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Celulose Bacteriana

Conceito de Celulose Bacteriana

A celulose bacteriana é um tipo de celulose biossintetizada por bactérias dos géneros Glucanacetobacter, Agrobacterium, Rhizobium, Sarcina, Alcaligenes, etc., sendo que a mais eficiente e, portanto, mais estudada, é a Glucanacetobacter xylinus. Foi numa cultura destas bactérias gram-negativas e anaeróbias, comummente encontradas em frutas, vegetais, vinagre e bebidas fermentadas, que A. J. Brown identificou pela primeira vez, em 1886, a massa gelatinosa agora conhecida como celulose bacteriana e representada na Fig. 1.

Fig.1 - Membrana de celulose bacteriana a ser retirada do meio de cultura

Fig.1 – Membrana de celulose bacteriana a ser retirada do meio de cultura

Este biopolímero é sintetizado no interior da bactéria, que possui enzimas capazes de ligar entre si moléculas individuais de glucose, formando longas cadeias de celulose, com 2000 a 6000 monómeros. Estas cadeias são expelidas da célula através de cerca de 100 poros especializados existentes na sua membrana celular. As cadeias assim expelidas agrupam-se, através de ligações de hidrogénio, em conjuntos de 37 unidades, formando fibrilas elementares, com um diâmetro de cerca de 3.5 nm. Por sua vez, 46 fibrilas elementares alinham-se para formar uma fita, com uma largura de 40 a 60 nm. As fitas enrolam-se formando uma fibra, com largura de 70 a 80 nm. As fibras de celulose assim dispersas no meio de cultura formam um filme gelatinoso que flutua à superfície e serve como matriz de suporte ao crescimento da população bacteriana. Alterando as condições do meio de cultura (nutrientes, aditivos, temperatura, etc) é possível controlar algumas características do produto final, por exemplo, a massa molar e a estrutura supramolecular.

A composição química da celulose bacteriana é igual à da celulose vegetal. Ambas são um polímero linear de unidades de β-D-glucopiranose ligadas entre si por ligações glicosídicas β( 1 à4) ,isto é, o C-1 de uma unidade forma uma ligação simples com um átomo de oxigénio que por sua vez se liga ao C-4 da unidade seguinte, como mostra a Fig. 2.

Fig.2 - Estrutura molecular da celulose

Fig.2 – Estrutura molecular da celulose

No entanto, em termos estruturais, há diferenças significativas entre as duas: as cadeias poliméricas de celulose bacteriana são mais curtas que as da celulose vegetal e organizam-se espacialmente de forma mais ordeira, pelo que a sua cristalinidade é mais elevada. Além disto, a celulose bacteriana é obtida numa forma pura, isto é, livre de outros polímeros, ao passo que a celulose vegetal forma um compósito com lenhina e hemiceluloses. Visualmente, a celulose bacteriana assemelha-se a um gel, dado o seu conteúdo de água ser cerca de 98%, ao passo que a celulose vegetal, com apenas 60% de conteúdo de água tem um aspecto fibroso.

Aplicações:

Na indústria alimentar

A celulose bacteriana, quando cozida com açúcar caramelizado dá origem à sobremesa nata de coco, muito popular em alguns países asiáticos.

Na medicina

Uma característica muito interessante da celulose bacteriana é o facto de impedir a passagem de 99% da radiação UV-A e UV-B, ao mesmo tempo que permite a passagem da luz visível sendo, portanto, transparente. Esta característica, aliada à sua biocompatibilidade, torna a celulose bacteriana atractiva como pele artificial temporária para queimaduras. Já existe no mercado um penso de celulose bacteriana comercializado como Nexfill® pela empresa brasileria Fibrocel. Trata-se de um penso  quase perfeito já que, quando aplicado em epiderme exposta, adere perfeitamente à ferida, elimina a dor em poucos segundos (através de um processo ainda não elucidado), deixa a pele respirar, impede a entrada de micróbios prejudiciais, protege a ferida do sol e, ao contrário do penso comum, não tem que ser trocada pois quando a o processo de cicatrização está concluído a membrana seca, desfaz-se e acaba por cair naturalmente.

Esta é apenas uma das imensas aplicações que a celulose bacteriana pode encontrar na medicina, estando já a ser estudada a sua eficácia no fabrico de implantes dentários e ósseos, vasos sanguíneos artificiais e como peneira molecular para a separação do ADN através de electroforese.

No fabrico de novos materiais

Na actual busca por novos materiais resistentes, baratos e sustentáveis que possam substituir aqueles derivados do petróleo, a celulose bacteriana surge como um poderoso aliado, principalmente devido às seguintes propriedades:

  • Elevada resistência térmica: só entra em combustão aos 325ºC;
  • Elevada força tênsil, na ordem dos 200-300 MPa (consequência do seu alto grau de cristalinidade);
  • Baixa densidade;
  • Biodegradabilidade;
  • Material de fonte renovável.

É já extensa a lista de publicações que referem as fibras de celulose bacteriana como um excelente material de reforço em materiais compósitos. Muitas vezes, é necessário modificar quimicamente a sua superfície de modo a aumentar a adesão entre este material altamente hidrofílico e matrizes poliméricas de natureza mais hidrofóbica. Alguns destes compósitos são já usados no fabrico de peças de aviões e automóveis. A celulose bacteriana é também utilizada no fabrico de novos têxteis, com especial ênfase em materiais super-absorbentes, como aditivo na produção de papel, como estabilizador de emulsões na indústria de cosméticos, etc.

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References:

Klemm D., 2005. Cellulose: Fascinating Biopolymer and Sustainable Raw Material, Angew.Chem. Int. Ed., 44 (22), 3358 – 3393

Belgacem M. N., Gandini A., Eds. 2008. Monomers, Polymers and Composites from

Renewable Resources; Elsevier: Amsterdam.

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