Avaliação Comparativa das Propriedades de Xantanas Produzidas pelo patovar pruni e Clairana com Xantana Comercial para predição de uso
Comparative Evaluation of Xanthans Properties Produced by pathovar pruni and Clairana with Commercial Xanthan to Predict their uses
Oliveira, Patricia D.; Vendruscolo, Claire T.; Borges, Caroline D.; Michel, Ricardo C.; Lomba, Rosana F. T.
http://dx.doi.org/10.4322/polimeros.2013.086
Polímeros: Ciência e Tecnologia, vol.23, n3, p.417-424, 2013
Resumo
O presente trabalho teve como objetivo determinar a adequabilidade de três amostras de biopolímero xantana (Xa 06, Xa 82 e Xa 106) e uma clairana como viscosificantes de fluidos de perfuração de poços de petróleo, comparando com uma amostra de xantana comercial, Xanvis®. Foram realizadas análises reológicas, determinados os conteúdos de acetil, piruvato e íons Na+ K+ e Ca2+, e avaliada a capacidade viscosificante segundo norma específica da Petrobras. Os conteúdos de grupos acetil e piruvato para as xantanas e clairana diferiram significativamente entre si, mas foram compatíveis com valores preconizados ou citados na literatura concernente. Com relação ao conteúdo de íons, a xantana comercial apresentou quantidade de cálcio superior, as amostras Xa 06, Xa 82 e Xa 106 tiveram maior teor de potássio e a clairana maior teor de sódio. A viscosidade e a viscoelasticidade da amostra de xantana comercial foi superiores às demais amostras analisadas. Na análise como viscosificante para fluidos de perfuração as amostras de xantana comercial e Xa 106 atingiram os requisitos estabelecidos para os parâmetros n, K e força gel da norma Petrobras N-2605. Com a interpretação conjunta dos resultados obtidos pode-se inferir que apenas as xantanas Xanvis® e Xa 106 apresentam características adequadas à utilização como viscosificante em fluido de perfuração de petróleo. As demais amostras possuem características reológicas adequadas à utilização como espessantes ou estabilizantes em outros segmentos industriais, como em alimentos, tintas e cosméticos.
Palavras-chave
biopolímeros, viscosidade, acetil, piruvato, íons
Abstract
The aim of this study was to determine the suitability of three xanthan (Xa 06, Xa 82 and Xa 106) and a clairana biopolymer for use as drilling fluid thickeners and comparing them against a commercial sample, Xanvis®. Rheological analyses were performed to determine the acetyl, pyruvate and Na+ K+ and Ca2+ ion content and their thickening ability, according to Petrobras guidelines. The pyruvate and acetyl group content for the xanthans and the clairana biopolymer differed significantly, but they were consistent with the recommended values or those previously cited in the literature. With regard to the ion content, the commercial xanthan contained higher amounts of calcium, the Xa 06, Xa 82 e Xa 106 samples contained higher potassium levels and the clairana had a higher sodium level. The viscosity and viscoelasticity of the commercial xanthan sample were higher than the other samples. In the viscosity analysis of drilling fluids, Xanvis® and Xa 06 met the required parameters for n, K and gel strength (Petrobras regulation N-2605). In an analysis of the results obtained, only Xanvis® and Xa 106 presented the desired characteristics for use as drilling fluid thickeners. The other samples presented adequate rheological characteristics for use as thickeners and stabilizers in many industrial applications, such as food, paints and cosmetics.
Keywords
biopolymers, viscosity, acetyl, pyruvate, ions
References
[1] CGEE, 2006. Relatório Técnico N° 84 396-205 do Centro de Gestão e Estudos
Estratégicos do Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior. Disponível
em: http://www.anbio.org.br/pdf/2/tr06_biopolimeros.pdf
[2] MDIC, 2006 - Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior, Secretaria do Desenvolvimento da Produção, Fórum de Competitividade de Biotecnologia - ESTRATÉGIA NACIONAL DE BIOTECNOLOGIA - Política de Desenvolvimento da Bioindústria. Disponível em: http://www.uni-muenster.de
[3] Villain-Simonnet, A; Milas, M. & Rinaudo, M. Comparison between the physicochemical behaviour of two microbial polysaccharides: RMDP17 and rhamsan. I. J. Biol. Macromol., 26, p. 55 (1999).
[4] Jansson, P. E; Kenne, L. & Lindberg, B. Structure of the exocellular polysaccharide from Xanthomonas campestris. Carbo. Res., 45, p. 275 (1975).
[5] Bradshaw, I. J.; Nisbet, B. A.; Kerr, M. H. & Sutherland, I. W. Modified xanthan – its preparation and viscosity. Carbo. Polym., 3, p.23 (1983).
[6] Xu, X; Liu, W. & Zhang, L. Rheological behavior of Aeromonas gum in aqueous solutions. Food Hydrocol., 20, p. 723 (2006).
[7] Vendruscolo, C.T. “Produção e caracterização do biopolímero produzido por Beijerinckia sp. isolada do solo da região de Ribeirão Preto-SP Brasil”. Tese de Doutorado, Universidade Estadual de Campinas, Brasil (1995).
[8] Moreira, A. S; Vendruscolo, J. L. S; Gil-Turnes, C. & Vendruscolo, C. T. Screening among 18 novel strains of Xanthomonas campestris pv pruni. Food Hydrocol., 15, p. 469 (2001).
[9] Pinto, E. P; Moreira, A. S. & Vendruscolo, C. T. Influência do pH, Adição de Sais e Temperatura na Viscosidade dos Biopolímeros Produzidos por Beijerinckia sp cepas 7070 e UR4. R. Bras. de Agroc., 8, p. 247 (2002).
[10] Antunes, A. E. C; Moreira, A. S; Vendruscolo, J. L. S & Vendruscolo, C. T. Screening of Xanthomonas campestris pv pruni strains according to their production of xanthan and its viscosity and chemical composition. Braz. J. Food Technol., 6, p. 317 ( 2003).
[11] Borges, C. D; Moreira, A. N; Moreira, A. S; Del Pino, F. A. B & Vendruscolo, C. T. Caracterização de Biopolímeros Produzidos por Beijerinckia sp. 7070 em Diferentes Tempos de Fermentação. Ciên. Tecnol. Alimentos, 24, p. 327 (2004).
[12] Teixeira, A. M. “Tempo de fermentação na produção e qualidade de xantana e no perfil eletroforético de X. campestris pv pruni”. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Pelotas, Brasil (2005).
[13] Pinto, E. P. “Desacetilação de xantana: influência no comportamento reológico”. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Pelotas, Brasil (2005).
[14] Moreira, A. N; Moreira, A. S; Diaz, P. S; Vendruscolo, C. T. & Del Pino, F. A. B. Rheological behaviour and chemical composition of the Beijerinckia sp. 7070 bacterial biopolymer produced by an enzymatic pathway. Braz. J. Food Technol., 8, p. 135 (2005).
[15] Borges, C. D & Vendruscolo, C. T. Xanthan Synthesized by Strains of X. campestris pv pruni: Production, Viscosity and Chemical Composition. Biosc. J., 23, p. 67 (2007).
[16] Klaic, P. M. A; Nunes, A. M; Moreira, A. S; Vendruscolo, C. T. & Ribeiro, A. S. Determination of Na, K, Ca and Mg in xanthan gum: Sample treatment by acid digestion. Carbo. Polym., 83, p. 1895 (2011).
[17] WO 2006/047845 A1 - Xanthan biopolymer, process and uses of the same. World Intellectual Property Organization – International Bureau. International publication date, 11 may (2006). Disponível em: http://ww3.unit.br/mestrados/biotecnologia.
[18] INPI - Instituto Nacional da Propriedade Industrial, sob o n° PI 0105856-8, de 07 de novembro de 2001. Processo de produção de polissacarídeo por Beijerinckia sp. Disponível em: http://pesquisa.inpi.gov.br/ (2001).
[19] McComb, E. A. & McReady, R. M. Determination of acetyl in pectin and in acetylated carbohydrate polymers. Anal. Chem., 29, p. 819 (1957).
[20] Sloneker, J. H. & Jeanes, A. Exocellular bacterial polysaccharide from Xanthomonas campestris NRRL B-1459. Part I: Constitution. Canad. J.Chem., 40, p. 2066 (1962).
[21] ASTM. D1428-64. Annual Book of ASTM Standards, American Society for Testing and Materials, 10, Philadelphia, 1981.
[22] Petrobras. Norma Técnica N-2605 A - Ensaio de viscosificante para fluidos usados na exploração e produção de poços de petróleo e gás (2003).
[23] Burdock, G. A. “Encyclopedia of Food and Color Additives”, CRC Press, New York (1997).
[24] Food and Agriculture Organization of the United Nations – FAO. Compendium of food additives specifications, addendum 7. FAO/WHO, 1999.
[25] Shatwell, K. P; Sutherland, I. W. & Ross-Murphy, S. B. Influence of acetyl and Pyruvate substituents on the solution properties of xanthan polysaccharide. I. J. Biol. Macromol., 12, p. 71 (1990).
[26] Mariuzzo, D. M. “Contribuição ao estudo da estrutura química do exopolissacarídeo PS-32 obtido por fermentação aeróbica da bactéria Beijerinkia sp". Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Brasil (1996).
[27] Ohtani, K; Yasuda, S; Hiruta, O; Uotani, K; Tatsuta, K. & Misaki, A. Characterization of an Extracellular Polysaccharide Elaborated by TX-1, a New Strain of Beijerinckia indica. Biosc. Biotechnol. Biochem., 59, p. 1628 (1995).
[28] Cooke, A. A. & Percival, E. Structural investigations of the extracellular polysaccharides elaborated by Beijeriinckia mobilis. Carbo. Res., 43, p. 117 (1975).
[29] Sutherland, I. W. Microbial polysaccharides from Gram-negative bacteria. I. Dairy J., 11, p. 663 (2001).
[30] Wang, F; Wang, Y. & Sun, Z. Food chemistry and toxicology: conformational role of xanthan gum in its interaction with guar gum. J. Food Scie., 67, p. 3289 (2002).
[31] Goycoolea, F. M; Milas, M. & Rinaudo, M. Associative phenomena in galactomannan-deacetylated xanthan systems. I. J. Biol. Macromol., 29, p. 181 (2001).
[32] Smith, I. H; Symes, K. C; Lawson, C. J. & Morris, E. R. Influence of the pyruvate content of xanthan on macromolecular association. I. J. Biol. Macromol, 3, p.129 (1983).
[33] Ferreira, M. V. D; Martins, A. L; Costa, F. G. & Lopes, L. M; Figueiredo, M. S; Paula, B. R.F.C. & Naccache, M. F. “Evaluation of Polymers with Drag Reduction Potential”, in: Anais do 2nd Mercosur Congress on Chemical Engineering and 4th Mercosur Congress on Process Systems Engineering, ENPROMER CD-ROM, Rio de Janeiro / RJ, Agosto (2006)
[34] García-Ochôa, F.; Santos, V. E.; Casas, J. A.; Gómez, E. Xanthan gum: production, recovery and properties, Biotechnol. Adv., 18, p. 549- 579 (2000).
[35] Pelletier, E.; Viebke, C.; Meadow, S. J.; Williams, P. A. A rheological study of the order disorder conformational transition of xanthan gum. Biopol. 59, p.339-346 (2001).
[36] Sandford, P. A. & Baird, J. “Industrial utilization of polysaccharides”, in: The Polysaccharide, S. O. Aspinall (Ed) Academic Press, New York (1983).
[37] Cadmus, M. C.; Knuston, C. A.; Lagoda, A. A.; Pittsley, J. E.; Burton, K. A. Synthetic media for production of quality xanthan gum in 20 liter fermentors. Biotechnol. and Bioengin., 20, p. 1003-1014 (1978).
[38] Silveira, C. F; Preichardt, L. D; Moreira, A. S. & Vendruscolo, C. T. Modificações químicas em xantana produzida por Xanthomonas arboricola pv pruni promovidas por tratamento térmico. R. Bras. Tecnol. Agroind., 2, p. 32 (2008). (1999).
[39] Shah, A. K. & Ashtaputre, A. A. Evaluation of rheological properties of the exopolysaccharide from Sphingomonas paucimobilis GS-1 for application in oil exploration. J. Indus. Microb. Biotechnol., 23, p. 442
[40] Martínez-Padilla, L. P. & Cabada-Celis, N. Rheological and functional characterization of a biopolymer obtained from Beijerinckia sp. Food Sci. Technol., 2, p. 405 (1996).
[41] Boza, Y; Neto, L.P; Costa, F. A. A & Scamparini, A.R.P. Exopolysaccharide production by encapsulated Beijerinckia cultures. Proc. Biochem., 39, p. 1201 (2004).
[42] Petrobras. Norma Técnica N-2604 A - Viscosificante para fluidos usados na exploração e produção de poços de petróleo e gás (2003).
[43] Brasil, Agência nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA), Resolução - RDC Nº 45, Regulamento técnico sobre aditivos alimentares autorizados para uso segundo as boas práticas de fabricação (BPF) (2010).
[2] MDIC, 2006 - Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior, Secretaria do Desenvolvimento da Produção, Fórum de Competitividade de Biotecnologia - ESTRATÉGIA NACIONAL DE BIOTECNOLOGIA - Política de Desenvolvimento da Bioindústria. Disponível em: http://www.uni-muenster.de
[3] Villain-Simonnet, A; Milas, M. & Rinaudo, M. Comparison between the physicochemical behaviour of two microbial polysaccharides: RMDP17 and rhamsan. I. J. Biol. Macromol., 26, p. 55 (1999).
[4] Jansson, P. E; Kenne, L. & Lindberg, B. Structure of the exocellular polysaccharide from Xanthomonas campestris. Carbo. Res., 45, p. 275 (1975).
[5] Bradshaw, I. J.; Nisbet, B. A.; Kerr, M. H. & Sutherland, I. W. Modified xanthan – its preparation and viscosity. Carbo. Polym., 3, p.23 (1983).
[6] Xu, X; Liu, W. & Zhang, L. Rheological behavior of Aeromonas gum in aqueous solutions. Food Hydrocol., 20, p. 723 (2006).
[7] Vendruscolo, C.T. “Produção e caracterização do biopolímero produzido por Beijerinckia sp. isolada do solo da região de Ribeirão Preto-SP Brasil”. Tese de Doutorado, Universidade Estadual de Campinas, Brasil (1995).
[8] Moreira, A. S; Vendruscolo, J. L. S; Gil-Turnes, C. & Vendruscolo, C. T. Screening among 18 novel strains of Xanthomonas campestris pv pruni. Food Hydrocol., 15, p. 469 (2001).
[9] Pinto, E. P; Moreira, A. S. & Vendruscolo, C. T. Influência do pH, Adição de Sais e Temperatura na Viscosidade dos Biopolímeros Produzidos por Beijerinckia sp cepas 7070 e UR4. R. Bras. de Agroc., 8, p. 247 (2002).
[10] Antunes, A. E. C; Moreira, A. S; Vendruscolo, J. L. S & Vendruscolo, C. T. Screening of Xanthomonas campestris pv pruni strains according to their production of xanthan and its viscosity and chemical composition. Braz. J. Food Technol., 6, p. 317 ( 2003).
[11] Borges, C. D; Moreira, A. N; Moreira, A. S; Del Pino, F. A. B & Vendruscolo, C. T. Caracterização de Biopolímeros Produzidos por Beijerinckia sp. 7070 em Diferentes Tempos de Fermentação. Ciên. Tecnol. Alimentos, 24, p. 327 (2004).
[12] Teixeira, A. M. “Tempo de fermentação na produção e qualidade de xantana e no perfil eletroforético de X. campestris pv pruni”. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Pelotas, Brasil (2005).
[13] Pinto, E. P. “Desacetilação de xantana: influência no comportamento reológico”. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Pelotas, Brasil (2005).
[14] Moreira, A. N; Moreira, A. S; Diaz, P. S; Vendruscolo, C. T. & Del Pino, F. A. B. Rheological behaviour and chemical composition of the Beijerinckia sp. 7070 bacterial biopolymer produced by an enzymatic pathway. Braz. J. Food Technol., 8, p. 135 (2005).
[15] Borges, C. D & Vendruscolo, C. T. Xanthan Synthesized by Strains of X. campestris pv pruni: Production, Viscosity and Chemical Composition. Biosc. J., 23, p. 67 (2007).
[16] Klaic, P. M. A; Nunes, A. M; Moreira, A. S; Vendruscolo, C. T. & Ribeiro, A. S. Determination of Na, K, Ca and Mg in xanthan gum: Sample treatment by acid digestion. Carbo. Polym., 83, p. 1895 (2011).
[17] WO 2006/047845 A1 - Xanthan biopolymer, process and uses of the same. World Intellectual Property Organization – International Bureau. International publication date, 11 may (2006). Disponível em: http://ww3.unit.br/mestrados/biotecnologia.
[18] INPI - Instituto Nacional da Propriedade Industrial, sob o n° PI 0105856-8, de 07 de novembro de 2001. Processo de produção de polissacarídeo por Beijerinckia sp. Disponível em: http://pesquisa.inpi.gov.br/ (2001).
[19] McComb, E. A. & McReady, R. M. Determination of acetyl in pectin and in acetylated carbohydrate polymers. Anal. Chem., 29, p. 819 (1957).
[20] Sloneker, J. H. & Jeanes, A. Exocellular bacterial polysaccharide from Xanthomonas campestris NRRL B-1459. Part I: Constitution. Canad. J.Chem., 40, p. 2066 (1962).
[21] ASTM. D1428-64. Annual Book of ASTM Standards, American Society for Testing and Materials, 10, Philadelphia, 1981.
[22] Petrobras. Norma Técnica N-2605 A - Ensaio de viscosificante para fluidos usados na exploração e produção de poços de petróleo e gás (2003).
[23] Burdock, G. A. “Encyclopedia of Food and Color Additives”, CRC Press, New York (1997).
[24] Food and Agriculture Organization of the United Nations – FAO. Compendium of food additives specifications, addendum 7. FAO/WHO, 1999.
[25] Shatwell, K. P; Sutherland, I. W. & Ross-Murphy, S. B. Influence of acetyl and Pyruvate substituents on the solution properties of xanthan polysaccharide. I. J. Biol. Macromol., 12, p. 71 (1990).
[26] Mariuzzo, D. M. “Contribuição ao estudo da estrutura química do exopolissacarídeo PS-32 obtido por fermentação aeróbica da bactéria Beijerinkia sp". Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Brasil (1996).
[27] Ohtani, K; Yasuda, S; Hiruta, O; Uotani, K; Tatsuta, K. & Misaki, A. Characterization of an Extracellular Polysaccharide Elaborated by TX-1, a New Strain of Beijerinckia indica. Biosc. Biotechnol. Biochem., 59, p. 1628 (1995).
[28] Cooke, A. A. & Percival, E. Structural investigations of the extracellular polysaccharides elaborated by Beijeriinckia mobilis. Carbo. Res., 43, p. 117 (1975).
[29] Sutherland, I. W. Microbial polysaccharides from Gram-negative bacteria. I. Dairy J., 11, p. 663 (2001).
[30] Wang, F; Wang, Y. & Sun, Z. Food chemistry and toxicology: conformational role of xanthan gum in its interaction with guar gum. J. Food Scie., 67, p. 3289 (2002).
[31] Goycoolea, F. M; Milas, M. & Rinaudo, M. Associative phenomena in galactomannan-deacetylated xanthan systems. I. J. Biol. Macromol., 29, p. 181 (2001).
[32] Smith, I. H; Symes, K. C; Lawson, C. J. & Morris, E. R. Influence of the pyruvate content of xanthan on macromolecular association. I. J. Biol. Macromol, 3, p.129 (1983).
[33] Ferreira, M. V. D; Martins, A. L; Costa, F. G. & Lopes, L. M; Figueiredo, M. S; Paula, B. R.F.C. & Naccache, M. F. “Evaluation of Polymers with Drag Reduction Potential”, in: Anais do 2nd Mercosur Congress on Chemical Engineering and 4th Mercosur Congress on Process Systems Engineering, ENPROMER CD-ROM, Rio de Janeiro / RJ, Agosto (2006)
[34] García-Ochôa, F.; Santos, V. E.; Casas, J. A.; Gómez, E. Xanthan gum: production, recovery and properties, Biotechnol. Adv., 18, p. 549- 579 (2000).
[35] Pelletier, E.; Viebke, C.; Meadow, S. J.; Williams, P. A. A rheological study of the order disorder conformational transition of xanthan gum. Biopol. 59, p.339-346 (2001).
[36] Sandford, P. A. & Baird, J. “Industrial utilization of polysaccharides”, in: The Polysaccharide, S. O. Aspinall (Ed) Academic Press, New York (1983).
[37] Cadmus, M. C.; Knuston, C. A.; Lagoda, A. A.; Pittsley, J. E.; Burton, K. A. Synthetic media for production of quality xanthan gum in 20 liter fermentors. Biotechnol. and Bioengin., 20, p. 1003-1014 (1978).
[38] Silveira, C. F; Preichardt, L. D; Moreira, A. S. & Vendruscolo, C. T. Modificações químicas em xantana produzida por Xanthomonas arboricola pv pruni promovidas por tratamento térmico. R. Bras. Tecnol. Agroind., 2, p. 32 (2008). (1999).
[39] Shah, A. K. & Ashtaputre, A. A. Evaluation of rheological properties of the exopolysaccharide from Sphingomonas paucimobilis GS-1 for application in oil exploration. J. Indus. Microb. Biotechnol., 23, p. 442
[40] Martínez-Padilla, L. P. & Cabada-Celis, N. Rheological and functional characterization of a biopolymer obtained from Beijerinckia sp. Food Sci. Technol., 2, p. 405 (1996).
[41] Boza, Y; Neto, L.P; Costa, F. A. A & Scamparini, A.R.P. Exopolysaccharide production by encapsulated Beijerinckia cultures. Proc. Biochem., 39, p. 1201 (2004).
[42] Petrobras. Norma Técnica N-2604 A - Viscosificante para fluidos usados na exploração e produção de poços de petróleo e gás (2003).
[43] Brasil, Agência nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA), Resolução - RDC Nº 45, Regulamento técnico sobre aditivos alimentares autorizados para uso segundo as boas práticas de fabricação (BPF) (2010).
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