em suprimir a reaccedilatildeo da defesa da planta e parecem ser requeridos
para formaccedilatildeo do cordatildeo de infecccedilatildeo Os EPSs pode ter um papel integral por permitir
que um organismo sobreviva sob uma variedade de circunstacircncias estressantes
Miguel e Moreira (2001) utilizando meio YM obtiveram maior densidade oacutetica para
o tratamento com pH igual a 60 do que no pH 68 utilizando o mesmo nuacutemero-base
(1088 UFC mL-1) o que provavelmente estaacute relacionado com a diferente composiccedilatildeo
dos meios principalmente com relaccedilatildeo agrave fonte de carbono Cunningham e Munns
(1984) em meio YMA (modificado por Keyser e Munns 1979) obtiveram maior
quantidade de EPS em estirpes de Rhizobium tolerantes agrave acidez do meio quando
expostas a meio aacutecido
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 1
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 1
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(5
60nm
)
Figura 7- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 1 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
b)
a)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 2
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 2
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 8- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 2 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 3
000E+00500E+08100E+09150E+09
200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 3
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 9- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 3 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 4
000E+00500E+08
100E+09150E+09
200E+09250E+09
300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 4
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 10- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 4 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 6
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 6
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 11- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 6 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 11
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 11
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 12- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 11 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 14
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 14
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 13- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 14 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 16
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 16
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 14- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 16 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
CIAT 899
000E+00500E+08
100E+09150E+09
200E+09250E+09
300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
CIAT 899
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 15- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do CIAT 899 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Determinaccedilatildeo quantitativa da sacarose
Analisando os resultados obtidos para a dosagem da sacarose verificou-se que a
estirpe CIAT 899 (padratildeo) apresentou maior consumo de substrato para o meio de
produccedilatildeo empregado durante 168 horas de fermentaccedilatildeo apresentando um consumo
final de 455 gL Neste ponto a massa celular corresponde a 076 gL (Figura 15)
Entretanto o ISOL 14 apresentou resultados proacuteximos da estirpe padratildeo com consumo
de 478 gL e massa celular de 086 gL no mesmo tempo (Figura 16)
Deu-se preferecircncia agrave utilizaccedilatildeo de um meacutetodo especiacutefico para glicose ao inveacutes de
um para determinaccedilatildeo de accediluacutecares redutores o que garante a detecccedilatildeo da liberaccedilatildeo
especificamente de glicose a partir da hidroacutelise por sacarose do EPS
ISOL 14
0
2
4
6
8
10
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Glic
ose
gL
Figura 16 Concentraccedilatildeo de glicose durante a produccedilatildeo de EPS por Rhizobium sp (ISOL 14)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
CIAT 899
0
2
4
6
8
10
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Glic
ose
gL
Determinaccedilatildeo da Composiccedilatildeo Quiacutemica dos EPS
Na tabela 8 observa-se os accediluacutecares determinados das gomas produzidas pelas
estirpes ISOL 14 e CIAT 899 onde revelaram maiores concentraccedilotildees dos
monossacariacutedeos galactose e glicose para a estirpe ISOL 14 em relaccedilatildeo a estirpe
padratildeo CIAT 899 Tambeacutem foram observados traccedilos de manose e ramnose na
composiccedilatildeo das gomas das estirpes estudadas
Amostras
Ac urocircnico
()
Manose
Accediluacutecares
Ramnose
(mg100g)
Galactose
Glicose
ISOL 14
410
098
016
1260
3695
CIAT 899
-
020
010
895
1680
Castellane amp Lemos (2007)
Tabela 8 Constituintes quiacutemicos da goma produzida pela estirpe de Rhizobium sp (ISOL 14)
Figura 17 Concentraccedilatildeo de glicose durante a produccedilatildeo de EPS por Rhizobium sp (CIAT 899)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Lima (1999) analisando a composiccedilatildeo quiacutemica da goma xantana produzida por
linhagens de Xanthomonas campestris pv campestris verificou a presenccedila de glicose e
manose nas concentraccedilotildees 3322 5778 respectivamente para a linhagem NRRL
B-1459 apresentando componentes tiacutepicos da goma xantana
Whitfield et al (1981) caracterizando cinco amostras de goma xantana
produzidas por diferentes linhagens de Xanthomonas campestris pv campestris
encontraram valores de glicose variando entre 22-42 manose de 12-38 e aacutecido
urocircnico de 9-20 Com relaccedilatildeo agrave ramnose apenas trecircs amostras de xantana
apresentaram este accediluacutecar com valores que oscilam entre 12-22 Outro accediluacutecar
identificado pelos pesquisadores foi a galactose com valores entre 24-28 Em todas
as amostras estudadas por estes autores foram observados os grupamentos piruvato e
acetila Lowson e Symes (1977) relataram a presenccedila de ramnose na xantana
produzida por X juglandis Sugere-se que a presenccedila desse accediluacutecar seja uma
caracteriacutestica desejaacutevel pois em geral os poliacutemeros dos quais faz parte possuem
capacidade de formar geacuteis verdadeiros (Mcnelly e Kang 1977) A goma xantana
comercial natildeo apresenta ramnose na sua composiccedilatildeo (Casas et al2000)
De acordo com Casas et al (2000) a composiccedilatildeo do meio de cultura utilizado na
fermentaccedilatildeo exerce um profundo efeito na siacutentese do produto oligomeacuterico e polimeacuterico
Portanto a quantidade de manose glicose e aacutecido glucurocircnico sintetizados e inseridos
no EPS pelas enzimas durante fermentaccedilatildeo podem sofrer variaccedilotildees dependendo da
composiccedilatildeo do substrato e das condiccedilotildees utilizadas na fermentaccedilatildeo
No presente trabalho o percentual de aacutecido urocircnico produzido pela estirpe ISOL
14 foi de 41 enquanto o apresentado na goma xantana por Lima (1999) foi de 847
Os meacutetodos de anaacutelises de polissacariacutedeos complexos baseiam-se
principalmente na determinaccedilatildeo dos constituintes dos resiacuteduos obtidos apoacutes hidroacutelise
quiacutemica dos poliacutemeros nativos (Wei amp Fang 1990 Ruitter et al 1992 Scamparini et al
2000) Esses satildeo compostos de inuacutemeros resiacuteduos de accediluacutecares interligados por
ligaccedilotildees glicosiacutedicas (α e β) que podem diferir consideravelmente na sua
suscetibilidade agrave hidroacutelise aacutecida Aacutecidos urocircnicos satildeo frequentemente envolvidos por
fortes ligaccedilotildees glicosiacutedicas particularmente nos tipos de ligaccedilotildees dos aacutecidos
aldobiurocircnicos (Druzian 2000)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Moreira et al (1998) analisando a composiccedilatildeo de dois biopoliacutemeros comerciais
gelanareg e xantanareg e um biopoliacutemero produzido a clairana identificou o aacutecido
glicurocircnico (em todas as amostras) e os monossacariacutedeos esperados para a clairana
(glicose galactose e fucose) gelana (glicose e ramnose) e xantana (glicose e manose)
A ramnose estaacute presente na acetana gelana welana e ransana que possuem
estrutura quiacutemica similar agrave da xantana e possui propriedades de espessante e agente
de suspensatildeo semelhantes agravequelas atribuiacutedas para xantana (Kennedy amp Sutherland
1994) A goma welana apresenta como cadeia lateral unidades de manose e ramnose
distribuiacutedas de modo aleatoacuterio Aproximadamente dois terccedilos das unidades quiacutemicas
repetidas do poliacutemero conteacutem ramnose como cadeia lateral enquanto que o restante
das ramificaccedilotildees eacute composto por unidades de manose (Jansson et al 1985)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
64 Conclusotildees
A curva do crescimento microbiano apresentou na fase logariacutetmica valores
correspondentes a uma concentraccedilatildeo celular viaacuteveis meacutedia de 109 UFCmL para
todos os isolados e estirpe padratildeo CIAT 899 apoacutes 72 horas de incubaccedilatildeo a uma
temperatura de 28 degC com agitaccedilatildeo de 200 rpm variando conforme a linhagem
estudada
As estirpes apresentaram valores do consumo de substrato para o meio de
produccedilatildeo empregado de 455 gL para a CIAT 899 e 478 gL para o ISOL 14
em 168 horas de fermentaccedilatildeo
A composiccedilatildeo dos accedilucares da goma do ISOL 14 apresentou valores superiores
de ramnose manose galactose glicose e aacutecidos urocircnicos na moleacutecula em
relaccedilatildeo a estirpe padratildeo CIAT 899
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
65 Referecircncias Bibliograacuteficas
ARAUacuteJO T A A FRANCcedilA F P E CARDOSO V L Avaliaccedilatildeo do comportamento
reoloacutegico dos diferentes meios de produccedilatildeo de goma xantana a partir do caldo de cana
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7 ANEXOS
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References Citation Reference list
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Negotiation research spans many disciplines (Thompson 1990)
This result was later contradicted (Becker and Seligman 1996)
This effect has been widely studied (Abbott 1991 Barakat et al 1995 Kelso and Smith 1998 Medvec et al 1993)
Reference list The list of references should only include works that are cited in the text and that have been published or accepted for publication Personal communications and unpublished works should only be mentioned in the text Do not use footnotes or endnotes as a substitute for a reference list Reference list entries should be alphabetized by the last names of the first author of each work
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Normas da Revista Scientia Agraacuteria
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Trabalhos apresentados no 24ordm Congresso Brasileiro de Microbiologia - 3 a 6 de Outubro de 2007 em
Brasiacutelia - Centro de Convenccedilotildees Ulysses Guimaratildees ndash Brasiacutelia DF
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MICROBIOLOGIA GERAL K03 METABOLISMO MICROBIANO E SEUS PRODUTOS 609 Biopoliacutemero sintetizados por Rhizobium sp em diferentes tempos de cultivo comportamento reoloacutegico BARRETO M D C S1 FIGUEIREDO M D V B2 BURITY H A2 OLIVEIRA J P2 COELHO A C D1 LIMA-FILHO J L L1 UFPE
Resumo
Os polissacariacutedeos extracelulares sintetizados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium tem sido estudados na tentativa de melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose leguminosa x Rhizobium uma vez que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes da especificidade simbioacutetica A viscosidade que pode ser tomada como paracircmetro de qualidade eacute influenciada em funccedilatildeo das estirpes da colocircnia bacteriana do meio de fermentaccedilatildeo utilizado e das condiccedilotildees operacionais na produccedilatildeo Com base no exposto o objetivo deste trabalho foi verificar o comportamento reoloacutegico em diferentes tempos de cultivo de 8 isolados de Rhizobium sp e da estirpe padratildeo de Rhizobium tropici (CIAT 899) As bacteacuterias foram incubadas em agitador rotatoacuterio (200rpm agrave 28ordmC) em Erlenmeyers de 250mL contendo 15 de meio YM modificado por um periacuteodo de 96 e 168 horas Foram avaliados a determinaccedilatildeo da viscosidade da soluccedilatildeo aquosa dos biopoliacutemeros a 25 (vv) obtidas em diferentes tempos de cultivo e medidas a 20ordmC em viscosiacutemetro rotacional Brookfield modelo RVT com spindle 2 nas seguintes velocidades de deformaccedilatildeo 10 20 50 e 100rpm a viscosidade aparente a vaacuterias taxas de cisalhamento dos mostos fermentados Os resultados mostraram que os estudos viscosimeacutetricos de soluccedilotildees de polissacariacutedeo dos isolados e da CIAT 899 revelam seu comportamento natildeo tixotroacutepico pseudoplaacutestico mesmo em baixas concentraccedilotildees e caraacuteter polieletroliacutetico e que as medidas de viscosidade do mosto em funccedilatildeo do tempo de agitaccedilatildeo mostra que a viscosidade aparente do meio de cultivo alcanccedila um valor patamar com 168 horas de processo para todos os microrganismos poreacutem os isolados 3 e 16 e CIAT 899 apresentaram maiores valores no aumento da viscosidade
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MICROBIOLOGIA GERAL K03 METABOLISMO MICROBIANO E SEUS PRODUTOS 1751 Biopoliacutemero sintetizados por Rhizobium sp em diferentes tempos de cultivo produccedilatildeo BARRETO M D C S1 FIGUEIREDO M D V B2 BURITY H A2 SILVA M L R B1 CALAZANS G M T1 LIMA-FILHO J L L1 UFPE
Resumo
A produccedilatildeo de exopolissacariacutedeos (EPS) microbianos tem sido objeto de intensa pesquisa tendo em vista seu elevado potencial de aplicaccedilatildeo em diferentes setores pois natildeo se encontra exposta agraves alteraccedilotildees climaacuteticas ou agrave problemas nas colheitas que prejudicam a oferta e alteram o custo de produccedilatildeo das gomas tradicionais No processo de produccedilatildeo de polissacariacutedeos deve-se considerar desde o microrganismo em estudo ateacute a determinaccedilatildeo dos paracircmetros de agitaccedilatildeo onde se destaca o meio de produccedilatildeo e sua influecircncia na siacutentese no rendimento e na composiccedilatildeo dos EPS O objetivo deste trabalho foi avaliar a produccedilatildeo de biopoliacutemeros (gLh) obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp e da estirpe padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo pela massa do produto seco por volume de meio As bacteacuterias foram purificadas em meio YMA e apoacutes foram incubadas em agitador rotatoacuterio (200rpm agrave 28ordm C) em Erlenmeyers de 250mL contendo 15 de meio YM modificado por um periacuteodo de 96 e 168 horas Foram avaliados o peso seco da soluccedilatildeo aquosa dos biopoliacutemeros a 25 (vv) obtidos em diferentes tempos de cultivo atraveacutes da teacutecnica do peso seco onde o aacutelcool etiacutelico foi adicionado ao mosto ateacute atingir a concentraccedilatildeo de 80 na soluccedilatildeo hidroalcooacutelica formada e posterior precipitaccedilatildeo do EPS Apoacutes a filtraccedilatildeo a secagem do produto foi realizada em dissecador (30ordmC) ateacute peso constante comparando-se os diferentes tempos de cultivo Os resultados mostraram que a produccedilatildeo total do biopoliacutemero dos isolados e da estirpe padratildeo CIAT 899 apresentaram maacutexima produccedilatildeo no periacuteodo de 168 horas de processo para todos os microrganismos poreacutem os isolados 3 e 14 e a CIAT 899 foram as que resultaram em maior produtividade (13 17 e 2gL-1h-1) respectivamente
- Barreto Maria do Carmo Silva
-
- Inclui bibliografia
- 5771 CDU (2ed) UFPE
-
- 13 Simbiose rizoacutebio- leguminosa
-
- 14 Polissacariacutedeos de Rizoacutebio
-
- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
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-
1 INTRODUCcedilAtildeO
11 Feijoeiro (Phaseolus vulgaris L)
O feijoeiro eacute cultivado em cerca de 100 paiacuteses em todo o mundo envolvendo
grande nuacutemero de gecircneros e espeacutecies dificultando uma anaacutelise comparativa dos
iacutendices de produtividade por espeacutecie Considerando somente o Phaseolus vulgaris L o
Brasil eacute o maior produtor seguido do Meacutexico Entretanto a produccedilatildeo brasileira de feijatildeo
tem sido insuficiente para abastecer o mercado interno devido agrave reduccedilatildeo na aacuterea
plantada da ordem de 35 nos uacuteltimos 17 anos (Yokoyama amp Stone 2000) A falta de
tecnologia e o cultivo em solos marginais devido ao baixo retorno econocircmico da
cultura contribuem decisivamente para a baixa produtividade do feijoeiro e nesse
quadro o fornecimento adequado de nutrientes particularmente o nitrogecircnio (N) e o
foacutesforo (P) representam um dos fatores limitantes agrave obtenccedilatildeo de maiores rendimentos
no Brasil (Arauacutejo 1994)
No Brasil o feijoeiro eacute cultivado nos mais variados tipos de solos e clima sendo
plantado preferencialmente como cultura de subsistecircncia em pequenas propriedades
O feijatildeo eacute importante fonte de nutrientes (proteiacutenas minerais vitaminas) e calorias na
dieta brasileira (Hungria et al 2000) Aleacutem de apresentar alto conteuacutedo de carboidratos
componentes de fibra (celulose hemicelulose e lignina) e digeriacuteveis (amido e sacarose)
encontram-se no feijatildeo alguns oligossacariacutedeos (rafinose estaquiose verbascose) O
feijatildeo tambeacutem eacute uma fonte importante de vitaminas hidrossoluacuteveis como a tiamina a
riboflavina a niacina e a folacina que satildeo vitaminas do complexo B envolvidas na
prevenccedilatildeo de certos defeitos fetais cardiovasculares e certos tipos de cacircncer (Costa amp
Vieira 2000)
O feijoeiro eacute originaacuterio das Ameacutericas com centros de origens e domesticaccedilatildeo na
Meso Ameacuterica (Meacutexico-Guatemala) e na Zona Leste dos Andes Seu cultivo foi
delineado haacute mais de 7000 anos entre os nativos do Peru sugerindo seleccedilatildeo da
espeacutecie para a agricultura (Gepts 1990) As aacutereas de diferenciaccedilatildeo e domesticaccedilatildeo do
feijoeiro ocorrem em altitudes entre 500 e 1800 m na Ameacuterica Central e norte da
Ameacuterica do Sul Diversos tipos selvagens satildeo registrados em altitudes proacuteximas a
1200m (Miranda 1974) Os feijoeiros provenientes desses materiais mostram grande
amplitude de caracteriacutesticas morfoloacutegicas e fisioloacutegicas O gecircnero Phaseolus conteacutem
mais de uma centena de espeacutecies mas apenas P vulgaris L P coccineus L P
acutifolius Gray var Latifolius Freeman e P lunatus var lunatous satildeo cultivadas
comercialmente (Zimmermann amp Teixeira 1988) Dessas o feijoeiro comum P vulgaris
L eacute a espeacutecie de maior importacircncia econocircmica contribuindo com cerca de 95 da
produccedilatildeo mundial de Phaseolus No Brasil em uma rota inversa agrave do traacutefico de
escravos P vulgaris chegou agrave Aacutefrica e provavelmente em tempos anteriores agrave Aacutesia
via Filipinas No seacuteculo XVI foi introduzido na Europa e na Califoacuternia levado por
intermeacutedio dos espanhoacuteis trazido da Ameacuterica Central (Mariot 1989)
Os teores de N nos solos do Brasil satildeo baixos de um modo geral situando-se na
faixa de 005 a 03 Com a intensificaccedilatildeo da agricultura as exigecircncias de adiccedilatildeo
de N bem como a sua remoccedilatildeo satildeo ampliadas e consequentemente se o N retirado
do solo pelas plantas natildeo for reposto o teor desse nutriente decresceraacute rapidamente
Quanto aos fertilizantes nitrogenados existe um custo elevado para a siacutentese dos
mesmos de cerca de seis barris de petroacuteleo para cada tonelada de amocircnio produzido
bem como gastos com o transporte e distribuiccedilatildeo do fertilizante aleacutem de outros
(Hungria et al1997) Considerando que o feijoeiro eacute cultivado principalmente por
pequenos agricultores em solos muitas vezes deficientes em N mineral esforccedilos para
a melhoria do processo de simbiose da cultura com rizoacutebios inoculados nas sementes
podem corresponder a aumentos significativos no rendimento de gratildeos Essa via
bioloacutegica se torna ainda mais importante quando se leva em consideraccedilatildeo os custos
elevados do N mineral limitando a sua utilizaccedilatildeo principalmente pelos pequenos
agricultores Praacuteticas alternativas para diminuir esses custos precisam ser procuradas
principalmente no Brasil que importa fertilizante nitrogenado para satisfazer agrave demanda
interna (Hungria et al 2001) Um outro agravante na utilizaccedilatildeo de fertilizantes
nitrogenados reside na baixa eficiecircncia de sua utilizaccedilatildeo pelas plantas raramente
ultrapassando 50 Deve-se considerar ainda que o uso indiscriminado de fertilizantes
nitrogenados resulta em poluiccedilatildeo ambiental pois a lixiviaccedilatildeo do N ocorre contaminaccedilatildeo
no lenccedilol freaacutetico que resultam em acuacutemulo de formas nitrogenadas podendo atingir
niacuteveis toacutexicos a peixes e ao homem (Hungria et al 2001)
Dentro deste contexto destaca-se a necessidade do desenvolvimento de
tecnologias de baixo custo capazes de melhorar os niacuteveis de produtividade dos
pequenos agricultores responsaacuteveis pela quase totalidade da produccedilatildeo mundial desta
leguminosa essencial na dieta de grande parte da populaccedilatildeo brasileira (Dakora 2003)
12 Rhizobium sp
Este gecircnero foi classificado em 1932 por Fred et al e apresenta como
caracteriacutestica ceacutelulas em forma de bastonete curto Gram-negativas com dimensotildees
que variam entre 05 e 09 microm por 12 a 30 microm ocorrendo isolados ou aos pares
moacuteveis por flagelos polares subpolares ou peritriquiais natildeo formam esporos e em
culturas envelhecidas apresentam granulaccedilotildees de poli-β-hidroxibutirato (Urenha et al
1994) Apresentam bom crescimento em meio com manitol sacarose e levedura
podendo em meios gelificados desenvolver colocircnias planas convexas ou umbilicadas
apresentam normalmente coloraccedilatildeo branca e opaca por vezes transluacutecidas
apresentando frequentemente produccedilatildeo de goma de natureza polissacariacutedica A
inclusatildeo de Vermelho do Congo no meio de cultura natildeo conduz a uma forte absorccedilatildeo
deste corante pelas colocircnias podendo certas estirpes apresentar ligeira absorccedilatildeo As
estirpes de crescimento raacutepido produzem colocircnias de 4 a 6 mm de diacircmetro em 5 dias
de incubaccedilatildeo a 26-30 degC provocando acidificaccedilatildeo do meio de cultura As estirpes de
crescimento lento produzem colocircnias com 1 mm de diacircmetro em 10 dias de incubaccedilatildeo
a 28-30 degC provocando a alcalinizaccedilatildeo do meio de cultura Induzem a formaccedilatildeo de
noacutedulos na raiz de leguminosas compatiacuteveis colonizando-os e podendo aiacute desenvolver
atividade diazotroacutefica em simbiose utilizam oxigecircnio como receptor final de eleacutetrons na
cadeia respiratoacuteria satildeo microrganismos aeroacutebios estrito e a faixa de pH oacutetimo para seu
desenvolvimento estaacute entre 6 e 7 (Hungria amp Arauacutejo1994)
A literatura relata a presenccedila de reaccedilatildeo aacutecida durante o cultivo promovendo
queda do pH do meio de cultura (Jordan 1984) No entanto dados experimentais de
cultivo desta bacteacuteria em fermentador na presenccedila de sacarose glutamato
monossoacutedico e extrato de levedura mostram comportamento oposto As velocidades
especiacuteficas maacuteximas de crescimento desta bacteacuteria oscilam em torno de 020h o que
resulta num tempo de geraccedilatildeo de aproximadamente 35 h
Entre as bacteacuterias fixadoras de nitrogecircnio presentes no solo cujas populaccedilotildees
satildeo altamente influenciadas pela rizosfera das plantas o rizoacutebio eacute considerado o grupo
mais importante na agricultura tropical pela sua associaccedilatildeo com as leguminosas Esta
simbiose eacute responsaacutevel por uma substancial parte talvez a maior do fluxo global de
nitrogecircnio atmosfeacuterico fixado nas formas de amocircnia nitrato e compostos orgacircnicos
(Kahindi et al 1997) Certamente esta associaccedilatildeo eacute a mais estudada mas simbioses
envolvendo actinomicetos do gecircnero Frankia cianobacteacuterias especialmente a
associaccedilatildeo Azolla-Anabaena e organismos heterotoacuteficos fixadores de nitrogecircnio de vida
livre e associativos podem tambeacutem fixar quantidades significativas de nitrogecircnio sob
condiccedilotildees especiacuteficas (Straliotto amp Rumjanek1999)
Atualmente os rizoacutebios estatildeo classificados como pertencentes agrave domiacutenio
Bacteria Filo Proteobacteria Classe Alfaproteobacteria Ordem Rhiobiales e
distribuiacutedos nas Famiacutelias Rhizobiaceae Phyllobacteriaceae Bradyrhizobiaceae e
Hiphomicrobiaceae (Garrity amp Holt 2001) Aleacutem disso algumas bacteacuterias capazes de
nodular e fixar N2 em simbiose com leguminosas foram recentemente identificadas
como pertencentes agrave Classe das Betaproteobacteria Ordem Burkholderiales Famiacutelia
Burkholderiaceae Gecircnero Burkholderia (Moulin et al 2001) e tambeacutem pertencentes agrave
Classe das Alfaproteobacterias Ordem Rhizobiales Famiacutelia Methylobacteriaceae
Gecircnero Methylobacterium (Sy et al 2001)
As bacteacuterias que nodulam o feijoeiro foram classificadas inicialmente como
Rhizobium phaseoli poreacutem com uma melhor caracterizaccedilatildeo fisioloacutegica bioquiacutemica e
geneacutetica essas bacteacuterias foram reclassificadas apoacutes 50 anos na espeacutecie Rhizobium
leguminosarum bv phaseoli (Jordan 1984) Com o estudo de outros isolados e o
avanccedilo nas teacutecnicas de biologia molecular em um curto periacuteodo de tempo foi
constatado que as bacteacuterias que nodulavam o feijoeiro apresentavam claramente
caracteriacutesticas fisioloacutegicas e geneacuteticas distintas permitindo a sua separaccedilatildeo em dois
grupos denominadas Tipo I e Tipo II (Martiacutenez et al 1985 Quinto et al 1985 Brom et
al 1988) Essas e outras diferenccedilas levaram em 1991 agrave definiccedilatildeo de uma nova
espeacutecie R tropici (trorsquo pi ci Gr n tropikos troacutepicos) que incluiria as estirpes do Tipo
II que foi subdividido em IIA e IIB (Martinez-Romero et al 1991) As bacteacuterias dessa
nova espeacutecie foram descritas como aeroacutebias Gram-negativas com pH oacutetimo para
crescimento variando entre 5 e 7 crescendo em temperatura de ateacute 40 degC As estirpes
estudadas foram isoladas de regiotildees tropicais nodulam e fixam N2 com P vulgaris L
Leucaena esculenta e L leucocephala
A estirpe IIB CIAT 899 (= ATCC 49672 = UMR 1899 = SEMIA 4077) foi
designada como estirpe padratildeo (ldquotype strainrdquo) e a estirpe representativa do grupo IIA eacute
a CFN 299 A estirpe CIAT 899 assim como as outras do Tipo IIB tambeacutem eacute resistente
a metais pesados e aos antibioacuteticos clorofenicol espectinomicina carbenicilina e
estreptomicina (Martiacutenez-Romero et al 1991) e apresenta maior toleracircncia agrave acidez
(Graham et al 1994) e a temperaturas elevadas (Hungria et al 1993 Mercante et al
2002) Somente as estirpes do Tipo IIB crescem em meio Luria-Bertani (LB) (Martiacutenez-
Romero et al 1991) Alguns estudos tecircm descrito diferenccedilas entre os Tipos IIA e IIB
incluindo anaacutelise de PCR com sequumlecircncias repetitivas como REP ERIC BOX (van
Berkum et al 1996) e a presenccedila de megaplasmiacutedeos (Geniaux et al 1995)
13 Simbiose rizoacutebio- leguminosa
Haacute uma grande diversidade de bacteacuterias capazes de formar simbioses com as
diferentes leguminosas sendo que ateacute o momento encontram-se distribuiacutedas dentro de
trecircs ramos filogeneacuteticos principais que satildeo os gecircneros Bradyrhizobium Azorhizobium e
os chamados rizoacutebios de crescimento raacutepido Estes atualmente encontram-se divididos
em trecircs gecircneros Rhizobium Mesorhizobium e Sinorhizobium sendo que R galegae
deve ser brevemente renomeado como um novo gecircnero (Young amp Haukka 1996
Lindstroumlm et al 1998) O rizoacutebio induz em suas hospedeiras a formaccedilatildeo de estruturas
especializadas chamadas noacutedulos onde o nitrogecircnio molecular eacute reduzido a amocircnia
Os estudos tecircm demonstrado o alto grau de especializaccedilatildeo desenvolvido durante o
processo evolutivo desta simbiose havendo importantes relaccedilotildees de especificidade e
grandes possibilidades de manipulaccedilatildeo deste conhecimento visando melhorar a
eficiecircncia simbioacutetica Devido agrave sua importacircncia econocircmica os estudos da interaccedilatildeo
rizoacutebio-leguminosas tem tido um bom suporte econocircmico quando comparado agraves demais
aacutereas de pesquisa agronocircmica em diversas partes do mundo sendo que atualmente eacute
a interaccedilatildeo planta-microrganismo mais bem estudada (Straliotto amp Rumjanek1999)
Sob condiccedilatildeo de limitaccedilatildeo de nitrogecircnio mineral as bacteacuterias do gecircnero
Rhizobium Bradyrhizobium Mesorhizobium Sinorhizobium Allorhizobium
coletivamente chamadas de riacutezoacutebio formam noacutedulos simbioacuteticos nas raiacutezes de
leguminosas Nos anos recentes outras α-proteobacterias tem sido apresentadas como
produtoras de noacutedulos em leguminosas (Moullin et al 2002) Methylobacterium (Sy et
al 2001) Blastobacter (Van Berkun e Eardly 2002) e Devosia (Rivas et al 2002)
Nestes noacutedulos simbioacuteticos a bacteacuteria na forma de bacteroacuteides convertem o N
atmosfeacuterico em amocircnia que eacute incorporada em diversas formas de N orgacircnico para a
utilizaccedilatildeo por plantas da famiacutelia das leguminosas
O nitrogecircnio eacute o elemento mais abundante na atmosfera terrestre (em torno de
79 ) estando presente principalmente na forma diatocircmica (N2) e eacute um dos principais
macronutrientes dos vegetais Algumas bacteacuterias que coexistem em simbiose ou natildeo
nas raiacutezes de plantas possuem enzimas com a capacidade de reduccedilatildeo do nitrogecircnio
atmosfeacuterico transformando-o em amocircnia e posteriormente em elementos essenciais
(Lodeiro et al 2000)
As leguminosas tecircm ao seu dispor duas fontes de nitrogecircnio o mineral
proveniente do solo eou fertilizante e o nitrogecircnio fixado biologicamente atraveacutes da
simbiose com os rizoacutebios Entretanto a subida vertiginosa dos preccedilos dos adubos
nitrogenados devido ao consumo de energia foacutessil em sua fabricaccedilatildeo aliada aos graves
problemas de poluiccedilatildeo causados pelo uso intensivo desses adubos tem deixado agrave
agricultura dos paiacuteses em desenvolvimento e dos desenvolvidos apenas as alternativas
de maximizar a fixaccedilatildeo bioloacutegica de nitrogecircnio otimizar a distribuiccedilatildeo e emprego dos
compostos nitrogenados dentro das plantas e tornar mais eficiente a utilizaccedilatildeo de
carboidratos pelos noacutedulos (Neves 1992)
O crescimento e a produccedilatildeo das leguminosas satildeo pelo menos em parte o
resultados da interaccedilatildeo entre as cultivares das plantas as estirpes de Rhizobium e as
condiccedilotildees ambientais em que o sistema simbioacutetico se desenvolve e que afetam a
assimilaccedilatildeo distribuiccedilatildeo e utilizaccedilatildeo do carbono e nitrogecircnio pelas plantas A
disponibilidade de nitrogecircnio para as sementes em desenvolvimento determina a
produccedilatildeo e depende de uma fixaccedilatildeo de nitrogecircnio que se prolongue ateacute o periacuteodo de
enchimento dos gratildeos (Neves amp Rumjanek 1995 Rumjanek et al 2002)
As plantas dependentes da fixaccedilatildeo bioloacutegica do N requerem mais fosfato (P) que
as plantas que usam exclusivamente N mineral Os niacuteveis baixos de P podem afetar a
simbiose ao diminuir o suplemento de fotossintato ao noacutedulo reduzir a taxa de
crescimento bacteriano e a populaccedilatildeo total de Rhizobium e Bradyrhizobium (Keyser amp
Munns 1979)
A fixaccedilatildeo bioloacutegica do nitrogecircnio dar-se-aacute mediante a presenccedila de noacutedulos nas
raiacutezes induzidos pela infecccedilatildeo das raiacutezes pelas bacteacuterias (Uribe 1994) O
desenvolvimento dos noacutedulos seratildeo iniciados pela troca de sinais quiacutemicos moleculares
entre a planta e o simbionte (Singleton et al 1992 Hungria et al 2000)
Os noacutedulos e a planta hospedeira satildeo perfeitamente interligados por meio de
vasos xilemaacuteticos e floemaacuteticos e portanto totalmente integrados em termos hormonais
e nutricionais O processo de fixaccedilatildeo do nitrogecircnio tambeacutem requer um suprimento
contiacutenuo de carboidratos que fornecem tanto a energia para a reduccedilatildeo do nitrogecircnio
quantos os esqueletos de carbono necessaacuterios agrave assimilaccedilatildeo da amocircnia produzida
Durante os processos de infecccedilatildeo e desenvolvimento dos noacutedulos energia eacute
necessaacuteria agraves divisotildees celulares e eacute obtida da oxidaccedilatildeo dos carboidratos produzidos
na parte aeacuterea da planta hospedeira (Neves 1992 Silveira et al 2001 Moreira amp
Siqueira 2006)
Devido agrave existecircncia de uma grande diversidade de espeacutecies nativas de bacteacuterias
fixadoras de nitrogecircnio eacute necessaacuteria a obtenccedilatildeo de estirpes de Rhizobium de alta
qualidade capazes de sobreviver e competir pela fixaccedilatildeo eficiente do nitrogecircnio
atmosfeacuterico na leguminosa alvo (Moawad et al 1998 Silveira et al 2001 Figueiredo et
al 2001 2002)
A nodulaccedilatildeo eacute um processo de multi-passos que envolvem plantas especiacuteficas e
expressatildeo geneacutetica bacteriana compatiacutevel Os resultados de vaacuterias trabalhos tecircm
indicado a participaccedilatildeo de mediadores quiacutemicos no periacuteodo inicial do processo de
infecccedilatildeo das raiacutezes das leguminosas Flavonoides especiacuteficos satildeo reconhecidos pelo
rizoacutebio e em alguns casos este eacute um importante aspecto de reconhecimento do
hospedeiro Se o flavonoide for reconhecido ocorreraacute a siacutentese de sacariacutedeos nas
ceacutelulas bacterianas atraveacutes da accedilatildeo de vaacuterios produtos de genes e resultando a
produccedilatildeo de uma pequena famiacutelia de lipo-oligossacariacutedeos A estrutura dos tipos de
lipo-oligossacariacutedeos eacute o maior determinante da especificidade do hospedeiro
(Laeremans amp Vanderleyden 1998 Diouf et al 2000 Dakora 2003)
14 Polissacariacutedeos de Rizoacutebio
Biopoliacutemeros satildeo polissacariacutedeos microbianos tambeacutem conhecidos como gomas ou
exopolissacariacutedeos (EPS) que tem a capacidade de fornar geacuteis e soluccedilotildees viscosas em
meio aquoso (Moreira et al 2003) Tendo sido observados nas uacuteltimas deacutecadas
progressos significativos em relaccedilatildeo agrave identificaccedilatildeo caracterizaccedilatildeo e utilizaccedilatildeo de
polissacariacutedeos sintetizados por microrganismos (Padilha 1997)
Kay et al (1993) enfatizam que os biopoliacutemeros satildeo na sua maioria compostos
atoacutexicos biodegradaacuteveis produzidos extracelularmente por microrganismos natildeo
patogecircnicos a partir de fermentaccedilotildees em batelada com eficiecircncia proacutexima a 50 na
conversatildeo do substrato
O termo goma tal como usado tecnicamente pelas induacutestrias refere-se aos
polissacariacutedeos de origem vegetal ou microbiana e seus derivados de alto peso
molecular que quando solubilizados em aacutegua fria ou quente produzem suspensotildees ou
soluccedilotildees viscosas podendo formar geacuteis a baixas concentraccedilotildees (Lopes 1989 Whistler
amp BeMiller 1993)
As bacteacuterias Gram-negativas apresentam a parede celular mais fina consequumlecircncia
da menor quantidade de peptidoglicano em comparaccedilatildeo agraves Gram-positivas e tem
como maior componente um macropoliacutemero denominado lipopolissacariacutedeo A
presenccedila do lipopolissacariacutedeo fornece uma barreira hidrofiacutelica agrave superfiacutecie celular Em
muitas bacteacuterias a hidrofilicidade da superfiacutecie celular eacute aumentada pela presenccedila de
uma camada de EPS O EPS pode estar organizado de modo a formar uma camada
coesiva e aderente denominada ldquocaacutepsulardquo ou consistir em um polissacariacutedeo livre e
ldquomucilaginosordquo (slime) com pouca ou nenhuma aderecircncia celular O termo EPS ou
exopolissacariacutedeo pode ser usado tanto para descrever o polissacariacutedeo mucilaginoso
como o capsular (Portilho 2002)
Vaacuterias bacteacuterias pertencentes agrave famiacutelia Rhizobiaceae satildeo produtoras de EPS na
cultura esses EPS rizobianos satildeo heteropolissacariacutedeos de espeacutecie ou estirpe-
especiacuteficos compostos de diferentes tipos de monossacariacutedeos (Becker amp Puumlhler
1998) Existem evidecircncias de que a composiccedilatildeo de EPS varia natildeo soacute entre os diversos
gecircneros mas tambeacutem com mudanccedilas no meio ambiente bacteriano (Karr et al 2000)
e alteraccedilotildees na constituiccedilatildeo das unidades repetitivas podem afetar a habilidade
simbioacutetica do bacterioacuteide (Wielbo et al 2004) Poreacutem os mecanismos de
desenvolvimento simbioacutetico e de infecccedilatildeo ainda natildeo estatildeo claros e por isso existe
contiacutenuo interesse em se elucidar a geneacutetica a biologia molecular e a bioquiacutemica de
EPS e de superfiacutecie de origem bacteriana
Os polissacariacutedeos sintetizados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium tais como
succinoglicanas e galactoglucanas (Zevenhuizen 1997) tecircm sido extensivamente
estudados na tentativa de melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose Muitos
trabalhos tecircm sido desenvolvidos com o objetivo de revelar a composiccedilatildeo quiacutemica a
biossiacutentese e informaccedilotildees geneacuteticas destas biomoleacuteculas e relacionar suas estruturas
quiacutemicas agraves propriedades de infestaccedilatildeo das bacteacuterias nas plantas hospedeiras (Canter
Cremers et al 1991) uma vez que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes da
especificidade simbioacutetica (Gil-Serrano et al 1992)
Os EPSs segundo Costerton (1987) possibilitam vida livre agrave bacteacuteria permitindo a
aderecircncia e colonizaccedilatildeo agrave superfiacutecies soacutelidas onde nutrientes se acumulam Eles
envolvem as membranas das ceacutelulas protegendo-as do dessecamento e outros
estresses ambientais aleacutem de poder ajudar na fixaccedilatildeo de minerais e nutrientes
proacuteximos agrave bacteacuteria (Sutherland 1988 Whitfield 1988)
Rhizobia de raacutepido crescimento sintetizam diferentes EPS EPS de alta massa
molecular o qual eacute excretado para o meio e resulta no aumento da viscosidade do
meio de cultivo CPS neutro e insoluacutevel depositado como uma massa volumosa ao
redor da ceacutelula e β-1 2-glucanas ciacuteclicas acumuladas no espaccedilo periplasmaacutetico e
excretadas para o meio (Zevenhuizen 1986) Os EPS despertam maior interesse
porque podem ser recolhidos diretamente do meio para o qual satildeo secretados Esses
microrganismos podem tambeacutem formar glucanas neutras unidas glicosidicamente por
ligaccedilotildees tipo β-14 presentes como microfibrilas celuloacutesicas de baixo massa molecular
(Zevenhuizen1986 Breedveld et al 1993) e algumas vezes no meio de cultura
podem ser encontrados compostos de baixa massa molecular semelhantes aos das
unidades monomeacutericas do EPS (Breedveld et al 1990)
A siacutentese de EPS aacutecido CPS neutro e poli-β-hidroxibutirato (PHB) por Rhizobium
eacute fortemente dependente das condiccedilotildees de cultivo das linhagens utilizadas assim
como da fase de crescimento levando a resultados que podem variar
consideravelmente (Zevenhuizen 1981 1986 Tombolini amp Nuti 1989) A produccedilatildeo de
EPS por Rhizobium leguminosarum R phaseoli e R trifolii segue associada ao
crescimento enquanto que R meliloti excreta principalmente polissacariacutedeos de baixa
massa molecular quando a proliferaccedilatildeo celular estaacute limitada pela falta de nitrogecircnio em
excesso de fonte de carbono ainda presente no meio
Zevenhuizen (1986) investigando a influecircncia das condiccedilotildees de cultivo nas
quantidades de EPS CPS e glucanas sintetizadas por Sinorhizobium meliloti TA-1
atraveacutes de cultivos em meio de sais contendo aacutecido glutacircmico (01 ) e manitol (1 )
em frascos de 100 mL agitados a 25 ordmC verificou que determinadas condiccedilotildees
direcionavam a siacutentese polissacariacutedica para um produto especiacutefico A produccedilatildeo de EPS
era favorecida em ar saturado com O2 a de CPS sob condiccedilotildees limitantes de nitrogecircnio
e moderado suprimento de O2 e a produccedilatildeo de β-12-glucanas em meio contendo uma
concentraccedilatildeo quatro vezes maior da fonte de nitrogecircnio produzindo uma alta
densidade celular e consequentemente uma limitaccedilatildeo severa de O2
Em todas as linhagens o acuacutemulo de glicogecircnio celular β-12-glucana e PHB
satildeo apenas iniciados sob condiccedilotildees limitantes do crescimento celular (Zevenhuizen amp
Ebbink1974) Quando haacute exaustatildeo da fonte de carbono externa glicogecircnio e PHB satildeo
metabolizados pelas ceacutelulas sustentando assim sua longevidade e atuando como
material de reserva (Zevenhuizen1981)
Ceacutelulas de R leguminosarum bv phaseoli e bv trifolii sintetizam EPS contendo
aacutecido urocircnico PHB eou glicogecircnio e ainda CPS natildeo metabolizaacutevel e pequenas
quantidades de β-12-glucana R melioti sintetiza EPS livre de aacutecido urocircnico PHB eou
glicogecircnio e elevadas concentraccedilotildees de β-12-glucana (Zevenhuizen 1981)
EPS aacutecidos elaborados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium apresentam exceto
por pequenas diferenccedilas uma viscosidade extraordinaacuteria na composiccedilatildeo e nas
propriedades estruturais entre linhagens de diferentes espeacutecies (Zevenhuizen
19711973 e Zevenhuizen amp Scholten-Koerselman1979) Os dois tipos mais comuns de
EPS de rizoacutebio (espeacutecies de raacutepido crescimento) obtidos apoacutes a precipitaccedilatildeo com 3
volumes de etanol satildeo EPS (da S meliloti) sem aacutecido urocircnico e que apresenta na
composiccedilatildeo molar D-glucose D-galactose aacutecido piruacutevico (711) denominado de
polissacariacutedeop Tipo I e EPS (da R leguminosarum bv phaseoli e bv trifolii) com
composiccedilatildeo molar D-glucoseD-galactoseaacutecido D-glucurocircnicoaacutecido piruacutevico (5122)
denominado de polissacariacutedeo Tipo II (Zevenhuizen1981)
As fraccedilotildees polimeacutericas precipitaacuteveis com trecircs volumes de etanol satildeo produtos de
elevada massa molecular com caraacuteter aacutecido os quais resultam em soluccedilotildees aquosas
altamente viscosas Polissacariacutedeos do Tipo I satildeo produtos comuns excretados de
linhagens de S meliloti e de Agrobacterium (Hisamatsu et al1982) sendo tambeacutem
sintetizados por bacteacuterias de origem totalmente diferente tal como Alcaligenes faecalis
(Harada amp Amemura 1981) S melioti sintetiza geralmente um EPS de elevada massa
molecular do tipo succinoglicana com a composiccedilatildeo glucose galactose piruvato
succinato acetato (71111) (Cinquini Dantas 1992 Matulovaacute et al 1994 Ridoult et
al1997)
Algumas linhagens de Rhizobium apresentam composiccedilotildees de EPS desviadas
dos tipos mais comuns mencionados acima tais como R leguminosarum bv phaseoli
linhagem K-82 com EPS de composiccedilatildeo molar D-glucoseD-galactose aacutecido urocircnico
aacutecido piruacutevico (1111) e S meliloti SU-234 que produz EPS correspondente ao
polissacariacutedeo Tipo II (Zevenhuizen 1981)
Um consideraacutevel nuacutemero de polissacariacutedeos produzidos por muitas linhagens de
rizoacutebio natildeo estaacute disperso livremente no meio mas sim presente como um material
viscoso amorfo ao redor da ceacutelula Tais polissacariacutedeos como a curdlana podem ser
extraiacutedos com a simples adiccedilatildeo de NaOH 05 M seguida de precipitaccedilatildeo pela
neutralizaccedilatildeo com HCl Curdlana uma β-13-glucana linear gelificante pode ser
produzida por Agrobacterium e por algumas linhagens de Rhizobium (Harada amp
Amemura 1981 Zevenhuizen 1986) assim como pela bacteacuteria Alcaligenes faecalis
bv myxogenes (Harada et al 1966 Phillips et al1983 Lawford amp Rousseau1989) O
derivado sulfatado deste homopoliacutemero apresenta atividades anticoagulantes e
antitromboacuteticas aleacutem de exibir efeito inibitoacuterio agrave infecccedilatildeo in vitro do viacuterus HIV-1
(Jagodzinsski et al 1994) Aleacutem dos polissacariacutedeos neutro e aacutecido de elevada massa
molecular as espeacutecies de Rhizobium assim como bacteacuterias do gecircnero Agrobacterium
excretam carboidratos de baixa massa molecular os quais tem sido caracterizados
como β-12-glucanas (York et al 1980) Estas glucanas se acumulam
preferencialmente no espaccedilo periplaacutesmico da ceacutelula (Abe et al 1982) mas satildeo
tambeacutem excretadas para o meio juntamente com EPS aacutecidos Aparentemente estes
carboidratos natildeo apresentam uma funccedilatildeo especiacutefica uma vez que experimentos
realizados natildeo sugerem a sua utilizaccedilatildeo como fonte de carbono ou de energia pelas
ceacutelulas apoacutes a exaustatildeo da fonte de carbono exoacutegena Entretanto acredita-se que β-
12-glucanas sejam importantes durante processo de infestaccedilatildeo de raiacutezes de plantas
Ceacutelulas mutantes de S meliloti natildeo sintetizadoras de β-12-glucanas induziram somente
a formaccedilatildeo de pseudonoacutedulos em alfafa (Breedveld et al1990)
As β-12-glucanas ciacuteclicas satildeo moleacuteculas com grande potencial de utilizaccedilatildeo
dado o espaccedilo interno relativamente hidrofoacutebico podendo ser apropriadas como
agentes de inclusatildeo comparaacuteveis agraves ciclodextrinas constituiacutedas de 6 a 8 resiacuteduos de
glucose unidos por ligaccedilotildees α-14 Os espaccedilos internos de ambas as moleacuteculas satildeo
praticamente semelhantes Contudo a solubilidade da β-12-glucana ciacuteclica eacute maior em
relaccedilatildeo agrave ciclodextrinas (Breedveld et al 1990)
Glicogecircnio e PHB estatildeo presentes nas ceacutelulas de Rhizobium sendo que
algumas vezes ocorre separadamente em diferentes linhagens mas na sua maioria
ambos os compostos aparecem juntos em ceacutelulas de uma mesma linhagem
Vaacuterios biopoliacutemeros tem sido produzidos e utilizados comercialmente entre eles
Dextrana (produzida por bacteacuterias dos gecircneros Leuconostoc e Streptococcus) Xantana
(produzida por bacteacuterias do gecircnero Xanthomonas) Curdulana (produzida pelas
bacteacuterias Alcaligenes faecalis bv mixogenes e Agrobacterium radiobacter) Alginato
bacteriano (produzido por bacteacuterias dos gecircneros Azotobacter principalmente
Azotobacter vinelandii e Pseudomonas) Zanflo (produzido pela bacteacuteria Erwinia
tahitica) Gelana (produzida pela bacteacuteria Sphingomonas paucimobilis anteriormente
classificada como Pseudomonas elodea) Welana (produzida por espeacutecies de
Alcaligenes) Escleroglucana (produzida por diferentes espeacutecies de Sclerotium)
Pululana (produzida pelo fungo Aureobasidium pullulans) Celulose bacteriana
(produzida pela bacteacuteria Acetobacter xilinum) (Sutherland 1992 Martins amp Saacute-Correia
1993 Giavasis el al 2000 Maugeri 2001 Giavasis et al 2003 Kalogiannis et al
2003 Campbell et al 2003)
Outros biopoliacutemeros que estatildeo em estudo natildeo sendo produzidos em escala
industrial podem ser citados tais como indicana (produzida por Beijerinckia indica)
emulsana (produzida por Acinetobacter calcoaceticus) pululana (produzida pela
levedura Rhodotorula bacarum) ciclossoforanas (produzidas por Rhizobium
Agrobacterium e algumas espeacutecies de Xanthomonas) clairana (produzida por
Beijerinckia sp) diutana (produzida pelo gecircnero Sphingomonas) (Maugeri 2001
Navarrete amp Shah 2001 Chi amp Zhao 2003 Moreira et al 2003) Ateacute o momento
dextrana e xantana satildeo praticamente os uacutenicos polissacariacutedeos microbianos
comercializados em larga escala A goma gelana eacute o terceiro polissacariacutedeo produzido
comercialmente por biossiacutentese microbiano utilizado na induacutestria de alimentos
(Maugeri 2001)
15 Reologia
A etmologia da palavra rheologia tem raiz e busca significado nos vocaacutebulos
gregos rheo = deformaccedilatildeo e logia = ciecircncia ou estudo Portanto reologia eacute a ciecircncia
que estuda como a mateacuteria se deforma ou escoa quando submetida a esforccedilos
originados por forccedilas externas Schlumberger (1982) Estuda o comportamento
deformacional e do fluxo de mateacuteria submetido a tensotildees sob determinadas condiccedilotildees
termodinacircmicas ao longo de um intervalo de tempo Inclui propriedades como
elasticidade viscosidade e plasticidade No caso mais simples a propriedade reoloacutegica
de interesse no caso de soacutelidos eacute a sua elasticidade e nos fluidos eacute a viscosidade que
pode ser interpretada como a resistecircncia interna ou fricccedilatildeo interna do fluido oferece
para escoar ou tambeacutem como a medida da fricccedilatildeo interna de um fluiacutedo Quanto mais
viscosa o fluido mais difiacutecil de escoar e maior o seu coeficiente de viscosidade
(Pasquel1999)
As propriedades reoloacutegicas das soluccedilotildees de poliacutemeros mudam com a natureza
do soluto dependem da massa molecular meacutedia da estrutura molecular dos grupos
acetil ou piruvato (Casas et al 2000 Moradi-Araghi 2000 Diltz amp Zeller 2001
Navarrete et al 2001)
Viscoelasticidade eacute uma das propriedades reoloacutegicas mais simples de
substacircncias de comportamento reoloacutegico complexo como satildeo os biopoliacutemeros uma
vez que soluccedilotildees de biopoliacutemeros com interesse de aplicaccedilatildeo comercial exibem
propriedades viscoelaacutesticas isto eacute a capacidade de formar geacuteis verdadeiros em baixas
concentraccedilotildees e portanto com caracteriacutesticas intermediaacuterias entre soacutelidos e fluiacutedos
(Szczesniak 1993)
Entretanto uma das importantes indicaccedilotildees de que um biopoliacutemero tem
propriedades funcionais com viabilidade de aplicaccedilatildeo comercial como agente
espessante estruturante ou gelificante eacute o resultado da medida da viscosidade
aparente de suas soluccedilotildees aquosas (Szczesniak 1993)
A viscosidade de uma soluccedilatildeo polimeacuterica eacute uma funccedilatildeo do tamanho e da forma e
conformaccedilatildeo que adotam suas moleacuteculas no solvente sendo que no caso de alimentos
e bebidas o solvente eacute uma soluccedilatildeo de outros solutos Assim sendo as soluccedilotildees das
gomas satildeo dispersotildees de moleacuteculas hidratadas eou agregados de moleacuteculas
hidratadas e seu comportamento reoloacutegico eacute determinado pelo tamanho forma
facilidade de deformaccedilatildeo ou flexibilidade e presenccedila e magnitude da carga eleacutetrica
nessas moleacuteculas hidratadas eou agregados As soluccedilotildees de polissacariacutedeos exibem
dois tipos gerais de comportamento reoloacutegico pseudoplaacutestico e tixotropia As soluccedilotildees
da maioria das gomas experimentam uma diminuiccedilatildeo da viscosidade com o aumento da
temperatura sendo que a goma xantana eacute uma exceccedilatildeo entre 0 e 100 ordm C (Pasquel
1999)
Na Viscoelasticidade os liacutequidos viscosos natildeo possuem forma geomeacutetrica
definida e escoam irreversivelmente quando submetidos a forccedilas externas Por outro
lado os soacutelidos elaacutesticos apresentam forma geomeacutetrica bem definida e se deformados
pela accedilatildeo de forccedilas externas assumem outra forma geomeacutetrica de equiliacutebrio Muitos
materiais apresentam um comportamento mecacircnico intermediaacuterio entre estes dois
extremos evidenciando tanto caracteriacutesticas viscosas como elaacutesticas e por este
motivo satildeo conhecidos como viscoelaacutesticos
Quanto agrave deformaccedilatildeo os fluidos podem ser classificados em
Reversiacuteveis ou elaacutesticos satildeo sistemas que natildeo escoam sua deformaccedilatildeo eacute
reversiacutevel e o sistema obedece agrave Lei de Hooke
Irreversiacuteveis ou viscosos satildeo sistemas que escoam sua deformaccedilatildeo eacute
irreversiacutevel e o sistema obedece agrave Lei de Newton de viscosidade constante
Tambeacutem podem ser classificados quanto agrave relaccedilatildeo entre a taxa de deformaccedilatildeo e a
tensatildeo de cisalhamento
Fluidos Newtonianos sua viscosidade eacute constante seguem a Lei de
Newton Esta classe abrange todos os gases e liacutequidos natildeo polimeacutericos e
homogecircneos A relaccedilatildeo entre a taxa de deformaccedilatildeo e a tensatildeo de cisalhamento
eacute linear e o coeficiente angular da reta eacute a viscosidade (Severs 1962)
Ex aacutegua leite soluccedilotildees de sacarose oacuteleos vegetais
Fluidos Natildeo Newtonianos a relaccedilatildeo entre a taxa de deformaccedilatildeo e a tensatildeo de
cisalhamento natildeo eacute constante A relaccedilatildeo eacute natildeo linear e o coeficiente angular
(viscosidade) varia com a taxa de deformaccedilatildeo (Severs 1962)
Aleacutem disso os fluidos natildeo newtonianos ainda podem ser classificados em
viscoelaacutesticos dependentes e independentes do tempo (Figura 1)
A Figura 2 mostra o comportamento reoloacutegicos do fluido newtoniano e dos fluidos
natildeo newtonianos independentes do tempo
O comportamento reoloacutegico dos fluidos pode ser caracterizado atraveacutes da
relaccedilatildeo entre a tensatildeo de cisalhamento (forccedilaaacuterea cisalhada) e a taxa de deformaccedilatildeo
Normalmente os poliacutemeros em soluccedilatildeo diluiacuteda demonstram um comportamento de
liacutequido newtoniano Em soluccedilatildeo concentrada ou no estado fundido os poliacutemeros
apresentam um comportamento reoloacutegico distinto que lhes confere a denominaccedilatildeo de
fluidos natildeo-newtonianos (Tager 1978)
Dependentes do tempo
Independentes do tempo
Tixotroacutepicos
Sem tensatildeo de cisalhamento
inicial
Natildeo Newtoniano
Com tensatildeo de cisalhamento
inicial
Dilatantes
Herschel-Bulkley
Fluidos
Newtoniano
Viscoelaacutesticos
Reopeacuteticosticos
Pseudoplaacutesticos
Plaacutesticos de Bingham
Figura 1 Classificaccedilatildeo dos Fluidos segundo seu comportamento reoloacutegico
Figura 2 Curvas de escoamento de fluidos newtoniano e natildeo newtonianos de propriedades independentes do tempo de cisalhamento
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Os fluidos natildeo-newtonianos cujas propriedades reoloacutegicas satildeo independentes do
tempo temos diversos tipos de comportamento de materiais que satildeo denominados
viscoplaacutesticos ou de Bingham dilatante e pseudoplaacutesticos
Os materiais viscoplaacutesticos ou de Bingham necessitam de uma tensatildeo inicial
para comeccedilarem a deformaccedilatildeo cisalhamento mantendo entatildeo a relaccedilatildeo entre tensatildeo
e taxa de deformaccedilatildeo que pode ser constante ou natildeo Em soluccedilotildees de poliacutemeros de
alto peso molecular muitas vezes uma tensatildeo de cisalhamento miacutenima se faz
necessaacuteria a fim de vencer as interaccedilotildees intermoleculares existentes Soacute apoacutes o
colapso destas ligaccedilotildees ocorre o escoamento do fluido Como exemplos destes fluidos
podem ser citados a margarina polpa de papel e a maioria das tintas (Bretas 1987)
Os materiais com comportamento dilatante ou pseudoplaacutestico natildeo necessitam de
uma tensatildeo miacutenima para escoarem mas a viscosidade destes fluidos varia de forma
natildeo linear com a taxa de deformaccedilatildeo (Cheremisinoff 1993)
Os materiais pseudoplaacutesticos incluem a maioria dos fluidos natildeo-newtonianos
como por exemplo soluccedilotildees polimeacutericas acetato de celulose maionese suspensotildees
de polpa de papel e pigmentos (Cheremisinoff 1993) A maioria dos poliacutemeros
sinteacuteticos no seu estado fundido e das soluccedilotildees aquosas de polissacariacutedeos satildeo
exemplos de materiais pseudoplaacutesticos (Lopes 1989)
O termo dilatacircncia eacute empregado normalmente para descrever tanto uma
expansatildeo de volume sob cisalhamento como para caracterizar o aumento de
viscosidade de certos fluidos com o aumento da velocidade de cisalhamento Neste
uacuteltimo aspecto a dilatacircncia eacute observada como fenocircmeno inverso agrave pseudoplasticidade
(Bauer amp Collins 1967) O comportamento dilatante pode ser observado em
suspensotildees muito concentradas em que as partiacuteculas constituintes satildeo irregulares e
natildeo se orientam facilmente ou em poliacutemeros fundidos onde haacute formaccedilatildeo de cristais
durante o processo de escoamento (Lopes e Andrade 1991) Como exemplos de
dilatantes podemos citar as suspensotildees aquosas de dioacutexido de titacircnio suspensotildees de
amido de milho em etilenoglicolaacutegua goma araacutebica areia de praia molhada entre
outros (Lopes e Andrade 1991 Cheremisinoff 1993)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Os fluidos natildeo-newtonianos cujas propriedades reoloacutegicas satildeo dependentes do
tempo temos diversos tipos de comportamento de materiais que satildeo denominados de
reopeacuteticos e tixotroacutepicos Materiais que se tornam mais viscosos durante a
transformaccedilatildeo em cisalhamento suave satildeo chamados reopeacuteticos exibem um aumento
da viscosidade com o aumento da velocidade de cisalhamento a uma velocidade de
cisalhamento constante (suspensatildeo de gesso solos) e os que se tornam menos
viscosos satildeo chamados tixotroacutepicos (tinturas vaacuterios lubrificntes) (Cheremisinoff 1993)
Os materiais tixotroacutepicos satildeo inevitavelmente pseudoplaacutesticos mas nem todo
pseudoplaacutestico eacute tixotroacutepico (Lenk 1978)
Uma outra categoria de fluidos natildeo-newtoniano eacute representada pelos fluidos
viscoeslaacutesticos Um material eacute descrito como viscoelaacutestico quando em suas
propriedades mecacircnicas parte da energia eacute armazenada e outra parte eacute dissipada
como calor Na verdade todos os corpos reais satildeo viscoelaacutesticos (Graessley 1984)
Um fluido viscoelaacutestico em equiliacutebrio quando submetido agrave uma tensatildeo cisalhante
responde de dois modos sobrepostos Primeiro o material exibe uma resposta elaacutestica
que corresponde ao deslocamento das moleacuteculas de sua posiccedilatildeo inicial para uma nova
posiccedilatildeo de equiliacutebrio Isto ocorre logo apoacutes a aplicaccedilatildeo da tensatildeo e eacute chamado de
tempo de relaxamento O segundo modo de resposta agrave tensatildeo eacute o escoamento viscoso
iniciando-se tambeacutem logo que esta eacute aplicada O escoamento viscoso eacute por
conseguinte irreversiacutevel espontaneamente podendo continuar mesmo apoacutes o aliacutevio da
tensatildeo (Tager 1978) Como exemplos desta classe de fluiacutedos poliacutemeros como o
naacuteilon vaacuterias soluccedilotildees polimeacutericas e geleacuteias (Cheremisinoff 1993)
O estudo reoloacutegico de sistemas polimeacutericos tem auxiliado tanto na compreensatildeo
da estrutura molecular de muitos tipos de poliacutemeros quanto na forma como esta
conformaccedilatildeo estrutural afeta o comportamento reoloacutegico quer em condiccedilotildees
permanentes quer em deformaccedilatildeo intermitente A viscosidade e a elasticidade satildeo as
duas faces que tendem a caracterizar a maneira como um material reage a uma tensatildeo
imposta (Machado 2002)
A estrutura quiacutemica de cada biopoliacutemero bem como os grupos substituintes que
ele possui determinam suas caracteriacutesticas reoloacutegicas e portanto suas potenciais
aplicaccedilotildees (Pace 1991)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Os polissacariacutedeos microbianos variam consideravelmente em suas
propriedades fiacutesicas incluindo as caracteriacutesticas reoloacutegicas influenciando
marcadamente o processo fermentativo (Sutherland 1990)
2 JUSTIFICATIVA
A relevacircncia deste trabalho consiste na necessidade do desenvolvimento de
tecnologias de baixo custo capazes de melhorar os niacuteveis de produtividade do feijoeiro
podendo ser favorecido pelo estudo do comportamento da produccedilatildeo de polissacariacutedeos
por Rhizobium sp onde os resultados permitiratildeo avaliar a produccedilatildeo do biopoliacutemero
sintetizado como uma alternativa viaacutevel e promissora principalmente pelo uso de
bioproduto para formulaccedilatildeo de inoculante visando incrementar a contribuiccedilatildeo no
processo da Fixaccedilatildeo Bioloacutegica de Nitrogecircnio podendo gerar no futuro insumos
bioloacutegicos capazes de promover saltos qualitativos para a agricultura
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
3 OBJETIVOS 31 Geral Obter isolados de rizoacutebios para maior eficiecircncia no desenvolvimento da planta visando
selecionar microrganismos para produccedilatildeo de polissacariacutedeos extracelulares e que
possuam capacidade para produzir biopoliacutemero
32 Especiacuteficos
Estudo cineacutetico do cultivo de rizoacutebios para determinar as condiccedilotildees culturais que
assegurem uma produccedilatildeo eficiente de polissacariacutedeos
Determinar quais os melhores isolados produtores de polissacariacutedeo em meio
liacutequido (gL-1)
Estudar paracircmetros na produccedilatildeo de exopolissacariacutedeo formado pelas estirpes de
rizoacutebio tais como volume de inoacuteculo e o comportamento viscosimeacutetrico da
dispersatildeo do polissacariacutedeo
Avaliar a influecircncia do tempo na produccedilatildeo do polissacariacutedeo pelo
acompanhamento de consumo de substrato e de formaccedilatildeo do produto
Determinar a composiccedilatildeo quimica e a dosagem de sacarose das melhores
estirpes produtoras de polissacariacutedeo
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
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Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
5 CAPIacuteTULO 1
BIOPOLIacuteMEROS SINTETIZADOS POR Rhizobium sp PRODUCcedilAtildeO E COMPORTAMENTO REOLOacuteGICO
Barreto M C S 12 Figueiredo M V B 2 Burity H A2 Lima-Filho J L 1
1Universidade Federal de Pernambuco Rua Nelson Chaves sn Cidade Universitaacuteria
Recife ndash PE Brasil
2Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria ndash IPA Laboratoacuterio Biologia do
Solo Av Gal San Martin 1371 Bongi Recife ndash PE Brasil
Autor de correspondecircncia Maria do Carmo Silva Barreto Empresa Pernambucana de Pesquisa
Agropecuaacuteria ndash IPA Laboratoacuterio Biologia do Solo Av Gal San Martin 1371 Bongi Recife ndash PE
Brasil E-mail mcsbarretogmailcom
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
RESUMO Os biopoliacutemeros polissacariacutedicos de origem microbiana sintetizados por bacteacuterias
fungos e leveduras satildeo tambeacutem conhecidos como goma devido a sua capacidade de
formar soluccedilotildees viscosas e geacuteis em meio aquoso A produccedilatildeo de exopolissacariacutedeos
(EPS) microbianos tem sido objeto de intensa pesquisa tendo em vista seu elevado
potencial de aplicaccedilatildeo em diferentes setores No entanto os polissacariacutedeos
sintetizados por bacteacuterias do grupo Rhizobium tem sido estudados na tentativa de
melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose leguminosa X Rhizobium uma vez
que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes da especificidade simbioacutetica
entretanto a precisa funccedilatildeo destas moleacuteculas ainda estaacute sendo investigada No
processo de produccedilatildeo e viscosidade de polissacariacutedeo a ser obtido deve-se considerar
desde o microrganismo em estudo ateacute a determinaccedilatildeo dos paracircmetros de agitaccedilatildeo
tempo de incubaccedilatildeo excesso ou ausecircncia de carboidratos e volume de inoculo onde
se destaca o meio de produccedilatildeo e sua influecircncia na siacutentese no rendimento e na
composiccedilatildeo dos EPS O objetivo deste trabalho foi avaliar a produccedilatildeo e viscosidade de
biopoliacutemeros obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp comparados com a estirpe padratildeo
Rhizobium tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo O biopoliacutemero foi obtido
atraveacutes de agitaccedilatildeo em incubador agitador As condiccedilotildees foram 28 degC 200 rpm por 96
e 168 horas em meio YM modificado Foram avaliados a produccedilatildeo pela massa seca
da soluccedilatildeo aquosa dos biopoliacutemeros a 25 (vv) atraveacutes da teacutecnica da massa seca e
apoacutes a secagem do produto foi realizada em dissecador agrave temperatura de 30 degC ateacute
massa constante Para medidas de viscosidade as amostras foram determinadas em
viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT Spindle 1) a 20 degC a diferentes taxas
de cisalhamento Os resultados mostraram que os isolados no tempo de fermentaccedilatildeo
de 168 horas apresentou maior produccedilatildeo de EPS Com o aumento do tempo tambeacutem
houve um aumento da viscosidade para todos os isolados
Palavras Chave Exopolissacariacutedeos (EPS) reologia rizoacutebio
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ABSTRACT
The biopolymers are polysaccharide from microbial origin synthesized by bacteria fungi
and yeast They are also known as gums due to their capacity to produce viscous
solutions and gel in an acquoso medium The production of microbial Exopolysaccharide
(EPS) has been an object of intensive research due to its high application and potential
in different fields However the polysaccharide synthesized by bacteria from
Rhizobium have been studied to help understand their participation in the leguminous
symbiosis X Rhizobium since these biopolymers seem to determine the symbiotic
specificity however the precise function of those molecules are still to be seen to
During the process of production and viscosity of polysaccharide it should be
considered from the microorganism being studied to the determination of rotatory
parameters time of incubation excess or lack of carbohydrates and inocule volume in
which the production medium and its influence on the synthesis is highlighted in the
yield and composition of exopolysaccharides The aim of this research is to evaluate the
production and viscosity of biopolymers obtained form 8 isolated Rhizobium sp
compared to standard strain Rhizobium tropici (CIAT 899) in different culture timing The
biopolymer was obtained through rotation in shakers The conditions were 28degC
200rpm per 96 and 168 hours in modified YM medium The following items were
evaluated the production via dry weight of acquoso solution of biopolymers at 25
(vv) through the technique of dry weight and after drying the product which was done in
a dessicator at 30degC with constant weight For measuring viscosity the samples were
identified by using a rotational Brookfield (model RVT Spindle 1) viscometer at 20degC
and shear rate The results showed that the isolated ones had a bigger production within
168 hours of fermentation time Besides by increasing the time there was also an
increase of viscosity for all the isolated ones
Keywords Exopolysaccharide(EPS) rheology rhizobia
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
51 Introduccedilatildeo
Os biopoliacutemeros polissacariacutedicos de origem microbiana sintetizados por bacteacuterias
fungos e leveduras satildeo tambeacutem conhecidos como goma devido a sua capacidade de
formar soluccedilotildees viscosas e geacuteis em meio aquoso Esses polissacariacutedeos de cadeia
complexa tambeacutem satildeo conhecidos como gomas devido a sua capacidade de formar
soluccedilotildees viscosas e geacuteis em meio aquoso
Um grande nuacutemero de bacteacuterias conhecidas produz quantidades abundantes de
exopolissacariacutedeos (EPS) particularmente as patogecircnicas de plantas como as
Xanthomonas Erwinia e as bacteacuterias fixadoras de nitrogecircnio Rhizobium Beijerinkia e
Azotobacter (Vermani et al 1995) Destas os exopolissacariacutedeos de Xanthomonas
campestris (xantana) Sphingomonas paucimobilis e Pseudomonas elodea (gelana)
Acetobacter xylinum (celulose) e Rhizobium sp (succinoglucana) estatildeo sendo
comercializados (Sutherland 2001)
Os polissacariacutedeos extracelulares sintetizados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium
tecircm sido estudados na tentativa de melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose
leguminosa x Rhizobium uma vez que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes
da especificidade simbioacutetica entretanto a precisa funccedilatildeo destas moleacuteculas ainda estaacute
sendo investigada
Segundo Costerton (1987) os EPS possibilitam vida livre agrave bacteacuteria permitindo a
aderecircncia e colonizaccedilatildeo agrave superfiacutecies soacutelidas onde os nutrientes se acumulam Eles
envolvem as membranas das ceacutelulas protegendo-as do dessecamento e outros
estresses ambientais aleacutem de poder ajudar na fixaccedilatildeo de minerais e nutrientes proacuteximo
a bacteacuteria (Sutherland 1988 Whitfield 1988) Ainda segundo Costerton (1987) os
EPS podem ser homopoliacutemeros ou heteropoliacutemeros e possuem uma variedade de
substituintes natildeo carboidratados Entre os homopoliacutemeros encontrados em bacteacuterias
que interagem com plantas as mais comuns satildeo as glucanas periplasmaacuteticas β (1-2)
que estatildeo presentes em Rhizobiaceae (Otoboni 2001)
Os polissacariacutedeos bacterianos hidrossoluacuteveis vecircm sendo utilizados pelas induacutestrias
como emulsificantes estabilizantes espessantes agentes de suspensatildeo e dependendo
de sua natureza quiacutemica as gomas microbianas podem tambeacutem ser empregadas como
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
promotoras de gelificaccedilatildeo No entanto os polissacariacutedeos sintetizados por bacteacuterias do
gecircnero Rhizobium tais como succinoglicanas e galactoglucanas (Zevenhuizen 1997
Younes et al 2000) tecircm sido estudados na tentativa de melhor compreender sua
participaccedilatildeo na simbiose
A produccedilatildeo de EPS microbianos tem sido objeto de intensa pesquisa tendo em
vista seu elevado potencial de aplicaccedilatildeo em diferentes setores pois natildeo se encontra
exposta agraves alteraccedilotildees climaacuteticas ou agrave problemas nas colheitas que prejudicam a oferta
e alteram o custo de produccedilatildeo das gomas tradicionais No processo de produccedilatildeo de
polissacariacutedeos deve-se considerar desde o microrganismo em estudo ateacute a
determinaccedilatildeo dos paracircmetros de agitaccedilatildeo tempo de incubaccedilatildeo excesso ou ausecircncia
de carboidratos e volume de inoacuteculo onde se destaca o meio de produccedilatildeo e sua
influecircncia na siacutentese no rendimento e na composiccedilatildeo dos EPS (Faria 2002)
Na literatura estatildeo descritos vaacuterios meios de produccedilatildeo entretanto a composiccedilatildeo
qualitativa eacute a mesma e cada suplemento apresenta uma determinada funccedilatildeo na
produccedilatildeo de polissacariacutedeo Basicamente os meios para produccedilatildeo de polissacariacutedeos
apresentam uma fonte de foacutesforo e potaacutessio (fosfato de potaacutessio) e nitrogecircnio (sulfato
de amocircnio) em concentraccedilotildees adequadas para o crescimento do microrganismo uma
fonte de carbono (glicose sacarose manose frutose e outras) como reserva energeacutetica
e ainda oligoelementos como Na1+ K1+ Ca2+ Mg2+ Fe2+ e outros os quais tecircm um
papel importante como cofatores enzimaacuteticos nas vias de produccedilatildeo do polissacariacutedeo
(Martins et al 1990 Wong 1993 Madi et al 1997)
Soluccedilotildees de biopoliacutemeros bacterianos com propriedades reoloacutegicas interessantes
do ponto de vista industrial geralmente exibem propriedades pseudoplaacutesticas
viscoelaacutesticas e tensatildeo residual elevada (Sutherland 2001) poreacutem a viscosidade
aparente do caldo de fermentaccedilatildeo era o paracircmetro utilizado para avaliar a qualidade do
biopoliacutemero (Scamparini 1991 Bueno amp Garcia-Cruz 2000) Dos paracircmetros que
interferem na viscosidade dos poliacutemeros pode-se citar o tipo de estrutura molecular e
concentraccedilatildeo de poliacutemero A viscosidade da soluccedilatildeo aquosa de um polissacariacutedeo estaacute
diretamente relacionada com a rigidez de sua moleacutecula que por sua vez depende da
sua estrutura principalmente da estrutura primaacuteria e secundaacuteria a qual estaacute
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
diretamente relacionada agrave bacteacuteria utilizada e agraves condiccedilotildees operacionais do processo
de produccedilatildeo (Bradshaw et al 1983)
A seleccedilatildeo de microrganismos que produzam polissacariacutedeos com propriedades
funcionais economicamente interessantes bem como os estudos para otimizar o
rendimento e a produtividade dos processos fermentativos na obtenccedilatildeo destes eacute um
desafio constante (Boza 2002) A seleccedilatildeo da linhagem deveria ser o primeiro passo
quando se tenta um processo especiacutefico de produccedilatildeo
Dentro deste contexto este trabalho teve como objetivo geral avaliar a produccedilatildeo e
viscosidade de EPS obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp comparados com a estirpe
padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo
52 Material e Meacutetodos
Microrganismos
Foram utilizadas as bacteacuterias pertencentes ao gecircnero Rhizobium 8 isolados (nativos
da regiatildeo do sertatildeo de Pernambuco ndash Araripina) do banco de germoplasma da
Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria - IPA resistentes a alta
temperatura e formadoras de goma e uma estirpes padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899)
obtidas do Centro Nacional de Pesquisa em Agrobiologia - CNPAB EMBRAPA
As estirpes descritas na Tabela 1 foram mantidas em meio YMA (Vincent 1970 -
modificado) contendo (gL-1) sacarose (30 g) extrato de levedura (04 g) 1 mL de
K2HPO4 a 10 4 mL de KH2PO4 a 10 2 mL de MgSO47H2O a 10 1 mL de NaCl
a 10 5 mL de Azul de Bromotimol 025 em KOH a 02N ou 10 mL de Vermelho
Congo a 025
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Inoacuteculo
As estirpes descritas na Tabela 1 foram purificadas por repicagem em placas de
petri contendo o meio YMA (Vincent 1970 - modificado) utilizando o corante vermelho
do congo como indicador Apoacutes a purificaccedilatildeo as bacteacuterias foram repicadas em tubos
inclinados em meio de cultura sem o indicador vermelho de congo as quais foram
incubados a 28 degC por 48 horas em estufa e armazenadas a plusmn4 degC
A partir dessas culturas os experimentos foram conduzidos em duas etapas
Primeiro preparou-se um preacute-inoacuteculo partindo de uma alccedilada de cultura crescida sobre
meio YMA e incubada em estufa por 48 h a 28 plusmn 1 degC Transcorrido este periacuteodo
Isolados
Estirpe
Tamanho
das colocircnias
Tempo
Crescimento (dias)
pH
Transparecircncia
Hospedeiro
Origem
ISOL-1
gt 1 mm
2
Alcalino
Transluacutecido
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-2
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-3
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-4
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-6
gt 1 mm
2
Alcalino
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-11
gt 1 mm
2
Aacutecido
Transluacutecido
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-14
lt 1 mm
2
Levemente
Aacutecido
Opaco
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
ISOL-16
gt 1 mm
2
Levemente
Aacutecido
Opaco
Phaseolus vulgaris
CIAT 899
gt 1 mm
2
Aacutecido
Transluacutecido
Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
Cali-CO
Tabela 1 Caracteriacutesticas morfofisioloacutegicas dos Isolados de rizoacutebios e da estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
preparou-se o inoacuteculo atraveacutes da transferecircncia asseacuteptica em Erlenmeyer de 250 mL
com 80 mL de meio de produccedilatildeo contendo 25 (vv) de uma cultura do preacute-inoacuteculo
crescida ateacute a fase logariacutetma e incubados em agitador rotatoacuterio a 200 rpm a 28 plusmn 1 degC
em triplicata
Produccedilatildeo e recuperaccedilatildeo de biopoliacutemero
A produccedilatildeo total dos biopoliacutemeros [g(Lh)-1] obtidos nos diferentes tempos de
cultivo foram avaliados pela massa do produto seco por volume de meio YM
modificado em Incubadora refrigerada com agitaccedilatildeo Modelo TE-421 TECNAL A
quantidade produzida de EPS durante a fermentaccedilatildeo foi determinada atraveacutes da
teacutecnica da massa seca Apoacutes centrifugaccedilatildeo aacutelcool etiacutelico PA foi adicionado ao mosto
fermentado ateacute atingir a concentraccedilatildeo de 80 na soluccedilatildeo hidroalcooacutelica formada
Apoacutes a total precipitaccedilatildeo do EPS presente no meio fermentado foi realizado a secagem
do produto em dissecador agrave temperatura 30 degC ateacute massa constante Todas as
determinaccedilotildees foram efetuadas em triplicata
Viscosidade
A caracterizccedilatildeo reoloacutegica do biopoliacutemero produzido foi determinada em um
viscosiacutemetro rotacional Brookfield modelo RVT com spindle 1 a 20 degC acoplados a
um banho-maria termostatizado modelo TE-184 TECNAL Foram determinadas as
viscosidades aparentes e a avaliaccedilatildeo do comportamento pseudoplaacutestico As equaccedilotildees
e procedimentos especiacuteficos aplicados para os caacutelculos das taxas de cisalhamento em
funccedilatildeo da rotaccedilatildeo aplicada no material foram obtidos atraveacutes dos meacutetodos verificados
por Mitschka (1982) citado por Morais (1999) para reocircmetros deste modelo (RV)
O modelo reoloacutegico adotado foi de Ostwald-de Waele (power-law)
n
kibull
= γτ )(
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Pelo meacutetodo utilizado a tensatildeo de cisalhamento eacute calculada pela multiplicaccedilatildeo da
leituras de torque pela constante tabelada kat (funccedilatildeo do rotor) e a taxa de cisalhamento
pela constante kγ (funccedilatildeo do rotor e iacutendice da potecircncia) (Morais 1999)
)()( iLKi at=τ
)()()( iWnKi γγ =
Os valores das constantes das constantes de Mitschka se encontram na tabela 2
seguinte
Tabela 2 Valores das constantes kat e kγ (Mitshka 1982)
Rotor 1 2 3 4 5 6 7
kat 0035 0119 0279 0539 105 235 84
n=01 1728 1431 1457 1492 1544 1366 1936
02 0967 0875 0882 0892 0907 0851 1007
03 0705 0656 0656 0658 0663 0629 0681
kγ 04 0576 0535 0530 0529 0528 0503 0515
05 0499 0458 0449 0445 0442 0421 0413
06 0449 0404 0392 0387 0382 0363 0346
07 0414 0365 0350 0343 0338 0320 0297
08 0387 0334 0317 0310 0304 0286 0261
09 0367 0310 0291 0283 0276 0260 0232
10 0351 0291 0270 0262 0254 0238 0209
Anaacutelise Estatiacutestica Para as anaacutelises individuais do experimento foi utilizado um delineamento
inteiramente casualizado com nove (n = 9) bacteacuterias e trecircs repeticcedilotildees (r =3) O modelo
matemaacutetico utilizado foi o aditivo linear
Yij = micro + bi + lij onde
Yij eacute a variaacutevel resposta (produccedilatildeo de biopoliacutemero) da i-eacutesima bacteacuteria na j-eacutesima
repeticcedilatildeo
micro eacute a meacutedia geral do experimento
bi eacute o efeito da i-eacutesima bacteacuteria
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
lij eacute o componente aleatoacuterio (erro experimental ou resiacuteduo) para a i-eacutesima bacteacuteria e j-
eacutesima repeticcedilatildeo Considerando eij independente e normalmente distribuiacutedo com meacutedia
zero e variacircncia σe2
O esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia utilizado para os experimentos de 96
e 168 horas pode ser visto na Tabela abaixo
Para a anaacutelise de Grupo de experimentos foi utilizado o modelo matemaacutetico Yijk = micro + bi + ti + (bt)ik + lijk onde
Yijk eacute a variaacutevel resposta (produccedilatildeo de biopoliacutemero) da i-eacutesima bacteacuteria no k-eacutesimo
tempo da j-eacutesima repeticcedilatildeo
micro eacute a meacutedia geral dos experimentos
bi eacute o efeito da i-eacutesima bacteacuteria
tk eacute o efeito do k-eacutesimo tempo
(bt)ik eacute o efeito da interaccedilatildeo hierarquica da i-eacutesima bacteacuteria com o k-eacutesimo tempo
lijk eacute o componente aleatoacuterio (erro experimental ou resiacuteduo) para a i-eacutesima bacteacuteria do
k-eacutesimo tempo na j-eacutesima repeticcedilatildeo Considerando lijk independente e normalmente
distribuiacutedo com meacutedia zero e variacircncia σe2
Fonte de variaccedilatildeo
GL
SQ
QM
F
Bacteacuterias
Resiacuteduos
1minusn
( )1minusrn
Total
1minusnr
sum=
minus
n
iCbir 1
21
Diferenccedila
CYij
r
j
n
iminussumsum
==
2
11
1Q
2Q
21
Tabela 3 ndash Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para experimentos em 96 e 168 horas
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
O esquema teoacuterico da decomposiccedilatildeo da variacircncia utilizado pode ser visto na Tabela 3
1minusnrt
53 Resultados e Discussatildeo
Produccedilatildeo de biopoliacutemero
As Tabelas 5 e 6 apresentam os resultados da anaacutelise de variacircncia e dos dados
meacutedios das anaacutelises individuais e do grupo de experimento da produccedilatildeo de biopoliacutemero
(gL-1) para os tempos de cultivo (96 e 168 horas) respectivamente
A Tabela 6 apresenta a produccedilatildeo meacutedia (gL-1) das fermentaccedilotildees realizadas em
triplicata para a produccedilatildeo do biopoliacutemero durante 96 e 168 horas de cultivo dos 8
isolados e da estirpe padratildeo CIAT 899 e a meacutedia do grupo de experimento das
mesmas Nesta observa-se que a produccedilatildeo maacutexima no periacuteodo de 168 horas de
processo ocorreu para todas as estirpes poreacutem a bacteacuteria CIAT 899 (padratildeo)
apresentou a maior produccedilatildeo em relaccedilatildeo aos demais tratamentos ( ISOL 14 ISOL 16 e
ISOL 3 ) pelo teste de Tukey a niacutevel de 1 de probabilidade Isto sugere que com o
aumento do tempo (168 horas) ocorre um aumento da produccedilatildeo o que mostra que a
Fonte de variaccedilatildeo
GL
SQ
QM
F
Bacteacuterias (B)
1minusn
_
1Q
41 QQ
Tempo (T) 1minust _ 2Q 42 QQ
Interaccedilatildeo (BxT) ( )( )11 minusminus tn _ 3Q
43
Resiacuteduo ( )1minusrnt _ 4Q
Tabela 4 ndash Esquema teoacuterico da anaacutelise de variacircncia para grupo de experimentos
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
condiccedilatildeo de 30 g de sacarose 200 rpm 168 horas e 28 degC eacute a condiccedilatildeo maximizada
para a produccedilatildeo do biopoliacutemero realizada neste estudo No entanto em relaccedilatildeo a
meacutedia das produccedilotildees de 96 e 168 horas a estirpe CIAT 899 natildeo apresentou diferenccedila
significativa pelo teste de Tukey (plt001) em relaccedilatildeo ao ISOL 14 A menor produccedilatildeo
de biopoliacutemero ocorreu com o ISOL 1
FV GL
Quadrado Meacutedio 96 horas
168 horas
Bacteacuteria
Resiacuteduo
8
18
04366
00099
08720
00213
Significacircncia ao niacutevel (plt001) para o teste de F CV () 1525 (96 horas) CV() 1420 (168 horas)
Bacteacuterias
Produccedilatildeo
(gL-1) 96 horas
Produccedilatildeo
(gL-1) 168 horas
Meacutedia Produccedilatildeo
(gL-1) 96 e 168 horas
CIAT 899 12520 a 18542 a 15531 a
ISOL 14 10575 ab 16608 ab 13592 a
ISOL 16 08237 bc 13225 bc 10731 ab
ISOL 3 08825 bc 11746 cd 10285 ab
ISOL 11 06241 cd 08463 d 07352 bc
ISOL 4 04958 de 09429 cd 07194 bc
ISOL 6 04029 def 08479 d 06254 bc
ISOL 2 02162 ef 03217 e 02690 c
ISOL 1 01229 f 02779 e 02004 c
Tabela 6 Dados meacutedios das anaacutelises individuais e do grupo de experimento da produccedilatildeo de biopoliacutemeros por Rhizobium sp
Tabela 5 Resultados da anaacutelise de variacircncia da produccedilatildeo de biopoliacutemeros sintetizados por Rhizobium cultivados por 96 e 168 horas de cultivo
As meacutedias (3 repeticcedilotildees) seguidas de mesma letra natildeo diferem estatisticamente entre si pelo teste de Tukey (plt001) CV () 1525 (96 horas) CV () 1420 (168 horas) CV () 1487 (96 e 168 horas)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Entretanto sabe-se que a produccedilatildeo eacute influenciada pela linhagem do
microrganismo tempo e meio de fermentaccedilatildeo (Antunes et al 2000 Souza amp
Vendruscolo 2000 Torres et al 1993) Neste estudo a fonte de carbono utilizada como
substrato foi agrave sacarose que eacute bastante utilizada em experimentos de fermentaccedilatildeo As
fermentaccedilotildees foram realizadas com o meio de produccedilatildeo elaborado a partir do meio YM
(Vincent 1970) suplementado com uma dosagem maior de sacarose (30 gL) no intuito
de incrementar a produccedilatildeo das linhagens testadas
As bacteacuterias do gecircnero Rhizobium satildeo capazes de utilizar uma ampla gama de
produtos como fontes de carbono A literatura cita cultivos com glicose galactose
frutose arabinose xilose ramnose maltose sacarose lactose trealose rafinose
manitol furamato malato succinato citrato e piruvato (Jordan 1984) De todos estes
produtos a sacarose eacute o de mais faacutecil obtenccedilatildeo e mais vantajoso economicamente
Segundo Sutherland (2002) a glicose e sacarose satildeo usadas como fontes de carbono
preferenciais para a produccedilatildeo de biopoliacutemeros O rendimento da conversatildeo de
sacarose em ceacutelulas pelo R leguminosarum bv phaseoli oscila entre 04 e 05 g de
ceacutelulas por grama de sacarose (Boiardi 1983 Balatti 1992 IPT 1993a)
Padilha (2003) tambeacutem verificou que os resultados de fermentaccedilatildeo obtidos em
duas linhagens de Xanthomonas demonstraram a influecircncia do tempo de incubaccedilatildeo na
produccedilatildeo do biopoliacutemero onde a linhagem X axonopodis pv manihotis 289 apresentou
maior concentraccedilatildeo em ambas as condiccedilotildees testadas 72 e 96 horas 69 gL-1 e 79
gL-1 respectivamente em relaccedilatildeo agrave linhagem de X campestris pv campestris CA110
que produziu 63 gL-1 e 68 gL-1 respectivamente
Apoacutes a fermentaccedilatildeo os biopoliacutemeros foram purificados (por
centrifugaccedilatildeo) recuperados e avaliados visualmente para verificar as diferenccedilas
quanto agrave coloraccedilatildeo e estrutura das duas estirpes maiores produtoras de goma (CIAT
899 e ISOL 14) apoacutes a precipitaccedilatildeo com etanol A Figura 3 apresenta o aspecto dos
EPS precipitados a partir da produccedilatildeo onde pode-se observar diferenccedilas quanto ao
aspecto da goma precipitada Observa-se que os poliacutemeros sintetizado pelo ISOL 14
apresenta um aspecto transluacutecido enquanto que o CIAT 899 um aspecto mais opaco e
denso Quanto agrave coloraccedilatildeo natildeo foi detectada pigmentaccedilatildeo nas gomas obtidas
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Segundo Sandford (1979) os meacutetodos usados para a recuperaccedilatildeo de um
biopoliacutemero dependem sobretudo das caracteriacutesticas do microrganismo utilizado do
tipo de polissacariacutedeo e do grau de pureza desejado
Smith amp Pace (1982) revisaram esquemas de recuperaccedilatildeo para polissacariacutedeos
microbianos A precipitaccedilatildeo (baseada no caraacuteter polieletriliacutetico do polissacariacutedeo) tem
sido realizada pela adiccedilatildeo de caacutetions (como eletroacutelito) mono e polivalentes bem como
pela utilizaccedilatildeo de diversos tipos de solventes (acetona metanol etanol isopropanol 1-
butanol ou 111-tricloroetano) como agentes precipitantes
Os soacutelidos obtidos neste estaacutegio de separaccedilatildeo satildeo lavados com soluccedilatildeo
(etanolaacutegua) para remoccedilatildeo de grande parte das impurezas (Sais inorgacircnicos e
pigmentos) sendo entatildeo secos agrave vaacutecuo ou pela passagem forccedilada de ar quente ou
gaacutes inerte (Pace amp Righelato 1981) As condiccedilotildees de secagem devem ser tais que
evitem a degradaccedilatildeo quiacutemica coloraccedilatildeo excessiva ou mudanccedilas na solubilidade do
produto (Margaritis amp Pace 1985) O biopoliacutemero seco eacute entatildeo moiacutedo a uma
granulometria preacute-determinada dependendo da aplicaccedilatildeo do produto
Figura 3 ndash Aspecto do EPS precipitado sintetizado a partir do ISOL 14 (a) e do CIAT 899 (b) com 168 horas de cultivo
(a) (b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Viscosidade aparente
As propriedades reoloacutegicas foram avaliadas atraveacutes da anaacutelise de viscosidade
aparente para verificar o comportamento reoloacutegico dos EPS produzidas a temperatura
de 20 degC comparando-se nos tempos de fermentaccedilatildeo de 96 e 168 horas
Os resultados obtidos podem ser visualizados nas figuras 4 e 5 onde as soluccedilotildees
das gomas apresentaram comportamento pseudoplaacutestico isto eacute a viscosidade
aparente decresceu com o aumento da taxa de cisalhamento De acordo com a
literatura esse comportamento tem sido encontrado em soluccedilotildees polimeacutericas de
polissacariacutedeos microbianos (Amanullah et al 1996 Cacik et al 2001 Padilha 2003)
0
005
01
015
02
025
03
035
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110Taxa Cisalhamento (s-1)
Visc
osid
ade
apar
ente
(Pa
s)
ISOL 1
ISOL 2
ISOL 3
ISOL 4
ISOL 6
ISOL 11
ISOL 14
ISOL 16
CIAT899
Figura 4 Variaccedilatildeo da viscosidade aparente em funccedilatildeo da taxa de cisalhamento de soluccedilotildees aquosas de EPS 25 (vv) de 8 isolados de Rhizobium e uma estirpe padratildeo CIAT 899 a 20 degC com tempo de fermentaccedilatildeo de 96 h determinada com viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
0
005
01
015
02
025
03
035
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
Taxa cisalhamento (s-1)
Visc
osid
ade
apar
ente
(Pa
s)ISOL 1
ISOL 2
ISOL 3
ISOL 4
ISOL 6
ISOL 11
ISOL 14
ISOL 16
CIAT 899
Atraveacutes dos graacuteficos comparativos entre as leituras de viscosidade aparente das
soluccedilotildees aquosas das diferentes gomas produzidas pode-se visualizar que o CIAT
899 ISOL 3 e ISOL 16 apresentaram os valores de viscosidade mais elevados em
ambos os tempos de processo poreacutem em 168 horas as viscosidades tiveram um
aumento comparando-se a 96 horas (Figura 4 e 5)
A diminuiccedilatildeo da viscosidade com o aumento da taxa de cisalhamento eacute uma
caracteriacutestica comum aos biopoliacutemeros bacterianos Beyer et al (1987) observaram que
em soluccedilotildees a 1 do polissacariacutedeo produzido por Rhizobium CB744 medidas a 25 degC
e 65 degC tambeacutem houve um decreacutescimo da viscosidade com taxa de cisalhamento e
temperatura Vendruscolo (1995) estudou o comportamento reoloacutegico das soluccedilotildees
aquosas a 6 do biopoliacutemero Beijerinckia 7070 produzido por fermentaccedilatildeo com meio
VIII contendo 5 de sacarose medido nas temperaturas de 25 45 e 65 deg C Verificou
que a viscosidade eacute dependente da temperatura e que decresce com o aumento desta
poreacutem o biopoliacutemero recupera as suas caracteriacutesticas reoloacutegicas quando a viscosidade
eacute medida novamente na temperatura inicial no caso 25 degC
Figura 5 Variaccedilatildeo da viscosidade aparente em funccedilatildeo da taxa de cisalhamento de soluccedilotildees aquosas de EPS 25 (vv) de 8 isolados de Rhizobium e uma estirpe padratildeo CIAT 899 a 20 degC com tempo de fermentaccedilatildeo de 168 h determinada com viscosiacutemetro rotacional Brookfield (modelo RVT)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Em estudo realizado por Bueno amp Garcia-Cruz (2000) com a bacteacuteria do gecircnero
Pseudomonas foi verificada a influecircncia do tempo de cultivo em 24 48 e 72 horas
utilizando-se dois caldos de fermentaccedilatildeo diferentes Em um caldo a fonte de carbono
utilizada foi a glicose e no outro a sacarose na concentraccedilatildeo de 20 Os
biopoliacutemeros apresentaram comportamento pseudoplaacutestico e a maior viscosidade
aparente obtida foi em 72 horas de cultivo O meio contendo sacarose produziu fluidos
mais viscosos em 24 e 48 horas e o contendo de glicose produziu fluidos mais viscosos
somente apoacutes 72 horas de cultivo
As propriedades reoloacutegicas do biopoliacutemero devem ser estaacuteveis durante mudanccedilas
na temperatura pH e forccedila iocircnica O conhecimento sobre as propriedades dos
biopoliacutemeros principalmente a viscosidade e o comportamento reoloacutegico satildeo
importantes para futuras aplicaccedilotildees industriais refletem sua estrutura quiacutemica primaacuteria
e servem para predizer em quais produtos podem ser utilizados (Scamparini et al
1997)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
54 Conclusotildees
Eacute possiacutevel produzir biopoliacutemeros a partir de Rhizobium sp utilizando-se meio
suplementado (sacarose 30 gL)
A condiccedilatildeo maximizada para a produccedilatildeo de biopoliacutemeros sintetizados por
Rhizobium sp a partir do meio suplementado dentro das faixas estudadas foi 28
degC 200 rpm 168 horas de fermentaccedilatildeo em meio contendo 25 (vv) inoculo
A produccedilatildeo obtida nessa condiccedilatildeo foi 185 gL-1 para a estirpe CIAT 899 166
gL-1 para o ISOL 14 e 132 gL-1 para o ISOL 16
Os biopoliacutemeros sintetizados por Rhizobium sp apresentaram comportamento
reoloacutegico caracteriacutestico de soluccedilotildees polimeacutericas de polissacariacutedeos microbianos
apresentando os valores mais elevados de viscosidade aparente para CIAT 899
ISOL 3 e ISOL 16 respectivamente para soluccedilotildees aquosas de goma sintetizadas
a partir de sacarose 30 gL medidos a 20 degC em 168 horas de processo
Estudos viscosiacutemetricos de soluccedilotildees do polissacariacutedeo revelaram seu
comportamento pseudoplaacutestico mesmo em baixas concentraccedilotildees
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
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Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
6 CAPIacuteTULO 2
CINEacuteTICA MICROBIANA E COMPOSICcedilAtildeO QUIacuteMICA DOS EPSs PRODUZIDOS POR Rhizobium sp
Barreto M C S 12 Figueiredo M V B 2Oliveira J P2 Lima-Filho J L 1
1Universidade Federal de Pernambuco Rua Nelson Chaves sn Cidade Universitaacuteria
Recife ndash PE Brasil
2Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria ndash IPA Laboratoacuterio Biologia do
Solo Av Gal San Martin 1371 Bongi Recife ndash PE Brasil
O manuscrito a seguir seraacute submetido agrave revista Scientia Agraacuteria
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
RESUMO Os exopolissacariacutedeos (EPSs) satildeo definidos como polissacariacutedeos extracelulares
produzidos por alguns fungos e bacteacuterias Alguns EPSs satildeo sintetizados durante todo o
crescimento bacteriano enquanto que outros satildeo produzidos somente durante a fase
logariacutetmica ou na fase estacionaacuteria O objetivo deste trabalho foi avaliar o crescimento
microbiano e dosagem de sacarose assim como determinar a composiccedilatildeo quiacutemica das
melhores estirpes obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp em diferentes tempos de
cultivo O biopoliacutemero foi obtido atraveacutes de agitaccedilatildeo em incubador rotatoacuterio As
condiccedilotildees foram 28 degC 200 rpm por 96 e 168 horas em meio YM modificado Foram
avaliados a cineacutetica microbiana pela contagem do nuacutemero de unidades formadoras de
colocircnias (UFC) e por densidade oacutetica assim como consumo de substrato (sacarose)
pelo meacutetodo glicose-oxidase e determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo quiacutemica por cromatografia
gaacutes liacutequido (GLC) Os resultados mostraram que a cineacutetica de crescimento microbiano
apresentou na fase logariacutetmica valores correspondentes a uma concentraccedilatildeo celular
meacutedia de 109 UFCmL para todos os isolados e estirpe padratildeo CIAT 899 apoacutes 72 horas
de incubaccedilatildeo O consumo de substrato em 168 horas de fermentaccedilatildeo foi de de 455
gL e 478 gL para o ISOL 14 e CIAT 899 respectivamente A composiccedilatildeo dos
accedilucares dos exopolissacariacutedeos do ISOL 14 apresentou valores superiores de
ramnose manose galactose glicose e aacutecidos urocircnicos na moleacutecula em relaccedilatildeo a
estirpe padratildeo CIAT 899
Palavras Chave Exopolissacariacutedeos glicose rizoacutebio sacarose unidades formadoras de colocircnias (UFC)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
61 Introduccedilatildeo
Os exopolissacariacutedeos (EPSs) chamados de biopoliacutemeros ou gomas
hidrossoluacuteveis satildeo produzidos por uma grande variedade de microrganismos e
possuem propriedades fiacutesicas estruturais e quiacutemicas bastante homogecircneas em
relaccedilatildeo aos derivados de algas e plantas (Margaritis Pace 1985)
A produccedilatildeo de EPS pode ser limitada por certas condiccedilotildees como quantidade de
carboidratos nitrogecircnio cofatores no meio temperatura pH e condiccedilotildees de aeraccedilatildeo
Entretanto os efeitos destas condiccedilotildees natildeo podem ser generalizados para todas as
estirpes bacterianas deve-se levar em consideraccedilatildeo as particularidades de cada uma
Os EPSs formam uma camada protetora para as ceacutelulas protegendo-as da
desidrataccedilatildeo e de substacircncias toacutexicas e servem como fonte de carbono e energia aleacutem
de manterem os microrganismos perto das fontes alimentares
Os primeiros estudos nutricionais sobre a composiccedilatildeo do meio de produccedilatildeo foram
realizados por Davidson (1978) em cultivo contiacutenuo e por Souw amp Demain (1979) em
batelada Souw amp Demain (1979) estudaram diferentes fontes de carbono e nitrogecircnio e
concluiacuteram que as melhores fontes de carbono satildeo accediluacutecares especialmente glicose e
sacarose Aleacutem do tipo de substrato utilizado a concentraccedilatildeo inicial deste no meio de
cultivo parece ser um fator decisivo para o sucesso do processo fermentativo
Thomart et al (1985) concluiacuteram que a produccedilatildeo de poliacutemero eacute altamente
dependente da concentraccedilatildeo inicial de accediluacutecar enquanto o crescimento do
microrganismo independe desta concentraccedilatildeo inicial de accediluacutecar Foi relatada uma
produccedilatildeo decrescente de poliacutemero agrave medida em que a concentraccedilatildeo inicial de glicose
foi aumentada caindo rapidamente a razatildeo poliacutemerobiomassa para concentraccedilotildees
iniciais maiores que 3
Diversas pesquisas tecircm tentado elucidar a rota biossinteacutetica as condiccedilotildees de
crescimento e a fisiologia bacteriana que leva agrave produccedilatildeo de polissacariacutedeos Alguns
EPSs satildeo sintetizados durante todo o crescimento bacteriano enquanto que outros satildeo
produzidos somente durante a fase logariacutetmica ou na fase estacionaacuteria A siacutentese de
todos esses EPSs eacute um processo intracelular utilizando accedilucares difosfato nucleotiacutedios
(De Souza Sutherland 1994)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Tem sido observado que as limitaccedilotildees da fonte de nitrogecircnio fosfato ou enxofre em
presenccedila de excesso de carboidrato podem conduzir a um aumento na siacutentese de
polissacariacutedeo embora a quantidade seja tambeacutem afetada pelo teor de oxigecircnio pH e
temperatura Cada cepa bacteriana difere em sua resposta ao efeito destas mudanccedilas
ambientais e agrave fonte de carbono utilizada (Faria 2002) Portanto a utilizaccedilatildeo do meio
de fermentaccedilatildeo mais adequado para a produccedilatildeo de EPS iraacute refletir nas propriedades
funcionais de cada polissacariacutedeo obtido
Para a produccedilatildeo de EPS podem ser usados os mais diversos substratos glicose
frutose sacarose lactose amido hidrolisado metanol diferentes hidrocarbonetos O
custo de produccedilatildeo eacute dependente destes substratos (Margaritis Pace 1985) De todos
estes produtos a sacarose eacute o de mais faacutecil obtenccedilatildeo e mais vantajoso
economicamente O rendimento da conversatildeo de sacarose com ceacutelulas pelo R
leguminosarum bv phaseoli oscila entre 04 e 05 g de ceacutelulas por grama de sacarose
(Boiardi 1983 Balatti 1992 IPT 1993 a) A sacarose (C12H22O11) eacute um dissacariacutedeo
natildeo redutor o qual por hidroacutelise com aacutecidos muito diluiacutedos resinas de troca catiocircnica ou
a enzima invertase fornece proporccedilotildees equimolares de D-Glicose e D-Frutose
Geralmente concentraccedilotildees limitantes de alguns nutrientes e excesso de
carboidrato favorecem a produccedilatildeo de polissacariacutedeos (Sutherland 1979) Obteacutem-se um
alto rendimento quando ocorre a conversatildeo de 70-80 da fonte de carbono utilizada
em biopoliacutemero (Margaritis Pace 1985)
Um aspecto de extrema importacircncia em relaccedilatildeo aos EPSs eacute a necessidade de
um riacutegido controle das condiccedilotildees de fermentaccedilotildees uma vez que diferentes paracircmetros
de produccedilatildeo levam agrave obtenccedilatildeo de produtos com caracteriacutesticas heterogecircneas
Assim eacute fundamental que qualquer estudo para a produccedilatildeo de EPS seja
acompanhado pela caracterizaccedilatildeo do material produzido principalmente a composiccedilatildeo
quiacutemica uma vez que pequenas variaccedilotildees quiacutemicas na moleacutecula teratildeo grande efeito
para determinadas aplicaccedilotildees
Dentro deste contexto este trabalho teve como objetivo geral avaliar a cineacutetica
microbiana obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp e uma estirpe padratildeo Rhizobium
tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo determinar a dosagem da sacarose
do ISOL 14 e a estirpe padratildeo CIAT 899 e a composiccedilatildeo quiacutemica do ISOL 14
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
selecionadas como as estirpes maiores produtoras de EPS em estudos realizados
anteriormente por Barreto et al (2008) (submetido agrave publicaccedilatildeo)
62 Material e Meacutetodos
Microrganismos
Foram utilizadas as bacteacuterias pertencentes ao gecircnero Rhizobium 8 isolados (nativos
da regiatildeo do sertatildeo de Pernambuco ndash Araripina) do banco de germoplasma da
Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuaacuteria - IPA resistentes a alta
temperatura e formadoras de goma e uma estirpes padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899)
obtidas do Centro Nacional de Pesquisa em Agrobiologia - CNPAB EMBRAPA
As estirpes descritas na Tabela 1 foram mantidas em meio YMA (Vincent 1970)
modificado contendo (gL-1) sacarose (30 g) Extrato de Levedura (04 g) 1 mL de
K2HPO4 a 10 4 mL de KH2PO4 a 10 2 mL de MgSO47H2O a 10 1 mL de NaCl
a 10 5 mL de azul de bromotimol 025 em KOH a 02N ou 10 mL de vermelho do
congo a 025
Para as determinaccedilotildees da sacarose foram analisados apenas o ISOL 14 e a estirpe
padratildeo CIAT 899 e a composiccedilatildeo quiacutemica apenas o ISOL 14 selecionadas como as
estirpes maiores produtoras de EPS em estudos realizados por Barreto et al (2008)
(submetido agrave publicaccedilatildeo)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOLADOS ESTIRPE
HOSPEDEIRO ORIGEM
ISOL-1 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-2 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-3 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-4 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-6 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-11 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-14 Phaseolus vulgaris Araripina-PE
ISOL-16 Phaseolus vulgaris
CIAT 899 Phaseolus vulgaris
Araripina-PE
Cali-CO
Inoacuteculo
As estirpes descritas na tabela 7 foram purificadas por repicagem em placas de
Petri contendo o meio de cultura Agar sacarose extrato de levedura (Vincent 1970 -
modificado) utilizando o corante vermelho do congo como indicador Apoacutes a
purificaccedilatildeo as bacteacuterias foram repicadas em tubos inclinados em meio de cultura sem o
indicador vermelho do congo as quais foram incubados a 28 degC por 48 horas em
estufa e armazenadas a plusmn4 degC
A partir dessas culturas os experimentos foram conduzidos em duas etapas
Primeiro preparou-se um preacute-inoacuteculo partindo de uma alccedilada de cultura crescida sobre
meio YMA e incubada em estufa por 48 h a 28 plusmn 1 degC Transcorrido este periacuteodo
preparou-se o inoacuteculo atraveacutes da transferecircncia asseacuteptica em Erlenmeyer de 250 mL
com 80 mL de meio de produccedilatildeo contendo 25 (vv) de uma cultura do preacute-inoacuteculo
crescida ateacute a fase logariacutetma e incubados em agitador rotatoacuterio a 200 rpm a 28 plusmn 1 degC
em triplicata
Tabela 7 Isolados de rizoacutebios e estirpe padratildeo CIAT 899 - Rhizobium tropici
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Curva de crescimento microbiano O crescimento celular foi avaliado atraveacutes da leitura de absorbacircncia em
comprimento de onda de 560 nm em espectrofotocircmetro contra um branco constituiacutedo
de meio YM O plaqueamento das bacteacuterias foi efetuado em meio YMA contendo o
indicador vermelho do congo atraveacutes do meacutetodo da gota (ldquoDrop-platerdquo) As curvas de
crescimento microbiano foram construiacutedas a partir dos dados de absorbacircncia e
contagem de ceacutelulas viaacuteveis (UFCmL) A Figura 5 mostra o procedimento efetuado
para a contagem de UFC e totais (densidade oacutetica)
Figura 6 Procedimento para contagem de ceacutelulas viaacuteveis (UFC) e totais (densidade oacutetica)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Determinaccedilatildeo quantitativa da sacarose
A sacarose presente no mosto foi hidrolisada para obter glicose e frutose Para
isso foram preparados tubos de ensaio contendo 1 mL de meio fermentado 1 mL de
aacutegua destilada e 1 mL de HCl 2 N deixando-se reagir por 10 minutos a 60 degC Em
seguida resfriou-se rapidamente e neutralizou com 3 mL de NaOH 1 N O caacutelculo da
concentraccedilatildeo de sacarose em gL foi efetuado de acordo com a Equaccedilatildeo 1 (Arauacutejo et
al 2005)
Csac = fator de calibraccedilatildeo meacutedia da leitura (absorbacircncia)D (1100)19 (1)
Em seguida procedeu de acordo com o descrito para dosagem de glicose cujas
determinaccedilotildees foram realizadas por meacutetodo enzimaacutetico utilizando o Kit glicose-oxidase
PAP da LABTEST
Apoacutes a reaccedilatildeo enzimaacutetica a intensidade da cor da soluccedilatildeo foi medida a 505 nm
em espectrofotocircmetro usando cubetas de vidro de 1 cm de percurso oacuteptico
considerando como branco a soluccedilatildeo da glicose-oxidase Esse meacutetodo eacute especiacutefico
para a glicose e se baseia na oxidaccedilatildeo da mesma de acordo com a seguinte reaccedilatildeo
catalizada pela glicose-oxidase (GOD)
GOD
Glicose + O2 + H2O rarr Aacutecido Glucocircnico + H2O2
O peroacutexido de hidrogecircnio formado reage com 4-aminoantipirina e fenol sob accedilatildeo
catalizadora da peroxidase (POD) atraveacutes de uma reaccedilatildeo oxidativa de acoplamento
formando uma antipirilquinona vermelha cuja intensidade de cor eacute proporcional agrave
concentraccedilatildeo da glicose na amostra Esse composto de tonalidade vermelha apresenta
a sua maacutexima absorccedilatildeo de luz na faixa de 505 nm
POD
2 H2O2 + 4-Aminoantipirina + fenol rarr Antipirilquinonimina + 4 H2O
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Determinaccedilatildeo da Composiccedilatildeo Quiacutemica
Agravecido urocircnico A dosagem de aacutecido urocircnico foi efetuada pelo meacutetodo descrito por Blumenkrantz
amp Asbol-Hansen (1973) usando aliacutequotas de 04 mL de uma soluccedilatildeo a 100 mgmL do
polissacariacutedeo e aacutecido D-glucurocircnico como padratildeo O meacutetodo utiliza m-fenilfenol (o
qual promove a formaccedilatildeo de composto corado que absorvem em 520 nm)
As leituras das medidas de absorbacircncia foram realizadas a 520 nm em
espectrofotocircmetro Spectronic 20 Genesys Spectronic Instruments Todas as
determinaccedilotildees foram realizadas em triplicata
Determinaccedilatildeo quantitativa de monossacariacutedeos
Os monossacariacutedeos presentes nas amostras de biopoliacutemeros de Rhizobium
sp foram determinados sob a forma de acetato de alditoacuteis (Sawardeker et al 1965) por
cromatografia gaacutes liacutequido (GLC) Os acetatos derivados foram analisados por
cromatografia gasosa (cromatoacutegrafo a gaacutes modelo 5890S11 (Hewllet-Packard)) a 220
degC com uma coluna capilar DB-210 (025 mm di x 30 m) e filme de espessura igual a
025 microm A temperatura de injeccedilatildeo da amostra e a do FID foi 250 degC e foi utilizado como
gaacutes carreador N2 Para a realizaccedilatildeo desta anaacutelise aproximadamente 10 mg das
amostras foram hidrolisadas reduzidas e acetiladas A hidroacutelise foi efetuada com aacutecido
sulfuacuterico
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
63 Resultados e Discussatildeo Curva de crescimento microbiano
Com base nos resultados obtidos neste estudo que podem ser visualizados nas
Figuras 6 a 14 (a) pode-se observar que houve diferenccedilas quanto ao crescimento
populacional entre os isolados A curva de crescimento dos isolados e da estirpe
padratildeo CIAT 899 de Rhizobium sp em meio utilizando sacarose como fonte de carbono
mostrou que apoacutes 72 horas de incubaccedilatildeo o crescimento foi maacuteximo Pode-se observar
que o oacutetimo da fase log ocorre entre 72 a 120 horas de incubaccedilatildeo agrave temperatura de 28
degC com agitaccedilatildeo de 200 rpm variando conforme a linhagem estudada Esta faixa de
tempo de incubaccedilatildeo corresponde a uma concentraccedilatildeo celular meacutedia de 109 UFCmL
As relaccedilotildees cineacuteticas entre o crescimento e a formaccedilatildeo de produtos satildeo
importantes para determinar o modo de operaccedilatildeo mais econocircmico Segundo Hiss
(2001) sem o conhecimento da cineacutetica torna-se inviaacutevel a transposiccedilatildeo de um
experimento de laboratoacuterio para a escala industrial
Desta forma inicialmente as curvas nos propiciam informaccedilotildees tais como a
faixa de absorbacircncia (560 nm) correspondente ao oacutetimo da fase log e a concentraccedilatildeo
celular que esta faixa corresponde
Pereira (2002) analisando o crescimento das estirpes de Rhizobium em meio
YMA com manitol observou um acentuado crescimento exponencial entre 24 e 48
horas de cultivo de 7 estirpes
Barberi et al (2004) avaliaram as curvas de crescimento de Bradyrhizobium
elkanii (BR 29) de acordo com o pH e com a composiccedilatildeo do meio de cultura Com base
no nuacutemero maacuteximo de UFC mL-1 para o meio (Lorda amp Balatti 1996) modificado o
melhor crescimento ocorreu apoacutes 72 horas para o tratamento com pH inicial de 60 e
no meio Lopreto (1972) citado por Urenha et al (1994) o tratamento com pH inicial 55
foi o que apresentou os valores de nuacutemero maacuteximo de ceacutelulas ocorrendo em 161 horas
de cultivo As meacutedias de log dos nuacutemeros de UFC mL-1 apresentadas por Barberi et al
(2004) foram superiores aos encontrados por Miguel e Moreira (2001) que foram
aproximadamente 109 Isso eacute explicado pela melhor utilizaccedilatildeo da fonte de carbono do
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
meio Lorda e Balatti (1996) em que em sua composiccedilatildeo possui glicerol em
comparaccedilatildeo com o manitol utilizado no meio YM (Vincent 1970) utilizado por esses
autores
Nas figuras 6 a 14 (b) mostram os resultados da Densidade Oacutetica (DO) onde a
curva de crescimento construiacuteda a partir da contagem de ceacutelulas totais demonstrou que
apoacutes 72 horas de cultivo o crescimento permaneceu crescente para a maioria das
estirpes estudadas Provavelmente o aumento da curva deve-se a presenccedila dos EPSs
Segundo Cunningham e Munns (1984) a produccedilatildeo de EPS eacute uma resposta de
vaacuterias espeacutecies da bacteacuteria a uma gama de fatores limitantes que em geral sugerem
estarem implicados em suprimir a reaccedilatildeo da defesa da planta e parecem ser requeridos
para formaccedilatildeo do cordatildeo de infecccedilatildeo Os EPSs pode ter um papel integral por permitir
que um organismo sobreviva sob uma variedade de circunstacircncias estressantes
Miguel e Moreira (2001) utilizando meio YM obtiveram maior densidade oacutetica para
o tratamento com pH igual a 60 do que no pH 68 utilizando o mesmo nuacutemero-base
(1088 UFC mL-1) o que provavelmente estaacute relacionado com a diferente composiccedilatildeo
dos meios principalmente com relaccedilatildeo agrave fonte de carbono Cunningham e Munns
(1984) em meio YMA (modificado por Keyser e Munns 1979) obtiveram maior
quantidade de EPS em estirpes de Rhizobium tolerantes agrave acidez do meio quando
expostas a meio aacutecido
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 1
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 1
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(5
60nm
)
Figura 7- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 1 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
b)
a)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 2
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 2
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 8- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 2 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 3
000E+00500E+08100E+09150E+09
200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 3
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 9- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 3 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 4
000E+00500E+08
100E+09150E+09
200E+09250E+09
300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 4
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 10- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 4 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 6
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 6
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 11- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 6 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 11
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 11
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 12- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 11 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 14
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 14
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 13- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 14 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
ISOL 16
000E+00500E+08100E+09150E+09200E+09250E+09300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
ISOL 16
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 14- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do Isolado 16 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
CIAT 899
000E+00500E+08
100E+09150E+09
200E+09250E+09
300E+09
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
UFC
mL-
1
CIAT 899
0
05
1
15
2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Abs
orbacirc
ncia
(560
nm)
Figura 15- Curvas de crescimento microbiano referentes a UFCmL-1 (a) e absorbacircncia (560 nm) (b) do inoacuteculo do CIAT 899 com 25 (vv) em meio YM incubados a 28 degC e 200 rpm
a)
b)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Determinaccedilatildeo quantitativa da sacarose
Analisando os resultados obtidos para a dosagem da sacarose verificou-se que a
estirpe CIAT 899 (padratildeo) apresentou maior consumo de substrato para o meio de
produccedilatildeo empregado durante 168 horas de fermentaccedilatildeo apresentando um consumo
final de 455 gL Neste ponto a massa celular corresponde a 076 gL (Figura 15)
Entretanto o ISOL 14 apresentou resultados proacuteximos da estirpe padratildeo com consumo
de 478 gL e massa celular de 086 gL no mesmo tempo (Figura 16)
Deu-se preferecircncia agrave utilizaccedilatildeo de um meacutetodo especiacutefico para glicose ao inveacutes de
um para determinaccedilatildeo de accediluacutecares redutores o que garante a detecccedilatildeo da liberaccedilatildeo
especificamente de glicose a partir da hidroacutelise por sacarose do EPS
ISOL 14
0
2
4
6
8
10
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Glic
ose
gL
Figura 16 Concentraccedilatildeo de glicose durante a produccedilatildeo de EPS por Rhizobium sp (ISOL 14)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
CIAT 899
0
2
4
6
8
10
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180
Tempo (h)
Glic
ose
gL
Determinaccedilatildeo da Composiccedilatildeo Quiacutemica dos EPS
Na tabela 8 observa-se os accediluacutecares determinados das gomas produzidas pelas
estirpes ISOL 14 e CIAT 899 onde revelaram maiores concentraccedilotildees dos
monossacariacutedeos galactose e glicose para a estirpe ISOL 14 em relaccedilatildeo a estirpe
padratildeo CIAT 899 Tambeacutem foram observados traccedilos de manose e ramnose na
composiccedilatildeo das gomas das estirpes estudadas
Amostras
Ac urocircnico
()
Manose
Accediluacutecares
Ramnose
(mg100g)
Galactose
Glicose
ISOL 14
410
098
016
1260
3695
CIAT 899
-
020
010
895
1680
Castellane amp Lemos (2007)
Tabela 8 Constituintes quiacutemicos da goma produzida pela estirpe de Rhizobium sp (ISOL 14)
Figura 17 Concentraccedilatildeo de glicose durante a produccedilatildeo de EPS por Rhizobium sp (CIAT 899)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Lima (1999) analisando a composiccedilatildeo quiacutemica da goma xantana produzida por
linhagens de Xanthomonas campestris pv campestris verificou a presenccedila de glicose e
manose nas concentraccedilotildees 3322 5778 respectivamente para a linhagem NRRL
B-1459 apresentando componentes tiacutepicos da goma xantana
Whitfield et al (1981) caracterizando cinco amostras de goma xantana
produzidas por diferentes linhagens de Xanthomonas campestris pv campestris
encontraram valores de glicose variando entre 22-42 manose de 12-38 e aacutecido
urocircnico de 9-20 Com relaccedilatildeo agrave ramnose apenas trecircs amostras de xantana
apresentaram este accediluacutecar com valores que oscilam entre 12-22 Outro accediluacutecar
identificado pelos pesquisadores foi a galactose com valores entre 24-28 Em todas
as amostras estudadas por estes autores foram observados os grupamentos piruvato e
acetila Lowson e Symes (1977) relataram a presenccedila de ramnose na xantana
produzida por X juglandis Sugere-se que a presenccedila desse accediluacutecar seja uma
caracteriacutestica desejaacutevel pois em geral os poliacutemeros dos quais faz parte possuem
capacidade de formar geacuteis verdadeiros (Mcnelly e Kang 1977) A goma xantana
comercial natildeo apresenta ramnose na sua composiccedilatildeo (Casas et al2000)
De acordo com Casas et al (2000) a composiccedilatildeo do meio de cultura utilizado na
fermentaccedilatildeo exerce um profundo efeito na siacutentese do produto oligomeacuterico e polimeacuterico
Portanto a quantidade de manose glicose e aacutecido glucurocircnico sintetizados e inseridos
no EPS pelas enzimas durante fermentaccedilatildeo podem sofrer variaccedilotildees dependendo da
composiccedilatildeo do substrato e das condiccedilotildees utilizadas na fermentaccedilatildeo
No presente trabalho o percentual de aacutecido urocircnico produzido pela estirpe ISOL
14 foi de 41 enquanto o apresentado na goma xantana por Lima (1999) foi de 847
Os meacutetodos de anaacutelises de polissacariacutedeos complexos baseiam-se
principalmente na determinaccedilatildeo dos constituintes dos resiacuteduos obtidos apoacutes hidroacutelise
quiacutemica dos poliacutemeros nativos (Wei amp Fang 1990 Ruitter et al 1992 Scamparini et al
2000) Esses satildeo compostos de inuacutemeros resiacuteduos de accediluacutecares interligados por
ligaccedilotildees glicosiacutedicas (α e β) que podem diferir consideravelmente na sua
suscetibilidade agrave hidroacutelise aacutecida Aacutecidos urocircnicos satildeo frequentemente envolvidos por
fortes ligaccedilotildees glicosiacutedicas particularmente nos tipos de ligaccedilotildees dos aacutecidos
aldobiurocircnicos (Druzian 2000)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
Moreira et al (1998) analisando a composiccedilatildeo de dois biopoliacutemeros comerciais
gelanareg e xantanareg e um biopoliacutemero produzido a clairana identificou o aacutecido
glicurocircnico (em todas as amostras) e os monossacariacutedeos esperados para a clairana
(glicose galactose e fucose) gelana (glicose e ramnose) e xantana (glicose e manose)
A ramnose estaacute presente na acetana gelana welana e ransana que possuem
estrutura quiacutemica similar agrave da xantana e possui propriedades de espessante e agente
de suspensatildeo semelhantes agravequelas atribuiacutedas para xantana (Kennedy amp Sutherland
1994) A goma welana apresenta como cadeia lateral unidades de manose e ramnose
distribuiacutedas de modo aleatoacuterio Aproximadamente dois terccedilos das unidades quiacutemicas
repetidas do poliacutemero conteacutem ramnose como cadeia lateral enquanto que o restante
das ramificaccedilotildees eacute composto por unidades de manose (Jansson et al 1985)
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
64 Conclusotildees
A curva do crescimento microbiano apresentou na fase logariacutetmica valores
correspondentes a uma concentraccedilatildeo celular viaacuteveis meacutedia de 109 UFCmL para
todos os isolados e estirpe padratildeo CIAT 899 apoacutes 72 horas de incubaccedilatildeo a uma
temperatura de 28 degC com agitaccedilatildeo de 200 rpm variando conforme a linhagem
estudada
As estirpes apresentaram valores do consumo de substrato para o meio de
produccedilatildeo empregado de 455 gL para a CIAT 899 e 478 gL para o ISOL 14
em 168 horas de fermentaccedilatildeo
A composiccedilatildeo dos accedilucares da goma do ISOL 14 apresentou valores superiores
de ramnose manose galactose glicose e aacutecidos urocircnicos na moleacutecula em
relaccedilatildeo a estirpe padratildeo CIAT 899
Inovaccedilatildeo tecnoloacutegica baseada na produccedilatildeo de biopoliacutemeros Barreto M C S
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7 ANEXOS
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References Citation Reference list
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Negotiation research spans many disciplines (Thompson 1990)
This result was later contradicted (Becker and Seligman 1996)
This effect has been widely studied (Abbott 1991 Barakat et al 1995 Kelso and Smith 1998 Medvec et al 1993)
Reference list The list of references should only include works that are cited in the text and that have been published or accepted for publication Personal communications and unpublished works should only be mentioned in the text Do not use footnotes or endnotes as a substitute for a reference list Reference list entries should be alphabetized by the last names of the first author of each work
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Normas da Revista Scientia Agraacuteria
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Trabalhos apresentados no 24ordm Congresso Brasileiro de Microbiologia - 3 a 6 de Outubro de 2007 em
Brasiacutelia - Centro de Convenccedilotildees Ulysses Guimaratildees ndash Brasiacutelia DF
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MICROBIOLOGIA GERAL K03 METABOLISMO MICROBIANO E SEUS PRODUTOS 609 Biopoliacutemero sintetizados por Rhizobium sp em diferentes tempos de cultivo comportamento reoloacutegico BARRETO M D C S1 FIGUEIREDO M D V B2 BURITY H A2 OLIVEIRA J P2 COELHO A C D1 LIMA-FILHO J L L1 UFPE
Resumo
Os polissacariacutedeos extracelulares sintetizados por bacteacuterias do gecircnero Rhizobium tem sido estudados na tentativa de melhor compreender sua participaccedilatildeo na simbiose leguminosa x Rhizobium uma vez que estes biopoliacutemeros parecem ser determinantes da especificidade simbioacutetica A viscosidade que pode ser tomada como paracircmetro de qualidade eacute influenciada em funccedilatildeo das estirpes da colocircnia bacteriana do meio de fermentaccedilatildeo utilizado e das condiccedilotildees operacionais na produccedilatildeo Com base no exposto o objetivo deste trabalho foi verificar o comportamento reoloacutegico em diferentes tempos de cultivo de 8 isolados de Rhizobium sp e da estirpe padratildeo de Rhizobium tropici (CIAT 899) As bacteacuterias foram incubadas em agitador rotatoacuterio (200rpm agrave 28ordmC) em Erlenmeyers de 250mL contendo 15 de meio YM modificado por um periacuteodo de 96 e 168 horas Foram avaliados a determinaccedilatildeo da viscosidade da soluccedilatildeo aquosa dos biopoliacutemeros a 25 (vv) obtidas em diferentes tempos de cultivo e medidas a 20ordmC em viscosiacutemetro rotacional Brookfield modelo RVT com spindle 2 nas seguintes velocidades de deformaccedilatildeo 10 20 50 e 100rpm a viscosidade aparente a vaacuterias taxas de cisalhamento dos mostos fermentados Os resultados mostraram que os estudos viscosimeacutetricos de soluccedilotildees de polissacariacutedeo dos isolados e da CIAT 899 revelam seu comportamento natildeo tixotroacutepico pseudoplaacutestico mesmo em baixas concentraccedilotildees e caraacuteter polieletroliacutetico e que as medidas de viscosidade do mosto em funccedilatildeo do tempo de agitaccedilatildeo mostra que a viscosidade aparente do meio de cultivo alcanccedila um valor patamar com 168 horas de processo para todos os microrganismos poreacutem os isolados 3 e 16 e CIAT 899 apresentaram maiores valores no aumento da viscosidade
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MICROBIOLOGIA GERAL K03 METABOLISMO MICROBIANO E SEUS PRODUTOS 1751 Biopoliacutemero sintetizados por Rhizobium sp em diferentes tempos de cultivo produccedilatildeo BARRETO M D C S1 FIGUEIREDO M D V B2 BURITY H A2 SILVA M L R B1 CALAZANS G M T1 LIMA-FILHO J L L1 UFPE
Resumo
A produccedilatildeo de exopolissacariacutedeos (EPS) microbianos tem sido objeto de intensa pesquisa tendo em vista seu elevado potencial de aplicaccedilatildeo em diferentes setores pois natildeo se encontra exposta agraves alteraccedilotildees climaacuteticas ou agrave problemas nas colheitas que prejudicam a oferta e alteram o custo de produccedilatildeo das gomas tradicionais No processo de produccedilatildeo de polissacariacutedeos deve-se considerar desde o microrganismo em estudo ateacute a determinaccedilatildeo dos paracircmetros de agitaccedilatildeo onde se destaca o meio de produccedilatildeo e sua influecircncia na siacutentese no rendimento e na composiccedilatildeo dos EPS O objetivo deste trabalho foi avaliar a produccedilatildeo de biopoliacutemeros (gLh) obtidos de 8 isolados de Rhizobium sp e da estirpe padratildeo Rhizobium tropici (CIAT 899) em diferentes tempos de cultivo pela massa do produto seco por volume de meio As bacteacuterias foram purificadas em meio YMA e apoacutes foram incubadas em agitador rotatoacuterio (200rpm agrave 28ordm C) em Erlenmeyers de 250mL contendo 15 de meio YM modificado por um periacuteodo de 96 e 168 horas Foram avaliados o peso seco da soluccedilatildeo aquosa dos biopoliacutemeros a 25 (vv) obtidos em diferentes tempos de cultivo atraveacutes da teacutecnica do peso seco onde o aacutelcool etiacutelico foi adicionado ao mosto ateacute atingir a concentraccedilatildeo de 80 na soluccedilatildeo hidroalcooacutelica formada e posterior precipitaccedilatildeo do EPS Apoacutes a filtraccedilatildeo a secagem do produto foi realizada em dissecador (30ordmC) ateacute peso constante comparando-se os diferentes tempos de cultivo Os resultados mostraram que a produccedilatildeo total do biopoliacutemero dos isolados e da estirpe padratildeo CIAT 899 apresentaram maacutexima produccedilatildeo no periacuteodo de 168 horas de processo para todos os microrganismos poreacutem os isolados 3 e 14 e a CIAT 899 foram as que resultaram em maior produtividade (13 17 e 2gL-1h-1) respectivamente
- Barreto Maria do Carmo Silva
-
- Inclui bibliografia
- 5771 CDU (2ed) UFPE
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- 13 Simbiose rizoacutebio- leguminosa
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- 14 Polissacariacutedeos de Rizoacutebio
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- WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
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