Quitosana como antimicrobiano no contexto da fermentação etanólica: produção e aplicação no tratamento celular

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Tanganini, Isabella Carvalho
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Bioetanol; Bioethanol; Chitin; Chitosan; Fermentação lática; Lactic fermentation; Melaço; Molasses; Quitina; Quitosana
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11141/tde-08112024-122225/

A produção de etanol combustível a partir de cana-de-açúcar enfrenta desafios de contaminação por bactérias láticas, comumente tratadas com ácido sulfúrico e antibióticos. Problemas relacionados ao aumento da resistência aos antibióticos encontrado em bactérias isoladas próximas às destilarias e mesmo o alto custo envolvido na sua aplicação, aliados à periculosidade do manuseio do ácido sulfúrico no tratamento das células entre os ciclos fermentativos, tem estimulado a procura por estratégias não-convencionais para conter a contaminação. A prospecção de fontes renováveis e processos ecoeficientes para a produção de materiais biopoliméricos tem crescido, impulsionada pela busca por alternativas sustentáveis. Neste contexto, o biopolímero quitosana têm se destacado, sendo valorizado em diversas indústrias devido ao seu efeito antimicrobiano, sua biodegradabilidade e biocompatibilidade. Este trabalho investigou o potencial uso de quitosana na etapa de tratamento celular durante 6 ciclos de fermentação em batelada alimentada e seu efeito contra Limosilactobacillus fermentum e Saccharomyces cerevisiae PE2. Para a produção da quitosana (denominada quitosana de melaço), um processo em duas etapas, que consiste em fermentação lática (por Lactiplantibacillus plantarum) de resíduos de camarão e desacetilação química de quitina para obtenção de quitosana, foi avaliado, com foco na (i) substituição do meio semissintético MRS (de Man-Rogosa-Sharpe) por melaço de cana-de-açúcar; (ii) concentração e secagem dos resíduos de camarão na etapa de fermentação; e (iii) tempo de desacetilação da quitina. A atividade antimicrobiana da quitosana de melaço obtida deste processo foi avaliada em condições proliferativas, não-proliferativas, em superfície e em formato de microesferas contra L. fermentum e . cerevisiae. A quitosana de melaço na concentração 0,48% (m/v) foi testada na etapa de tratamento celular e as fermentações foram conduzidas em situação de contaminação com L. fermentum com e sem tratamento com quitosana, e em cultura pura da levedura. Quitina e quitosana foram caracterizadas por FTIR, DRX, DSC, TGA e MEV. Foi possível substituir o meio MRS por meio de melaço de canade-açúcar (150 g/L acrescido de 12 g/L de extrato de levedura e 5% m/v de resíduo de camarão na etapa de fermentação lática por L. plantarum para bioextração da quitina. Foi obtida quitosana de baixa massa molecular (95,3 kDa) e grau de desacetilação de 79,6%, por desacetilação alcalina (NaOH 45% na proporção 1:3 m/v) conduzida em autoclave por 2 horas. A quitosana em concentração de 0,24% causou 99% de redução no número de bactérias em condições proliferativas e não-proliferativas, sem efeito para a levedura. A quitosana também demonstrou efeito antimicrobiano em superfície, reduzindo em 90% o número de células de bactéria aderidas. Microesferas de quitosana de melaço foram produzidas apresentando diâmetro médio de 0,17 cm. Não apresentaram atividade antimicrobiana em concentrações até 10 g/L, porém possuem característica de partícula do tipo casca-caroço, que pode ser utilizada para armazenamento de compostos de interesse. Quando usada como tratamento celular nas fermentações, a quitosana de melaço foi eficaz na redução do número de L. fermentum, sem afetar a viabilidade da levedura, reduzindo o número de bactérias de 4 a 5 ciclos log. Observou-se uma redução no teor alcoólico do vinho fermentado, indicando um possível impacto na capacidade fermentativa da levedura. Aumentos graduais no teor alcoólico ao longo dos ciclos fermentativos sugerem uma possível adaptação da levedura ao tratamento com quitosana, destacando a necessidade de estudos adicionais para compreender completamente os efeitos dessa alternativa de tratamento.