Leonardo Bernhardt Roncatto Kamila Patricia Bittarello Florianópolis, 13 de Feveveiro de 2007...

Leonardo Bernhardt Roncatto

Kamila Patricia Bittarello

Florianópolis, 13 de Feveveiro de 2007

Universidade Federal de Santa CatarinaEngenharia Bioquimica

Introdução

Os biopolímeros são materiais poliméricos classificados

estruturalmente como polissacarídeos, políésteres ou

poliamidas. A matéria-prima principal para sua manufatura é

uma fonte de carbono renovável, geralmente um carboidrato

derivado de plantios comerciais de larga escala como cana-

de-açúcar, milho, batata, trigo e beterraba; ou um óleo

vegetal extraído de soja, girassol, palma ou outra planta

oleaginosa.

Tipos de Biopolímeros

Dentre as classes de biopolímeros as mais

significativas são:

Polilactato (PLA)

Polímeros de amido (PA);

Polihidroxialcanoato (PHA);

Goma Xantana (Xan).

Polilactato (PLA)

PLA é um poliéster produzidos por síntese química a

partir de ácido láctico obtido por fermentação bacteriana

de glicose extraído do milho, com uso potencial na

confecção de embalagens, itens de descarte rápido e

fibras para vestimentas e forrações.

Polímeros de amido (PA)

PA são polissacarídeos, modificados quimicamente ou

não, produzidos a partir de amido extraído de milho,

batata, trigo ou mandioca. Pode ser utilizado na

produção de embalagens e itens de descarte rápido e,

em blendas com polímeros sintéticos, na confecção de

filmes flexíveis.

Polihidroxialcanoato (PHA)

PHA constitui uma ampla família de poliésteres

produzidos por bactérias através de biossíntese direta

de carboidratos de cana-de-açúcar ou de milho, ou de

óleos vegetais extraídos principalmente de soja e palma.

Dependendo da composição monomérica, pode ser

utilizado na produção de embalagens, itens de descarte

rápido e filmes flexíveis.

Estrutura PHA

O termo PHA é aplicado a uma variada família de

poliésteres representada pelo esquema da figura

Figura 1: Estrutura geral dos PHAs

Características

O peso molecular dos PHAs produzidos industrialmente

por culturas puras varia entre 1.7 x 105 e 4.5 x 106 .

Os PHAs mais comuns são polímeros semicristalinos.

O grau de cristalinidade depende da composição do

polímero: sendo 60-80% para o PHB (Polihidoxibutirato)

Aplicações PHAs

As aplicações mais gerais dos PHAs incluem filmes para

embalagens e plásticos convencionais.

Como que os PHAs são biocompatíveis, são usados em

aplicações médicas e farmacêuticas (fios de sutura cirúrgica,

implantes ósseos, fármacos de libertação lenta,etc.).

Na agricultura, os PHAs são usados em produtos de

libertação de reguladores de crescimento de plantas ou de

pesticidas.

Produção de PHAs

Os PHAs são sintetizados por um grande número de bactérias Gram

negativas e Gram positivas pertencentes pelo menos a 75 gêneros

diferentes.

Alguns exemplos de culturas puras usadas industrialmente para produzir

PHAs:

Ralstonia eutropha,Alcaligenes latus, Azotobacter vinelandii e diversas espécies

de Pseudomonas.

Os PHAs podem ser eficientemente produzidos por microrganismos

geneticamente modificados, como por exemplo a Escherichia coli

recombinante.

Produção de PHAs

A produção de PHAs por estas bactérias ocorre, na maioria

dos casos,em situações em que um nutriente, que não a

fonte de carbono, é limitante para o crescimento. A

quantidade de polímero acumulado por estas bactérias pode

atingir 80 % do seu peso celular.

Alem da utilização de culturas puras, tambem pode ser

utilizados culturas mistas para a produção dos PHAs

Figura 2 – Perfis de concentrações e da velocidade especifica de crescimento num processo com culturas mistas

submetidas a condições dinâmicas de adição de carbono.

Microscopia PHB

Figura 3 – Grânulos de PHB acumulados por Azotobacter vinelandii UWD (Page et al., 1995)

Microscopia de PHAs

Figura 4 – Grânulos de PHAs observados por microscopia de epifluorescência após coloração com Azul de Nilo. (a) início da fase de “fartura” ; (b) fim da fase de “fartura”

(a) (b)

Goma Xantana (Xan)

Xantana é um exopolissacarídeos produzido por

microrganismos a partir de carboidratos extraídos

de milho ou cana-de-açúcar, com ampla utilização

na área de alimentos e uso potencial na de

cosméticos e na exploração de petróleo.

Características

É produzida pelo cultivo de Xanthomonas campestris em

meio contendo carboidratos.

A xantana é um polímero do tipo poli-β-(1→4)-D-

Glicopiranose, assemelhando-se à celulose, mas com

ramificações alternadas nas posições C-3, constituídas por

três açúcares.

O peso molecular da xantana varia de 2 a 12x106 Da,

dependendo da preparação da amostra e do método utilizado

na análise.

Figura 5: Estrutura molecular da goma xantana.

Legislação

Permitido uso em alimentos pelo “Food and Drug

Administration”- FDA em 1969.

No Brasil, a adição de xantana é permitida desde 1965,

pelo Decreto Lei nº 55.871, da Legislação Brasileira de

Alimentos.

Produção industrial em batelada

utilizando-se altas aerações e

agitações.

Meio de cultivo elaborado com

uma fonte de carbono (glicose ou

sacarose), uma fonte de nitrogênio

(extrato de levedura, peptona,

nitrato de amônia ou uréia) e sais.

O pH de cultivo é próximo da

neutralidade

A temperatura é mantida em torno

de 28ºC.

Quando a fermentação termina, o

caldo é esterilizado e a goma

xantana é recuperada por

precipitação com álcool

isopropílico

Figura 10: Esquema do processo de produção de goma xantana.

Outros Biopolímeros

Mercados

Estes são os mercados

de polímeros que

potencialmente podem

ser substituídos por

bioplásticos.

POTENCIAL DE SUBSTITUIÇÃO DOS POLÍMEROS CONVENCIONAIS POR BIOPLÁSTICOS

++ substituição completa;+ substituição parcial;- não substituição.PVC: Cloreto de polivinilaPE-HD: Polietileno de alta densidadePE-LD: Polietileno de baixa densidadePBT: Polibutileno tereftalatoPP: PolipropilenoPS: PoliestirenoPMMA: Polimetil metacrilatoPA: PoliamidaPET: Polietileno tereftalatoPC: Policarbonato

CAPACIDADE E DEMANDA ATUAL DE BIOPLÁSTICOS

Principais empresas produtoras: Polimeros de Amido

Polilactatos

CAPACIDADE E DEMANDA ATUAL DE BIOPLÁSTICOS

• PHAs

Evolução de Mercado

As previsões de evolução de consumo de bioplásticos

estão fortemente relacionadas com os seguintes fatores:

Evolução do preço do barril de petróleo, já que o custo de produção

destes polímeros estão intimamente relacionados com o custo de

insumos petroquímicos;

Evolução do custo de produção dos bioplásticos;

Estabelecimento de políticas governamentais (incentivos fiscais

e/ou legislação compulsória) para o consumo de bioplásticos.

Bibliografia

PRADELLA, José Geraldo da Cruz. Biopolímeros e Intermediários Químicos.

Centro de Gestão e Estudos Estratégicos. São Paulo.Março, 2006. Disponível em

http://www.anbio.org.br/pdf/2/tr06_biopolimeros.pdf acessado em 25/01/07

Luísa S. Serafi m, Paulo C. Lemos, Maria A.M. Reis. Produção de Bioplásticos por

Culturas Microbianas Mistas. CQFB/REQUIMTE, Chemistry Department,

FCT/UNL, Portugal,Instituto de Tecnologia Química e Biológica (ITQB), Portugal.

Disponível em http://dequim.ist.utl.pt/bbio/76/pdf/bioplasticos.pdf acessado em

25/01/07