Recuperação de poli (3-hidroxibutirato) produzido por Priestia megaterium utilizando cloreto de 1-hexadecilimidazólio

Abstract

Polihidroxialcanoatos (PHAs) são poliésteres biodegradáveis que apresentam potencial para serem aplicados em substituição a polímeros de origem petroquímica por possuírem características térmicas e mecânicas semelhantes a estes. O poli(3-hidroxibutirato) [P(3HB)] é um dos PHAs mais estudados por sua versatilidade de produção e aplicação. Esse polímero é produzido por algumas espécies bacterianas e, então, pode ser recuperado do interstício celular por métodos mecânicos, químicos ou biológicos. Destaca-se, dentre estes, a utilização de solventes orgânicos por ser o mais utilizado. O principal destes solventes é o clorofórmio, que é tóxico e nocivo ao meio ambiente; sendo, portanto, de grande importância a busca de alternativas mais sustentáveis e menos prejudiciais. Neste contexto, líquidos iônicos (LIs), que são sais que se apresentam líquidos a temperaturas de 100 ºC ou menores e apresentam características que possibilitam a solubilização de uma série de compostos, surgem como uma alternativa para a obtenção deste biopolímero do interior das células. O objetivo do presente trabalho foi de avaliar o desempenho do LI cloreto de 1-hexadecilimidazólio na recuperação de P(3HB) do interior de células da espécie Gram-positiva Priestia megaterium. Para tanto, primeiramente, realizou-se a validação de um método para a quantificação do biopolímero, baseado na digestão do P(3HB) com ácido sulfúrico concentrado e análise do ácido crotônico gerado por HPLC. Em sequência, realizou-se um teste para verificar uma possível interação entre as soluções de LI de concentrações 1 mg/mL e 100 mg/mL e nas temperaturas de 30, 60 e 90 °C com amostras de biopolímero puro adquirido comercialmente. Enfim, um teste de contato entre 0,1 g de células de P. megaterium e 1 mL de soluções de LI com concentrações de 1, 10 e 100 mg/mL foi realizado nas temperaturas de 30 °C e 60 °C a fim de avaliar a capacidade de recuperação do biopolímero do interior das células bacterianas, bem como a pureza do produto obtido desta maneira. A partir dos experimentos, foi possível constatar uma boa resposta do método de quantificação do P(3HB) a partir do HPLC, sendo os resultados obtidos próximos àqueles alcançados a partir de outras metodologias. Além disso, os resultados de contato entre as soluções de LI e o biopolímero puro apresentaram a possibilidade de coprecipitação do LI juntamente ao P(3HB), se apresentando como uma fonte de impurezas para o biopolímero recuperado. Para os testes de contato das soluções de LI com as células bacterianas obteve-se o melhor desempenho para a solução menos concentrada na menor temperatura, na qual a pureza média entre as amostras obtida foi de 56,4 % e a recuperação de 91,4 %.

Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are biodegradable polyesters that have the potential to be applied to replace polymers of petrochemical origin because they have thermal and mechanical characteristics similar to these. Poly(3-hydroxybutyrate) [P(3HB)] is one of the most studied PHAs due to its production and application versatility. This polymer is produced by some bacterial species and then can be recovered from the cell interstitium by mechanical, chemical or biological methods. Among these, the use of organic solvents stands out because it is the most used. Chief among these solvents is chloroform, which is toxic and harmful to the environment, therefore the search for more sustainable and less harmful alternatives is of great importance. In this context, ionic liquids (ILs), which are salts that are liquid at temperatures of 100 ºC or lower and have characteristics that enable the solubilization of a series of compounds, emerge as an alternative for obtaining this biopolymer from inside cells. The objective of the present work was to evaluate the performance of LI 1-hexadecylimidazolium chloride in the recovery of poly(3-hydroxybutyrate) from the interior of cells of the Gram-positive species Priestia megaterium. To do so, first, the validation of the method for the quantification of the biopolymer was carried out, based on the digestion of P(3HB) with concentrated sulfuric acid and analysis of the crotonic acid generated by HPLC. In sequence, a test was carried out to verify a possible interaction between the IL solutions of concentrations 1 mg/mL and 100 mg/mL and at temperatures of 30, 60 and 90 °C with samples of pure biopolymer purchased commercially. Finally, a contact test between 0.1 g of P. megaterium cells and 1 mL of IL solutions with concentrations of 1, 10 and 100 mg/mL was performed at temperatures of 30 °C and 60 °C in order to evaluate the recovery capacity of the biopolymer inside the bacterial cells, as well as the purity of the product obtained in this way. From the experiments, it was possible to verify a good response of the method of quantification of P(3HB) from the HPLC, being the results obtained close to those reached from other methodologies. In addition, the contact results between the IL solutions and the pure biopolymer showed the possibility of IL co-precipitation together with P(3HB), presenting itself as a source of impurities for the recovered biopolymer. For contact tests of IL solutions with bacterial cells, the best performance was obtained for the less concentrated solution at the lowest temperature, in which the average purity between the samples obtained was 56.4% and the recovery was 91.4 %.