The dextran production by three new bacteria strains isolated from sugar cane

Orientador: Silvio Roberto AndriettaDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuimicaResumo: Dextranas são polissacarídeos produzidos pela bactéria pertencente à família Lactobacileae constituídos de moléculas de glicose unidas por ligações a-(1-6) na cadeia principal e ligações a-(1-4), a-(1-3) e a-(1-2) nas ramificações. A enzima dextranasacarase, responsável por sua síntese, é extracelular e tem a sacarose como principal indutor. Este biopolímero possui aplicações nas indústrias farmacêuticas, químicas e de alimentos. Na indústria farmacêutica é que a dextrana tem a sua maior aplicação. A dextrana de baixa massa molecular, dextrana clínica, é utilizada como expansor volumétrico sanguíneo e como facilitador da fluidez do sangue. Este trabalho teve como objetivo otimizar o processo de produção de dextrana por três novas linhagens de bactérias denominadas 4-03, 4-30 e 4-26 isoladas da cana-de-açúcar, dentro deste objetivo principal estão incluídos a caracterização da estrutura de cadeia destes biopolímeros e a identificação das linhagens das bactérias isoladas. Para a otimização, tanto da produção de dextrana como da produção de dextrana-sacarase, realizaram-se ensaios em frascos agitados, analisando a influência das seguintes variáveis: concentração de tampão (controle do pH), concentração de substrato (sacarose) e concentração da fonte de nitrogênio (extrato de levedura). Conduziram-se os ensaios de otimização com base em planejamento experimental fatorial e análise de superfície de resposta. As linhagens 4-26 e 4-30 apresentaram modelos estatisticamente significativos, portanto, podem ser utilizados na previsão da composição do meio de fermentação para produção da dextrana-sacarase. Para a otimização da produção de dextrana, somente a linhagem 4-26 mostrou variação significativa estatisticamente das variáveis respostas frente ás variáveis estudadas na região avaliada. Realizaram-se ensaios para a obtenção da dextrana a qual teve sua estrutura de cadeia determinada utilizando o método da perioxidação e o método da degradação de Smith. A primeira metodologia consiste em determinar os tipos e as proporções das ligações a-(1-6), a-(1-4) e a-(1-2), e a-(1-3) por meio do consumo do oxidante e produção de ácido quando as dextranas são sujeitas a uma oxidação com periodato. A segunda metodologia citada, consiste na oxidação do polissacarídeo seguida de redução ao poliálcool correspondente e por fim realiza-se hidrólise ácida gerando fragmentos de Dgliceraldeído, característico de ligações a- (1,2), D-glicose, característico de ligações a-(1,3), eritritol, característico de ligações a- (1,4), glicerol e glicoaldeído, característicos de ligações a- (1,6) e terminal não-redutor. Quando compara-se os dois métodos de determinação da estrutura de cadeia da dextrana, a solubilidade em água da dextrana formada pela linhagem 4-03 é confirmada, pois a sua cadeia em ambas as análises apresentou uma maior porcentagem das ligações a-(1,6), característica contrária a goma produzida pela linhagem 4-30, que apresenta-se de forma insolúvel por ter uma cadeia ramificada. O resultado para o biopolímero formado pela linhagem 4-26 apresentou-se os mesmos valores para as duas metodologias, porém no método da degradação de Smith sua estrutura não aproximou-se da dextrana padrãoAbstract: Dextran is a polysaccharide produced by bacteria of the Lactobacillaceae family and it consists of D-glucose monomeric units linked at the position a-(1,6) in the linear chain and a-(1-4), a-(1-3) and a-(1-2) positions at the branching points. The enzyme dextransucrase, responsible for dextran synthesis, is extracellular and has sucrose as its main inductor. This biopolymer is used by the pharmaceutical, chemistry and the food industry. Dextran has its main application in the pharmaceutical industry. The low molecular weight dextran, the clinical dextran, is used as blood volume expander and blood flow improver. This work had as objective to optimize the dextran production by three new bacteria strains named 4-03, 4-26 and 4-30 isolated from sugar cane, into this main objective are including the characterization the structure of the chain of these bacteria biopolymers and to identification bacteria strains isolated. The influence of the following variable was analyzed for the dextransucrase and dextran production optimization: buffer (pH control), substrate (sucrose) and nitrogen source (yeast extract) concentrations. The experimental assays were performed on the basis of factorial design and response surface techniques. The strains 4-26 and 4-30 presented statically significant models, therefore, these models may be used for predict the optimum composition of the fermentation medium for dextransucrase production. Only strain 4-26 showed statically significant variation of the dependent variables in the evaluated region dextran production optimization. The dextran structure of the three strains was determined by the periodate oxidation and Smith degradation methods. The first methodology consist in to determine kinds and proportions of the a-(1,6), a-(1-2) e a-(1-4) e a-(1-3) linkages by the consumption of oxidant and the production of acid when the dextran is subject to periodate oxidation analysis. The second methodology consists in the oxidation of the polysaccharide followed by reduction and hydrolysis with dilute acid which produces characteristic fragments: D-glyceraldehydes, characteristic of the a-(1,2) linkages, D-glucose, characteristic of the a-(1,3) linkages, erythritol, characteristic of the a-(1,4) linkages and glycerol or glycolaldehyde, characteristic of the a-(1,6) linkages and no reducing terminal. The results obtained confirmed the high solubility of the dextran produced by strain 4-03 due to its high proportion of the a-(1,6) linkages in contrast with gum produced by strain 4- 30 that is highly insoluble due to its branched chain. The biopolymer produced by strain 4- 26 presented the same values for the both methodologies, however, the Smith degradation result showed that its structure is not close to the standard dextranMestradoDesenvolvimento de Processos BiotecnologicosDoutor em Engenharia Químic