BRPI0804088A2 - processo de produção de fibras, fios e fitas de celulose bacteriana e produtos resultantes - Google Patents

Abstract

Mais particularmente trata-se de um processo (P) de produção de celulose cultivada por bactérias, onde dita celulose é produzida pelo microorganismo Acetobacter xylinum, sendo direcionado a se desenvolver dentro de um meio controlado, particularmente a partir de tubos (T), confeccionados de materiais dotados de permeabilidade a gases, com espessura de paredes e diâmetros adequados ao tipo de produto (F) que se deseja produzir; referido processo (P) utiliza, como fonte de carbono, uma glicose anidra e sem sobras de meio de cultura a ser tratado no final da produção; o processo (P) permite que o microrganismo seja forçado a produzir fibrilas de celulose que vão formando uma trama direcionada ao longo da parede interna do tubo (T), configurando um produto resultante (F) na forma de fio, filamento ou fita, de diâmetro e comprimento variável de acordo com o tubo que o gerou e de acordo com o formato imposto durante o processo fermentativo.

Description

"PROCESSO DE PRODUÇÃO DE FIBRAS, FIOS E FITAS DECELULOSE BACTERIANA E PRODUTOS RESULTANTES".

CAMPO TÉCNICO

Trata a presente invenção de um novoprocesso de produção de fibras, fios e fitas de celulose bacteriana eprodutos resultantes, onde, mais particularmente, dita produção defios, filamentos e fitas de celulose é obtida em reatores tubulares dematérias porosos, submetidos a determinados parâmetros previstosno processo fermentativo, direcionando as bactérias a sedesenvolverem de tal forma que o produto final constitui-se num fio,filamento ou fita de determinado diâmetro e de comprimento variável,de acordo com o formato imposto durante o processo.

FUNDAMENTOS DA TÉCNICA

Como é do conhecimento geral, há séculos osprodutos obtidos a partir da celulose provém do processamento deprodutos naturais, principalmente a madeira, largamente empregadapara produção de papel, papelão e assemelhados, pois que possuidiferentes proporções de celulose dependendo do tipo de madeira edo tratamento.

A indústria têxtil, por sua vez, usa fibrasvegetais naturais, como o algodão (formado em 99,8% de celulose),a juta, o cânhamo, o rami e o linho, na produção de diversosprodutos têxteis, pois que também possuem grande proporção depolissacarídeo.

A celulose produzida por bactérias, por suavez, remontam de 1886, sendo as primeiras referênciasdesenvolvidas por Brown. A. 3, no Journal of Chemical Society.

Historicamente, a celulose bacteriana vemsendo produzida nas Filipinas como um alimento e em épocas maisrecentes na índia, Vietnam e Tailândia entre outros paises, para aprodução de "Nata de coco" (doce obtido pelo cozimento da mantacelulósica em calda de açúcar).

No processo artesanal de fabricação, o meiode cultura utilizado é água de coco, excedente da produção de Copra,importante produto de exportação dos referidos paises. O tempo defermentação citado para obtenção das mantas é da ordem desemanas. Após a fermentação, a manta é colhida e o meio defermentação é trocado por meio novo para dar início a um novo ciclo.

Além disso, sendo um processo artesanal, não há controle devariáveis de fermentação como temperatura e da umidade do arambiente, resultando em produto com qualidade variável. Tudo istodificulta um processamento industrial economicamente viável e comqualidade garantida, devido à falta de regularidade da matéria prima,às condições de operação e ao tempo de fermentação.

DOS PROCESSOS DE OBTENÇÃO CONVENCIONAIS

Tarr e Hibert em 1931, Khouvine em 1936 eHestrin, Aschener e Mager em 1947 publicaram estudos sobre meiosde fermentação visando à produção de celulose. Khausal e Walkerpublicaram em 1951 estudo descrevendo também meios defermentação diferenciados para a produção de celulose.

Clovin, em 1977, publicou um estudodescrevendo os efeitos da adição de glicose ao meio de fermentaçãopara a produção de celulose. Clovin citou também a formação de umamanta formada por fibrilas de celulose que se tornam visíveis após 6a 8 horas da inoculação do meio. Em publicação datada de 1980,Clovin relatou a extrusão da celulose pela membrana da bactéria,afirmando que as microfibrilas se associam espontaneamente no meiode cultura para, desta forma, constituírem uma fibrila de celulose.Lepard et al, em publicação de 1975 relataramque as microfibrilas nascentes são estruturas de poliglucosanasestendidas linearmente, a principio altamente hidratadas e chegandoa ter uma largura de 100 mm. Posteriormente, ainda em suspensãono meio liquido, elas gradualmente se associam para formar umafibrila consolidada. De acordo com a literatura e observaçõesrealizadas, essas fibrilas de celulose se associam novamente demaneira aleatória, estruturando uma manta que permanece flutuanteno meio de fermentação.

A patente BR PI 9204232, descreve ascondições do ambiente para obtenção de mantas celulósicas, com aexigência de uma renovação do ar com vazão de 5 m3/h para umasuperfície de manta igual a lm2. Esta tecnologia apresenta comoinconvenientes o alto custo de operação (troca constante de filtrosabsolutos de ar, por exemplo) e a necessidade de controles rigorosose complexos de vários parâmetros (o controle da umidade do ar, porexemplo) gerando custos de produção elevados. Além disto, cita aformação de uma lamela aderida à face inferior da manta, comcaracterísticas diferentes da mesma, que tem que ser removida.

As patentes BR 8404937 de 1984 e US4.912.049 de 1990 descrevem um meio de fermentação paraprodução de mantas por Acetobacter xylinum, no qual a fonte denitrogênio é um extrato de Tea sinensis e a fonte de carbono ésacarose. Atualmente, é sabido que o Acetobacter xylinum utiliza aglicose como fonte de carbono. A utilização da sacarose pela citadapatente diminui a velocidade de reprodução da bactéria, aumentandoo tempo dê fermentação para obtenção da manta, uma vez que há anecessidade de hidrolisar a sacarose em glicose e frutose.

Em trabalho publicado por Borzani e Souza(Biotechnology Letters, vol 17, pp. 1271-1272, 1995), demonstrou-seque a manta celulósica é formada na sua interface com o ar e não nasua interface com o meio.

O pedido de patente BR PI 0205499-0descreve a produção de celulose bacteriana a partir de determinadomeio de fermentação em bandejas cobertas. Nesse caso, o processose resume a produção de mantas formadas na superfície do meio defermentação, coletadas manualmente para posterior limpeza emanipulação. Este procedimento exige que, durante todo o tempo doprocesso, o mesmo seja realizado dentro de salas limpas, comfiltragem do ar por filtros absolutos, controle do fluxo de ar e pressãopositiva na sala. Também são necessários que a manipulação sejafeita por operadores, e que os mesmos utilizem jalecos eequipamentos como máscaras, toucas e pró-pés devidamente limpose esterilizados, para não interferirem negativamente no processodevido à contaminação.

Como pode ser visto, já foram descritas, emdiversas patentes e trabalhos científicos publicados nas últimasdécadas, que as bactérias produtoras de celulose, podem ser e sãogeralmente cultivadas em condições tais como culturas estáticas,culturas agitadas, culturas agitadas e aeradas, em sistemas deprodução de bateladas de fermentação, bateladas de fermentaçãorealimentadas, sistemas de fermentação continua e semi-continua eos métodos de agitação, quando utilizados, podem ser mecânicos comutilização de turbinas de agitação, agitação por borbulhamento de ardo tipo "air-lift", bombas de recirculação de líquidos e,eventualmente, a combinação destes métodos.

O que se pode observar, claramente, apósanálise do estado da arte em relação à produção de celulosebacteriana, é que o foco destas pesquisas e trabalhos foi centrado emdois tipos de produto final, ou seja, na obtenção de fibras de celulosedispersas, no caso das produções em tanques profundos ("deep-tanks") sob agitação e aeração forçada, e a produção de mantas emprocesso de fermentação de superfície estática, onde, em ambos oscasos, há necessidade de controlar todas as variáveis do processo deforma isolada, como, por exemplo, o fluxo de ar filtrado isentos decontaminantes, umidade e temperatura do ambiente (quando emsuperfície estática), temperatura e pH do meio quando utilizadotanques agitados, entre outras variáveis.

Percebe-se, diante do estado da arte, queestão disponíveis vários caminhos para a fermentação. O primeiro é afermentação em "tanque profundo" ("deep tank"), que é muito similaraos fermentadores de escala industrial atualmente em uso.

Uma situação prática ocorreu, recentemente,nos Estados Unidos. A Weyerhaeuser® levou anos desenvolvendo aprodução de celulose microbiana nesses tipos de fermentadores,entretanto, seu produto comercial Cellulon® não obteve real sucessocomercial porque as reduções de custo necessárias para tornar esteproduto competitivo em comparação a outros tipos de celulose nuncaforam alcançadas.

Há aproximadamente dois anos, aWeyerhaeuser anunciou que pretendia vender seu negócio deCellulon, sendo este fato indicativo dos riscos e perigos de se entrarneste tipo de negócio sem um programa adequado dePesquisa&Desenvolvimento fundamental para fornecer a base parauma produção otimizada e econômica.

O negócio Cellulon foi vendido para a Kelco®,uma companhia com experiência em fermentação bacteriana emgrande escala. A Kelco é, talvez, mais conhecida por sua produçãocomercial de polímeros bacterianos, tais como goma xantham(xantham gum), usada como espessante alimentar. Recentemente aKelco, uma subsidiária da Merck®, foi adquirida pela Monsanto®, umaempresa voltada para negócios na área de agricultura. Entretanto,ganhos significativos ainda são necessários a serem obtidos namelhoria dos processos de fermentação utilizando a metodologia do"tanque profundo".

Ainda com base no estado da técnica, ométodo que emprega a cultura estática, por outro lado, tem melhorespossibilidades de sucesso porque a celulose microbiana tem sidoproduzida desta forma por muitos anos na indústria de Nata, e abaixa força de cisalhamento na cultura estática promovem maiorprodutividade. Como a celulose microbiana é um produto extra-celular, que é excretado em um meio de cultura, cuidados e manuseioespeciais são necessários para manter uma produção otimizada.

A própria membrana de celulose pode setransformar numa barreira para substratos e para o oxigênionecessário para que as células produzam celulose.

Até aqui, a presente descrição do estado datécnica, tratou de mostrar os processos de obtenção de celulose, sejade produtos naturais (madeira, algodão e outros), seja de bactérias.Assim sendo, doravante será tratado o assunto de maior relevânciada presente patente, qual seja, as fibras de celulose que resultam nosprodutos na forma de fibras, fios e fitas.

DAS FIBRAS EMPREGADAS NA OBTENÇÃO DE PRODUTOS

Como se sabe, as fibras podem serclassificadas como uma classe de materiais constituídos de filamentoscontínuos ou de segmentos alongados de conjuntos de fibrilas detamanho similar.

As fibras são de grande importância nabiologia de animais e plantas, uma vez que são os elementos queconectam e sustentam os tecidos. O homem historicamente utilizafibras de muitas maneiras, elas podem ser transformadas emfilamentos, fios, barbantes, cordas e transformadas em tecidos.Podem ser utilizadas em materiais compósitos, e ainda utilizadas paraa elaboração de produtos como papel e feltro.

A obtenção de fibras para indústria têxtil, porexemplo, representa um segmento extremamente importante daeconomia mundial. São conhecidas muitas fibras diferentes, sendoque, desse universo, algo em torno de 40 tipos de fibras têmimportância comercial em termos de uso geral, as outras têm seumercado em nichos específicos de utilização.

De uma forma geral, as fibras podem serclassificadas como naturais e sintéticas. As naturais podem serclassificadas como animais, vegetais ou fibras inorgânicas.

Das fibras de origem animal, que sãocompostas basicamente por proteínas, fazem parte a seda, as lãs(pêlos de diversos animais: carneiros, alpacas, vicunhas, coelhos,castores e muitos outros).

As fibras de origem vegetal, por sua vez, sãocompostas basicamente de celulose, tais como algodão, algodão, seda(kapok), linho, rami, juta , cânhamo, e outras.

A principal fibra natural inorgânica é oasbestos. Outras fibras podem ser derivadas de substanciasinorgânicas, as quais podem ser transformadas em fios, por exemplo,metais, especialmente ouro, prata e cobre.

Fibras artificiais podem ser produzidas pelasíntese de polímeros tais como Nylon, Kevlar, Poliéster, Orlon, Dacrone outros, ou pela alteração de fibras naturais como o Rayon e aViscose.

As fibras são também classificadas de acordocom seu uso têxtil, por exemplo, cordoamento, pincéis, fabricação defeltros, fibras para tecidos e fibras para preenchimentos. Os maioresvolumes são utilizados para cordoamentos e fabricação de tecidos. Naindustria cordoeira (cordas e barbantes), por exemplo, são utilizadasmuitas fibras, preferencialmente as longas, por exemplo o sisal, ocânhamo, o junco, o linho e outros.

As fibras utilizadas para fabricação de suturase uso médico são um capítulo a parte. As suturas cirúrgicas sãonormalmente utilizadas para unir as bordas de uma incisão ou paraunir tecidos lesionados. Existem muitos tipos de suturas, compropriedades diferenciadas adequadas a utilizações específicas.

As suturas podem ser classificadas em doisgrupos principais: absorvíveis e não-absoviveis. Uma suturaabsorvível se decompõe e é incorporada ao organismo do receptor, sedegradando à medida que a incisão ou a ferida se curam. As nãoabsorvíveis resistem às tentativas de dissolvê-las do organismodependendo da situação as suturas não absorvíveis podem serremovidas pelo médico quando não são mais necessárias.

As suturas são feitas de materiais naturaise/ou sintéticos. Os materiais naturais incluem seda, linho, algodão ecatgut que é, na verdade, o intestino de gado bovino ou ovinosubmetido a tratamentos de purificação química e desidratação emambiente controlado.

As suturas sintéticas são feitas de umavariedade de materiais têxteis, tais como o nylon e o poliésterformulados especialmente para uso cirúrgico. As suturas sintéticasabsorvíveis são feitas de ácido poliglicólico ou outros polímerosglicólicos tais como polydioxanon e polylactato. Também são feitosfios de sutura de politetraflouretileno. Ainda outras suturas são feitasde fios metálicos.

Assim sendo, durante os últimos anos, orequerente vem desenvolvendo, em laboratório, novos métodos defermentação para superar algumas das dificuldades intrínsecas deuma cultura massificada de Acetobacter. Outrossim, um vigorosoprograma de seleção de cepas de diferentes regiões do mundoresultou na obtenção de um estoque de cepas estáveis e eficientespara a produção de celulose. Os recentes sucessos na clonagem esequenciamento genético de genes para a síntese de celulosebacteriana (Saxena, Brown 1990, 1991), combinado com novasinformações sobre como estes genes podem funcionar in vivo(Saxena, et al, 1994) acrescentam novos componentes paraotimizações adicionais.

Portanto, o que se faz necessário, atualmente,é o desenvolvimento de fermentações intermediárias, de formaescalonada, até que a conversão para uma fermentação eficiente emlarga escala possa verdadeiramente produzir celulose microbiana parao mercado a um custo competitivo.

Entretanto, quando a fermentação em grandeescala se tornar uma realidade, as futuras economias de escalapodem conduzir à criação de um novo e importante ramo industrialtendo como fonte um biopolímero que já vem sendo utilizado háséculos.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

Assim é que a proposta da presente invençãovai diferenciar-se de forma radical dos modelos de produçãoatualmente utilizados, assim como também o produto final vaidiferenciar-se dos produtos acima descritos, pois que a presentesolicitação permite obter produtos alternativos às fontes tradicionaisde celulose e, melhor, de forma altamente competitiva, pois como ésabido, produtos de consumo maduros só são possíveis de seremobtidos através da viabilização de maneira efetiva de uma altaprodutividade a baixo custo.

Assim sendo, e visando atingir uma novaclasse de fibras a partir de um material orgânico, foi desenvolvida apresente invenção que se refere a um processo de produção de fios,filamentos e fitas de celulose produzidas por bactérias, as quais sãodirecionadas de tal forma que o produto final constitui-se num fio,filamento ou fita de determinado diâmetro e de comprimento variável,de acordo com o formato imposto durante o processo fermentativo.

Para a obtenção dos fios, filamentos e/ou fitasforam utilizados, como suporte de desenvolvimento, tubosconfeccionados de materiais dotados de permeabilidade a gases(preferencialmente silicone), com espessura de paredes e diâmetrosadequados, onde o microrganismo, especialmente o Acetobacterxylinum, é forçado a produzir fibrilas de celulose que vão formandouma trama direcionada ao longo da parede interna do tubo,configurando um fio, filamento ou fita. Para cada diâmetro eespessura desejados, de acordo com a sua futura utilização.

Considerando que muitos são os meios decultivo citados na literatura e que, também, numerosas são asbactérias produtoras de celulose conhecidas, não é possível proporum único método detalhado de preparo do meio de fermentação,sendo necessária uma fonte de carbono, uma fonte de nitrogênio,pelo menos uma fonte de fósforo e sais minerais. Nos ensaiosdescritos foi utilizado o meio de cultura Schramm-Hestrin.Evidentemente este meio de cultura precisa passar por etapas para asua preparação incluindo uma esterilização para eliminação demicrorganismos que poderiam competir com o Acetobacter xylinum.

Assim sendo, a síntese da celulose seprocessa internamente ao longo do tubo suporte, em contraposição àparede interna, com espessura controlada pelo tempo de fermentaçãoe com diâmetro e comprimento definido pelo tubo suporte.

Sendo um microrganismo aeróbico, osuprimento de oxigênio da bactéria é fornecido através da paredepermeável a gases do referido tubo suporte, de maneira que avelocidade do suprimento vai variar de acordo com a espessura daparede do mesmo.

A velocidade de formação dos fios serádecorrente da quantidade de substrato e da permeabilidade aooxigênio do suporte limitantes para crescimento do microrganismo e,conseqüentemente, da formação das fibras de celulose com alto limitede resistência e excelente elasticidade/alongamento, podendo, ditosprodutos resultantes do processo em questão serem utilizados emdiversas aplicações. A relação abaixo mostra os produtos que podemser produzidos através da celulose microbiana produzida através dopresente processo:

Produtos médicos:

- curativos para lesões de pele (ver Patente US 323717)

- vetor para liberação de medicamentos, via oral ou dermal

- substrato para pele artificial

Indústria do vestuário e calçados:

- produtos de couro artificial- produtos têxteis moldados em peça únicaIndústria de esportes externos:

- tendas e tralha de acampamento descartáveisIndústria de produtos para bebês:

- fraldas descartáveis e outros.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A complementar a presente descrição de modoa obter uma melhor compreensão das características do presenteinvento e de acordo com uma preferencial realização prática domesmo, acompanha a descrição, em anexo, um conjunto dedesenhos, onde, de maneira exemplificada, embora não limitativa, serepresentou o seguinte:

a figura 1 ilustra um diagrama de blocos doprocesso de produção de fibras, fios, filamentos e fitas de celulosebacteriana;

a figura 2 ilustra, esquematicamente o tubo ,que configura a sede de desenvolvimento da bactéria Acetobacterxylinum para produção de fio, filamento ou fita de celulose;

a Figura 2A representa, a tituloexemplificativo, um corte transversal no tubo, mostrando a áreainterna onde se desenvolve o microorganismo para produção do fio,filamento ou fita;

as figuras 3, 4 e 5 ilustram, respectivamente,os aspectos morfológicos das amostras 1, 2 e 3 trazidas no resultadosdos testes realizados em laboratório.

DESCRIÇÃO DETALHADA

A presente invenção refere-se a um novo"PROCESSO DE PRODUÇÃO DE FIBRAS, FIOS E FITAS DE CELULOSEBACTERIANA E PRODUTOS RESULTANTES", mais particularmente aum processo (P) de produção de celulose produzida por bactérias que,direcionadas a se desenvolver dentro de um meio controlado,particularmente a partir de tubos (T), confeccionados de materiaisdotados de permeabilidade a gases, preferencialmente silicone, comespessura de paredes e diâmetros adequados ao tipo de produto (F)que se deseja produzir, referido processo (P) utiliza, como fonte decarbono, uma glicose anidra e sem sobras de meio de cultura a sertratado no final da produção. O microrganismo é forçado a produzirfibrilas de celulose que vão formando uma trama direcionada ao longoda parede interna do tubo (T), configurando um produto resultante(F) na forma de fio, filamento ou fita, de diâmetro e comprimentovariável de acordo com o tubo que o gerou e de acordo com oformato imposto durante o processo fermentativo.

A presente invenção foi desenvolvidautilizando o microrganismo Acetobacter xylinum para produção doproduto resultante (F) na forma de fio, filamento ou fita de celulose.

Assim sendo, o processo de produção decelulose obtida a partir do micro organismo Acetobacter xylinum édescrito nas seguintes etapas:

Etapa 1- Preparo do meio de fermentação: dissolução doscomponentes do meio em água;

la) esterilização do meio: aquecimento do meio a 121°C, mantendo-oa essa temperatura por 20 minutos ou através de elementosfiltrantes, com porosidade de 0,22 um;

lb) resfriamento do meio até sua temperatura chegar a 30°C;

lc) inoculação do meio com uma suspensão das bactérias;

Id) distribuição do meio nos tubos de silicone;

Etapa 2 : Preparo do inóculo e inoculação do meio - Dois casosdevem ser considerados, a saber;2a) preparo de inóculo a partir de uma cultura pura da bactéria, ouda bactéria liofilizada;

2b) preparo de inóculo a partir do meio aquoso residual de umafermentação anterior.

Em qualquer dos casos (2a)/(2b) supraapontados, os volumes de meio utilizados, a temperatura, pH e otempo de incubação dependem da composição do meio e domicroorganismo utilizados. Assim sendo, o método empregado na"etapa 2" compreende, basicamente:

- manter o microrganismo em contínuo repique, em meios de culturasemelhante ao meio de produção de celulose e mesmas condições defermentação, de maneira que ele não encontre diferença de conteúdode meio e de ambiente, quando em produção, de maneira que estejadisponível a qualquer tempo, para ser utilizado como inóculo naprodução.

Etapa 3 - Preenchimento dos tubos de silicone - o preenchimento dostubos de silicone com o meio de cultura contendo já o inóculo, deveser realizado sem a presença de bolhas de ar, de maneira a quepermita que a formação de celulose seja formada ao longo de todo otubo de silicone, sem nenhuma interrupção. O comprimento do tubode silicone poderá ser determinado de acordo com o comprimento dofio/filamento/fita de celulose desejado.

Etapa 4 - Fermentação - A fermentação deverá ocorrer de formaestática, em ambiente com temperatura controlada, não havendonecessidade de controle microbiológico do ar, uma vez que o própriotubo de silicone funciona como filtro, com renovação do ar parapermitir a renovação e passagem de oxigênio do ar para o meio decultura contido no tubo de silicone. A celulose é formada na interfacedo oxigênio e, portanto, em toda a circunferência interna do tubo, demaneira uniforme, em função da espessura do tubo de silicone (verfigura 2A), da permeabilidade a gases do mesmo e da área superficialexposta ao ar. O tempo de fermentação é definido pela temperatura epela espessura do fio a ser formado, estando atrelado, também, àbitola do referido tubo de silicone, bem como a espessura da parededo referido tubo que, por sua vez, controla a velocidade de passagemdo oxigênio do ar.

Etapa 5 - Coleta dos fios e fitas - A coleta consiste na retirada doproduto resultante (F) na forma de fio, filamento ou fita de celulosede dentro do tubo (T) aplicando pressão numa extremidade, comdeslocamento da celulose para o local de purificação do produto.

Etapa 6 - Limpeza dos fios e fitas - A limpeza e purificação dos fios(F) é realizada manejando-se os fios em estado distendido, utilizando,para tanto, uma solução alcalina a quente e detergente, paraeliminação dos microrganismos remanescentes;

Etapa 7 - Secagem das fitas e dos fios torcidos ou não - A secagem éfeita em um local climatizado onde os fios ou fitas (F) obtidos peloprocesso serão dispostos de forma distendida; a diferença entre fioou fita será dada pela forma de secagem em forma cilíndrica torcidaou não, ou plana:

7a) - as fitas, em particular, são previamente prensadas paradistensão das fibras de celulose; e

7b) - o fio é submetido a secagem após a torção sobre si mesmo ouainda sem torção.

Etapa 8 - Após a produção do produto (P) na forma de fio/filamentoou fita, os tubos (T) devem sofrer assepsia com solução de álcool 70GL.

Como dito, o processo pode ser resumido no fatoda síntese da celulose se processar internamente ao longo do tubosuporte, em contraposição à parede interna, com espessuracontrolada pelo tempo de fermentação e com diâmetro e comprimentodefinido pelo tubo suporte.

Sendo um microrganismo aeróbico, o suprimentode oxigênio é fornecido através da parede permeável a gases do tubosuporte, de maneira que a velocidade do suprimento vai variar deacordo com a espessura da parede do mesmo.

A velocidade de formação dos fios será decorrenteda quantidade de substrato e da permeabilidade ao oxigênio dosuporte limitantes para crescimento do microrganismo econseqüentemente da formação das fibras de celulose.

O requerente realizou testes em amostras defibras obtidas a partir do processo descrito, testes estes de tração ede caracterização morfológica obtida via microscopia eletrônica devarredura (MEV) e particularmente realizados no laboratório LACTECdo Centro Politécnico da UFPR (Universidade Federal do Paraná).

As amostras das fibras foram assimidentificadas :

- Amostra 1 - Fio 3D.T diâmetro 0,08mm.

- Amostra 2 - Fio 3D.NT diâmetro 0,09mm.

- Amostra 3 - Fio 7D.T diâmetro 0,14mm.

- Amostra 4 - Fio Nt úmido diâmetro 0,09mm.

A metodologia adotada na execução dosensaios de "tração" das amostras identificadas seguiram as seguintesetapas:

- Para este ensaio foi utilizada máquina universal de ensaios marcaINSTRON modelo 4467;

- A fixação das amostras na máquina foi por meio de garraspneumáticas com superfícies emborrachadas;- A célula de carga utilizada foi de 100 N sendo a velocidade e adistância entra garras de 20mm/mim e 50 mm respectivamente.

A análise adotada na execução dos ensaios de"Caracterização morfológica via MEV" foi realizada nas amostras de 1a 3, haja vista a impossibilidade de análise em amostra contendoumidade (amostra 4). Para tal foi utilizado microscópio eletrônico devarredura marca Philips, modelo XL 30 com detector de elétronssecundários. Antes de serem submetidas à análise, as amostras forammetalizadas com ouro por mio da técnica de Cathode sputtering.

A tabela 1, abaixo reproduzida, apresenta osvalores médios dos resultados de ensaio de "tração" obtidos sobre asamostras. Os valores (+ ou -) correspondem ao desvio padrão obtidosobre as mesmas.

Tabela 1 - Resultados obtidos no ensaio de tração

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Os resultados da caracterização da morfológica sãoilustrados nas figuras 3, 4 e 5.

O resultado dos testes acima exemplificadosmostraram que os fios, filamentos e fitas de celulose microbiana,obtidos a partir do processo (P) descrito, apresentam as seguintescaracterísticas técnicas:

Pureza:

a celulose é o único biopolímero produzido pelo microrganismo- ausência de lignina ou hemicelulose

- completamente biodegradável e reciclável como um recursonatural renovável

Grande resistência mecânica:

- celulose I cristalina de alta resistência

- consistente estabilidade dimensional

- alta resistência à tensão

- baixo peso

- extrema durabilidade

Absorção em estado hidratado:

- enorme capacidade de retenção de águaporosidade seletiva

- alta resistência em estado úmido

- alta capacidade de retenção na relação superfície-volume

Formação de membrana diretamente durante a biosíntese:

- torna desnecessários os passos entre a celulose e a formação dopapel

- torna desnecessários os passos entre a fiação e o produto têxtil

- podem ser produzidas membranas extremamente finas, sub-microne oticamente claras

Orientação da celulose durante a síntese:

- capacidade dinâmica na formação das fibrasmembranas com resistência uni-axial

Modificação direta da celulose durante o processo:

- atraso na cristalização pela introdução de agentes no meio decultura

- controle das propriedades físicas da celulose durante o processo(peso molecular e cristalinidade)Modificação genética do microrganismo:

- síntese direta de derivados da celulose (tais como acetato decelulose, carbonometilcelulose, metilcelulose, etc.)controle da celulose cristalina alomorfa (celulose I ou celulose II)

- controle do peso molecular da celulose.

É certo que quando o presente invento forcolocado em prática, poderão ser introduzidas modificações no que serefere a certos detalhes de construção e forma, sem que isso impliqueafastar-se dos princípios fundamentais que estão claramentesubstanciados no quadro reivindicatorio, ficando assim entendido quea terminologia empregada teve a finalidade de descrição e não delimitação.

Claims (8)

1.) "PROCESSO DE PRODUÇÃO DE FIBRAS, FIOS E FITAS DECELULOSE BACTERIANA E PRODUTOS RESULTANTES", maisparticularmente trata-se de um processo (P) de produção de celuloseobtida através de síntese bacteriana, o qual está caracterizado pelofato da celulose produzida pela bactéria ser direcionada a sedesenvolver dentro de um meio controlado, particularmente a partirde tubos (T), confeccionados de materiais dotados de permeabilidadea gases, com espessura de paredes e diâmetros adequados ao tipo deproduto (F) que se deseja produzir; referido processo (P) utiliza,como fonte de carbono, uma glicose anidra e sem sobras de meio decultura a ser tratado no final da produção; o processo (P) permite queo microrganismo seja forçado a produzir fibrilas de celulose que vãoformando uma trama direcionada ao longo da parede interna do tubo(T), configurando um produto resultante (F) na forma de fio,filamento ou fita, de diâmetro e comprimento variável de acordo como tubo que o gerou e de acordo com o formato imposto durante oprocesso fermentativo.

2.) "PROCESSO DE PRODUÇÃO DE FIBRAS, FIOS E FITAS DECELULOSE BACTERIANA", de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo processo (P) de produção de celulose ser descritonas seguintes etapas:Etapa 1- Preparo do meio de fermentação: dissolução doscomponentes do meio em água;la) esterilização do meio: aquecimento do meio a 121°C, mantendo-oa essa temperatura por 20 minutos ou através de elementosfiltrantes, com porosidade de 0,22 um;lb) resfriamento do meio até sua temperatura chegar a 30°C;lc) inoculação do meio com uma suspensão das bactérias;ld) distribuição do meio nos tubos de silicone;Etapa 2 : Preparo do inóculo e inoculação do meio, seja por: 2a)preparo de inóculo a partir de uma cultura pura da bactéria, ou dabactéria liofilizada; 2b) preparo de inóculo a partir do meio aquosoresidual de uma fermentação anterior:- método: manter o microrganismo em contínuo repique, em meios decultura semelhante ao meio de produção de celulose e mesmascondições de fermentação, de maneira que ele não encontre diferençade conteúdo de meio e de ambiente, quando em produção, demaneira que esteja disponível a qualquer tempo, para ser utilizadocomo inóculo na produção;Etapa 3 - Preenchimento dos tubos de silicone - o preenchimento dostubos de silicone com o meio de cultura contendo já o inóculo, deveser realizado sem a presença de bolhas de ar, de maneira a quepermita que a formação de celulose seja formada ao longo de todo otubo de silicone, sem nenhuma interrupção;Etapa 4 - Fermentação - A fermentação deverá ocorrer de formaestática, em ambiente com temperatura controlada, não havendonecessidade de controle microbiológico do ar, uma vez que o própriotubo de silicone funciona como filtro, com renovação do ar parapermitir a renovação e passagem de oxigênio do ar para o meio decultura contido no tubo; a celulose é formada na interface dooxigênio, em toda a circunferência interna do tubo, de formauniforme, em função da espessura do tubo, da permeabilidade agases do mesmo e da área superficial exposta ao ar; o tempo defermentação é definido pela temperatura, pela espessura do fio a serformado e, também, à bitola e espessura da parede do referido tubo;Etapa 5 - Coleta dos fios e fitas - A coleta consiste na retirada doproduto resultante (F) na forma de fio, filamento ou fita de celulosede dentro do tubo (T) aplicando pressão numa extremidade, comdeslocamento da celulose para o local de purificação do produto;Etapa 6 - Limpeza dos fios e fitas - A limpeza e purificação dos fios(F) é realizada manejando-se os fios em estado distendido, utilizando,para tanto, uma solução alcalina a quente e detergente, paraeliminação dos microrganismos remanescentes;Etapa 7 - Secagem das fitas e dos fios torcidos ou não - A secagem éfeita em um local climatizado onde os fios ou fitas (F) obtidos peloprocesso serão dispostos de forma distendida; a diferença entre fioou fita será dada pela forma de secagem;Etapa 8 - Após a produção do produto (P) na forma de fio/filamentoou fita, os tubos (T) devem sofrer assepsia com solução de álcool 70 GL.

3.) "PROCESSO DE PRODUÇÃO DE FIBRAS, FIOS E FITAS DECELULOSE BACTERIANA", de acordo com as reivindicações 1 e 2, enuma opção preferencial, caracterizado pelo tubo (T) serconfeccionado em silicone.

4.) "PROCESSO DE PRODUÇÃO DE FIBRAS, FIOS E FITAS DECELULOSE BACTERIANA", de acordo com as reivindicações 1 e 2,caracterizado pelo o microrganismo utilizado no processo (P) ser oAcetobacter xylinum.

5.) "PRODUTOS RESULTANTES", de acordo com as reivindicaçõesanteriores, caracterizado pelos produtos resultantes (F)compreenderem múltiplas fibras que conformam fio, filamentos, fitasem forma cilíndrica torcida ou não, ou plana.

6.) "PRODUTOS RESULTANTES", de acordo com as reivindicaçõesanteriores, caracterizado pelo fato de, quando da etapa "7" desecagem, as fibras de celulose obtidas no processo (P) seremprensadas, resultando na distensão das fibras, gerando o produto (P)na forma de fita.

7.) "PRODUTOS RESULTANTES", de acordo com as reivindicaçõesde 1 a 5, caracterizado pelo fato de, quando da etapa "7" desecagem, as fibras de celulose obtidas no processo (P) poderem sertorcidas sobre si mesmo, obtendo-se o fio torcido.

8.) "PRODUTOS RESULTANTES", de acordo com as reivindicaçõesde 1 a 5 e numa opção alternativa, caracterizado pelo fato de,quando da etapa "7" de secagem, as fibras de celulose obtidas noprocesso (P) serem agrupadas ser torção, resultando em fio nãotorcido.