Bactérias produzem biomaterial nanotecnológico a partir de resíduos agroindustriais

Publicado em 10/12/2014

Por sua característica inerte, biodegradável e alta capacidade de absorção de líquidos, a CB ganhou espaço na indústria de alimentos, cosméticos, têxtil, acústica e ótica. A área mais promissora, contudo, é a biomédica, especialmente na engenharia de tecidos, auxiliando no processo de reconstituição de pele, cartilagem, ossos e vasos sanguíneos. 

clique para ampliar (Foto: Embrapa)

A utilização de resíduos agroindustriais como fontes de carbono para a produção de CB representa uma alternativa para reduzir custos. "A pesquisa com o produto de descarte agroindustrial (suco de sisal) gerou cerca de 4 gramas de CB por litro desse resíduo. Entre as muitas espécies de bactérias capazes de produzir a CB, Acetobacter xylinum e Gluconacetobacter hansenii têm sido utilizadas com maior sucesso para o estudo da síntese de celulose", conta Leda Gottshalk, pesquisadora do Laboratório de Bioprocessos da Embrapa Agroindústria de Alimentos (Rio de Janeiro, RJ). 

A produção de celulose bacteriana a partir de resíduos agroindustriais, contudo, ainda passa por desafios. "A ampliação de suas aplicações industriais depende da escala e dos custos de produção envolvidos, principalmente aqueles ligados à logística de transporte dos resíduos, que muitas vezes inviabilizam o seu reaproveitamento", afirma Ana Iraidy, pesquisadora da Embrapa Agroindústria de Alimentos (Rio de Janeiro, RJ). O ideal é que a empresa que irá produzir a CB se localize próximo à fonte de resíduos agroindustriais que serão utilizados como fonte de carbono, a fim de reduzir esses custos. 

A celulose bacteriana (CB) tem origem em polímeros, compostos de macromoléculas constituídas pela repetição de unidades estruturais menores, os monômeros, e é gerado por microrganismos como bactérias. A celulose é o polímero natural mais abundante do mundo. Os polímeros estão presentes em plásticos como PVC ou Teflon, no nylon, poliéster, na restauração de pneus, em isolantes elétricos, em CDs, garrafas Pet, brinquedos e peças de automóveis. 

Celulose bacteriana: múltiplas aplicações

O uso da celulose bacteriana tem ganhado espaço em diversos segmentos industriais. Na área biomédica, especialmente na engenharia de tecidos, sua estrutura nanofibrilar potencializa sua aplicação como uma matriz viável para auxiliar a cura de lesões dérmicas e vem sendo utilizada como substitutos de pele no tratamento de lesões, queimaduras, úlceras, enxertos e como curativo de ferimentos. Destaca-se também sua aplicação como  pele artificial no tratamento de queimados e feridas de difícil cicatrização, substituindo pele, cartilagem, ossos, vasos sanguíneos, entre outros tecidos.

Empresas brasileiras de produtos biotecnológicos como a Bionext e a Membracel já produzem tecido biológico para uso médico, como substituto temporário da pele em queimaduras, feridas traumáticas, úlceras crônicas, a partir de celulose bacteriana. As vantagens do produto estão associadas principalmente à biocompatibilidade e fácil adesão à ferida, graças à estrutura microfibrilar, transparência e permeabilidade seletiva, bem compatível com a pele humana. 

A celulose bacteriana também é consumida como iguaria culinária nas Filipinas, conhecida por nata de coco. Com um aspecto gelatinoso e translúcido, esta CB é obtida naturalmente através da fermentação bacteriana da água de coco e da carragenina (uma espécie de extrato de algas marinhas encontradas nas costas do Atlântico da Europa e América do Norte), sendo rica em fibra e com baixo teor de gordura. É mais comumente adoçada e consumida como uma sobremesa, mas pode acompanhar picles, bebidas, sorvetes e salada de frutas.

Ainda na área de alimentos, a celulose bacteriana tem sido utilizada como espessante em sorvetes e temperos para saladas e gelificante (gelatinas e mousses). Por ser rica em fibras, tem sido aplicada especialmente na linha de alimentos e bebidas funcionais, que trazem benefícios à saúde. 

Pesquisadores da Embrapa também estão testando a sua utilização em embalagens ativas de alimentos, principalmente para queijos pró-bióticos do tipo coalho e frescal. A embalagem nanotecnológica e biodegradável pode trazer consideráveis avanços para a indústria de alimentos. "A adição de antimicrobiano a esse biopolímero utilizado como embalagem dos queijos diminuirá o risco de contaminação por patógenos durante a estocagem do produto", afirma Janine Passos, pesquisadora da Embrapa Agroindústria de Alimentos (Rio de Janeiro, RJ). 

E não para por aí, uma iniciativa liderada pela estilista Suzanne Lee, radicada no Reino Unido (TED talk)utiliza celulose bacteriana desenvolvida em laboratório para produzir roupas orgânicas. Nos últimos anos, o seu projeto Biocostura testou a celulose bacteriana dando-lhe várias formas, como sapatos e forma do corpo. Eles também desenvolveram alguns protótipos de camisas e jaquetas. "É a moda do futuro", afirma a artista, no site do projeto. 

Aplicações diferenciadas

A celulose bacteriana possui uma estrutura reticulada ultrafina, cristalina, naturalmente em proporções nanométricas com diâmetro entre 24 e 28mm. A celulose sintetizada por bactérias resulta em um biopolímero com resistência mecânica e elasticidade obtido a partir da fermentação de meios de cultura ricos em sacarídeos. 

Devido à sua estrutura nanocristalina a CB apresenta propriedades químicas e aplicações diferenciadas. "O fato de ser quimicamente pura a distingue favoravelmente da celulose obtida a partir de fontes da biomassa vegetal, associada geralmente à lignina e à hemicelulose. A sua estrutura nanofibrilar, bem menor que aquela encontrada nos vegetais, também representa uma vantagem", conta Edmar Penha, pesquisador da Embrapa Agroindústria de Alimentos (Rio de Janeiro, RJ). 

A indústria do sisal 

A planta do sisal é de origem mexicana, mas o Brasil é o principal produtor dessa fibra. A cadeia produtiva do sisal gera cerca de 80 milhões de divisas e meio milhão de empregos, principalmente em regiões do Semiárido Nordestino (Bahia, Paraíba e Ceará). O principal uso das fibras de sisal é no preparo de fios do tipo baler twine, além de outros tipos de cordas e barbantes usados para fins agrícolas e náuticos. 

As fibras de sisal são retiradas das folhas, contudo correspondem a apenas 4% da planta. Os resíduos sólidos, constituídos por buchas, aparas e refugos (fibras curtas, não usadas no preparo de fios e cordas) correspondem a aproximadamente 15%; e o restante, o suco de sisal (água e sólidos solúveis), rico em açúcares, minerais e outros compostos orgânicos. Normalmente esse suco é descartado na própria propriedade, ou usado como ração para a pecuária local. "A busca por processos ligados ao conceito de biorrefinaria, com o aproveitamento integral das matérias-primas agroindustriais, gerando vários produtos que possam atender a diferentes setores, encaixa-se perfeitamente no potencial agroindustrial do sisal", relata a pesquisadora Morsyleide Rosa, da Embrapa Agroindústria Tropical (Fortaleza, CE). A transformação do suco de sisal em matéria-prima para a produção de celulose bacteriana, como o processo que está sendo desenvolvido por pesquisadores da Embrapa, representa uma inovação que agrega valor a essa cadeia produtiva. 

Rota Estratégica da Indústria Agroalimentar

A Valorização de Resíduos da indústria agroalimentar é uma das visões de futuro presentes no  Roadmapping da Indústria Agroalimentar. “ Desenvolver Pesquisas que agreguem valor a resíduos ou subprodutos” é uma ação do fator crítico “Desenvolvimento Tecnológico”  presente nesse Roadmapping.

Os especialistas também identificaram tecnologias-chave para que deveriam ser desenvolvidas e incorporadas pelas indústrias agroalimentares para garantia de sua competitividade.

Dentre elas são citadas a "substituição de materiais convencionais por novas alternativas" e as "embalagens flexíveis com desempenho melhorado".

Fonte: Embrapa