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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