Riassunto analitico
La cellulosa è il biopolimero più abbondante in natura. In media, è composta da 300 a 3000 molecole di glucosio unite da un legame β(1→4) glicosidico. Si distinguono due tipi di cellulosa: quella vegetale (CV), che ha un ruolo strutturale e quella batterica (CB), me-tabolita primario con ruolo protettivo per le cellule. La CB presenta fibre più piccole rispetto alla CV, che le conferiscono caratteristiche fisiche e meccaniche: purezza (non pre-senta emicellulosa o lignina), elevato grado di cristallinità (cui si associa una maggiore resistenza alla trazione rispetto alla VC), alta densità, buona capacità di ritenzione idrica, capacità di assumere la forma desiderata durante la produzione. Inoltre è chimicamente stabi-le, anche alle alte temperature. Tali caratteristiche la rendono interessante in molteplici campi di applicazioni. Tra i batteri produttori di CB, i batteri acetici (BA) ed in modo particolare i ceppi della specie Komagataeibacter xylinus sono in grado di produrre grandi quantità di CB. Tuttavia lo sfruttamento dei BA per la produzione industriale di CB, ad oggi, pone dei limiti di produttività. L’obiettivo di questa tesi è stato quello di selezionare ceppi di BA alto produttori di CB e le condizioni che ne determinano la produzione. Il lavoro sperimentale ha previsto lo screening e l’identificazione di ceppi di BA, l’ottimizzazione delle condizioni di produzione della CB e la sua caratterizzazione strutturale. 116 ceppi di BA isolati da komboucha tea sono stati testati per la capacità di sviluppo in terreno di coltura contenente glucosio e per la capacità di produrre CB. Dal pool iniziale sono stati preselezionati 53 ceppi produttori di CB. I 10 ceppi più alto produttori sono stati testati in microscala in terreni contenenti glucosio, etanolo e fruttosio a diverse concentrazioni. Il ceppo K2G30 (K. xylinus) ha prodotto il massimo quantitativo di CB in tutte le condizioni testate e la resa maggiore è stata ottenuta in sistema statico con terreno contenente glucosio ed etanolo. La CB è stata caratterizzata combinando microscopia elettronica (ESEM) e diffrazione a raggi X (XRD). La CB osservata a 500x è apparsa uniforme e leggermente ondulata, con una morfologia analoga su entrambi i lati. A 8000x emergono le strutture alveolari formate dalle nanofibre. Gli spettri di diffrazione acquisiti hanno mostrato i picchi caratteristici della CB e l’analisi delle corrispondenti distanze interplanari confermano che appartiene al tipo Iα. Lo stesso test eseguito sulla CB ridotta in polvere, tuttavia, ha messo in evidenza un’amorfizzazione, dimostrando che la BC è sensibile alle condizioni e alle modalità di processo post-produzione. La spettroscopia infrarossa trasformata di Fourier (FTIR) ha dato risultati analoghi sia sulla CB tal quale, sia sulla polvere, perché l’amorfizzazione indotta dalla macinazione riguarda l’ordine strutturale (rilevato dall’XRD) ma non i singoli legami atomici. Da un punto di vista del comportamento termico, analizzato mediante calorimetria differenziale a scansione (DSC), la componente amorfa della BC subisce una transizione vetrosa in un intervallo di temperatura prossimo a 0 °C. A temperature superiori a 100 °C, si assiste ad una degradazione termica della CB. In coerenza con i risultati della DSC, l’analisi dinamico-meccanica (DMA) ha messo in luce un progressivo calo del modulo conservativo, che da circa 4 GPa a temperature inferiori a 0 °C scende a circa 70 MPa a 100 °C. La capacità di assorbire acqua è molto elevata: un’immersione di 48 ore porta ad un incremento di massa del 400%, possibile per la struttura alveolare delle nanofi-brille. Le caratteristiche strutturali e il comportamento termo-meccanico della membrana ne suggeriscono l’impiego nell’ambito biomedicale, grazie alla proprietà di assorbire e rilasciare lentamente acqua ed eventualmente soluzioni e medicinali o come base per dispositivi elettronici.
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