Utilização de resíduos agroindustriais para a produção de esferas de celulose bacteriana como veículos para probióticos

Abstract

Desenvolveu-se e avaliou-se a produção de celulose bacteriana em formato esférico utilizando melaço de cana-de-açúcar e melaço de soja como fontes alternativas e sustentáveis de carbono em substituição à frutose, com o objetivo de reduzir custos e ampliar aplicações tecnológicas. Investigou-se a produção sob cultivo agitado e a influência dos diferentes substratos nas propriedades do material, incluindo rendimento, morfologia, porosidade, organização fibrilar e estabilidade térmica. Verificou-se que os meios à base de melaço proporcionaram rendimento e pureza estrutural comparáveis ao meio convencional, porém promoveram modificações significativas na microestrutura das esferas de celulose bacteriana, incluindo alterações na organização da rede tridimensional de nanofibras, no diâmetro das fibrilas e na arquitetura porosa do material. Observou-se que o melaço de cana favoreceu a formação de redes mais abertas e altamente porosas, enquanto o melaço de soja resultou em matriz com maior microporosidade e volume de poros, evidenciando que a composição do substrato modula a arquitetura tridimensional da celulose bacteriana. Avaliou-se ainda a aplicação do material como matriz carreadora do probiótico Heyndrickxia coagulans (ATCC 23769), analisando-se propriedades estruturais, térmicas e funcionais após a incorporação. Constatou-se que a impregnação do probiótico não alterou a estrutura química nem o perfil cristalino da celulose, mantendo-se elevada estabilidade térmica. Observou-se alta viabilidade celular durante armazenamento prolongado e maior proteção sob condições simuladas de digestão gastrointestinal, especialmente nas amostras produzidas com melaços. Concluiu-se que subprodutos agroindustriais constituem alternativa viável e sustentável para a produção de celulose bacteriana esférica com propriedades ajustáveis, além de demonstrarem potencial como sistema eficiente de proteção e liberação de probióticos para aplicações alimentícias e biotecnológicas.

Sphere-like bacterial cellulose was developed and evaluated using sugarcane and soybean molasses as alternative and sustainable carbon sources to replace fructose, aiming to reduce production costs and expand technological applications. Production under agitated conditions was investigated, as well as the influence of different substrates on yield, morphology, porosity, fibrillar organization, and thermal stability. Molasses-based media provided yield and structural purity comparable to the conventional medium, while promoting significant modifications in microstructure of bacterial cellulose beads, including changes in the organization of the three-dimensional nanofibrillar network, fibril diameter, and the porous architecture of the material. Sugarcane molasses favored the formation of more open and highly porous networks, whereas soybean molasses resulted in a matrix with greater microporosity and pore volume, demonstrating that substrate composition modulates the three-dimensional architecture of bacterial cellulose. The material was further evaluated as a carrier matrix for the probiotic Heyndrickxia coagulans (ATCC 23769), and its structural, thermal, and functional properties were analyzed after incorporation. Probiotic impregnation did not alter the chemical structure or crystalline profile of bacterial cellulose, and high thermal stability was maintained. High cell viability was observed during prolonged storage, along with enhanced protection under simulated gastrointestinal conditions, particularly in samples produced with molasses. It was concluded that agro-industrial by-products represent a viable and sustainable alternative for producing sphere-like bacterial cellulose with tunable properties, demonstrating strong potential as an efficient system for probiotic protection and delivery in food and biotechnological applications.