Caracterização da Goma Xantana Comercial

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Revista de Engenharias da Faculdade Salesiana 
 n. 10 (2019) pp. 25-30 
 
 
http://www.fsma.edu.br/RESA 
 
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Resumo — A goma xantana é um exopolissacarídeo obtido pelo 
processo de fermentação de um substrato orgânico por 
Xanthomonas. Podendo ser empregada nos ramos alimentício, 
petroquímico, farmacêutico, têxtil, etc. Este biopolímero apresenta 
características pseudoplásticas quando em solução. O objetivo deste 
artigo é obter informações físico-químicas a fim de serem utilizadas 
como parâmetros para a investigação de uma metodologia para a 
produção da goma empregando a bactéria Xanthomonas com um 
substrato de obtenção simples e economicamente viável. Para isso, 
foi realizado preparo de solução 25g/L (goma xantana 
comercial/água destilada) para teste de molhabilidade, análise de 
pH, desenho do perfil reológico e teste de biodegradação do 
biopolímero por microrganismos do ambiente. Para a 
Espectroscopia IV foi utilizada uma pequena porção da amostra em 
estado original do produto em pastilha de KBr. A goma comercial 
analisada apresentou características, físico-químicas e de interação 
biológica ótimas para aplicação em diversas áreas, de acordo com as 
análises submetidas, sendo então, um produto adequado para ser 
parâmetro comparativo de um novo produto produzido em 
laboratório. 
 
Palavras-chave: Goma xantana; Fermentação; Xanthomonas; 
Pseudoplástica; Biopolímero. 
 
Physical, Chemical and Biological Characterization of Commercial 
Xanthan Gum 
 
Abstract — Xanthan gum is an exopolysaccharide obtained by the 
process of fermentation of an organic substrate by Xanthomonas, which. 
can be used in food, petrochemical, pharmaceutical, textile, etc. This 
biopolymer when in solution presents pseudoplastic characteristics. The 
goal of this work is to obtain physicochemical information in order to be 
used as parameters for the investigation of a methodology for the 
production of gum using Xanthomonas bacteria to achieve an easily 
obtainable and economically viable substrate. For this, a preparation of 
25g / L solution (commercial xanthan gum / distilled water) was carried 
out for wettability test, pH analysis, rheological profile design and 
biodegradation test of the biopolymer by environmental microorganisms. 
For Spectroscopy IV a small portion of the original sample of the 
product, originally in a KBr pellet, was used. The commercial gum 
analyzed was shown to have physical-chemical and biological interaction 
characteristics, which are optimal for the application in several areas, 
according to the submitted analyses, being therefore a suitable product 
baseline parameter for a new product produced in a laboratory. 
 
Keywords: Xanthan gum; Fermentation; Xanthomonas; Pseudoplastic; 
Biopolymer. 
 
I. INTRODUCÃO 
 
 
os últimos anos a preocupação com a preservação do 
meio ambiente tem levado ao crescente interesse por 
materiais biodegradáveis e que sejam “ecologicamente 
corretos”, diminuindo com isso o impacto ambiental que os 
produtos derivados de petróleo têm causado, especialmente 
devido ao elevado tempo de degradação e à poluição 
decorrente de sua extração e refino [1]. 
Os resíduos agroindustriais são gerados em grande 
quantidade, muitas vezes em maior quantidade que o produto 
de interesse e normalmente não apresentam utilidade. Além 
disto, ainda são considerados um problema ecológico devido à 
sua alta capacidade poluente e à necessidade de descarte 
apropriado. 
Os países industrializados possuem uma legislação que 
impõe normas rígidas que determinam limites de geração 
desses resíduos com base nas avaliações do impacto ambiental 
causado. Estas normas são aperfeiçoadas de acordo com o 
panorama atual da indústria e de forma indireta também são 
impostas aos países em desenvolvimento que exportam seus 
produtos aos países desenvolvidos [2]. 
Assim sendo, é interessante desenvolver processos de 
desenvolvimento de produtos alternativos àqueles derivados 
de petróleo. Para tanto, buscam-se alternativas advindas de 
bioprocessos. 
Os bioprocessos são procedimentos tecnológicos que 
utilizam sistemas biológicos, organismos vivos ou seus 
componentes e derivados para produzir ou modificar produtos 
ou processos para um determinado uso [3]. Dentre esses, a 
fermentação se destaca por ser um processo de transformação 
de uma ou mais substâncias em outras, conduzido por 
microrganismos. Bactérias e fungos são utilizados para seu 
desenvolvimento, sendo denominados fermentos biológicos 
[4], e para obter um resultado ótimo, requerem a utilização de 
um fermentador. 
O fermentador ou ainda biorreator consiste em um 
recipiente com função de manter um ambiente favorável para o 
desenvolvimento de determinado processo biológico. Em 
alguns processos o fermentador pode ser simplesmente um 
Sara Nállia O. Costa, Allan S. Pinho e Evania Danieli A. Santos 
CARACTERIZAÇÃO FÍSICA, QUÍMICA E 
BIOLÓGICA DA GOMA XANTANA COMERCIAL 
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recipiente aberto. Entretanto, para processos cujas condições 
sejam muito sensíveis, será necessário um sistema fechado e 
muito bem controlado capaz de manter as condições 
ambientais necessárias [5]. 
Outro processo biológico de importância é a biodegradação, 
que pode ser definida como o processo de transformação 
química promovida pela ação de microrganismos sob 
condições adequadas de temperatura, umidade, luz, oxigênio e 
nutrientes [6]. Este processo pode ser aplicado para reduzir os 
grandes impactos ambientais causados pela extração e pelo 
refino necessário para a produção dos polímeros provenientes 
do petróleo que possui muitas vantagens comparadas aos 
produtos não-biodegradáveis. A não biodegradabilidade, da 
grande maioria dos polímeros produzidos dessa forma 
contribui para o acúmulo de lixo plástico que levará de 
dezenas a centenas de anos para ser novamente assimilado 
pela natureza [7]. 
Para evitar estas consequências indesejáveis, existe a 
alterativa de se usarem os polímeros biodegradáveis naturais, 
também chamados de biopolímeros, que são todos aqueles 
produzidos a partir de recursos naturais e renováveis. 
Compreendem os polissacarídeos produzidos pelas plantas 
(amido de milho, mandioca, entre outros), poliésteres 
produzidos por microrganismos (principalmente por diversos 
tipos de bactérias), borrachas naturais, entre outros [8]. 
Apesar de todas as vantagens, os biopolímeros possuem 
algumas limitações técnicas, como: processabilidade, 
resistência térmica, propriedades mecânicas, propriedades 
reológicas, permeabilidade a gases e taxa de degradação [7]. 
Polímeros naturais podem sofrer biodegradação em até 180 
dias, período muito curto comparado à polímeros de origem 
sintética [9]. Entretanto, ainda podem, em vários casos, serem 
considerados como uma alternativa importante, especialmente 
se forem levados em conta os efeitos deletérios no meio 
ambiente de sua contrapartida sintética. 
Neste contexto a biossíntese através de bactérias, fungos e 
leveduras tem se destacado frente à obtenção de biopolímeros 
microbianos, que são macromoléculas formadas por 
monossacarídeos e derivados ácidos [9]. Existem vários 
produtos resultantes da biossíntese que podem ter aplicações 
importantes na indústria, entre os quais podemos incluir os 
polissacarídeos. 
Os polissacarídeos são macromoléculas naturais formadas 
pela condensação de monossacarídeos ou seus derivados 
unidos por ligações glicosídicas, e por isto apresentam-se 
como carboidratos de alto peso molecular. Podem ser obtidos 
a partir de vegetais terrestres, com função estrutural e de 
reserva (pectina, celulose e amido), nas sementes (goma guar e 
locusta) ou exudatos (goma arábica); de plantas aquáticas 
(agar, carragena e alginato); e de microrganismos (xantana, 
dextrana e gelana), conhecidos como biopolímeros 
microbianos [11]. 
A xantana é um heteroexopolissacarídeo, obtido a partirda 
biossíntese no processo de fermentação de açúcares pelas 
bactérias Xanthomonas, possuindo alta viscosidade e 
características pseudoplásticas, justificando assim, sua 
aplicação nas indústrias alimentícias, farmacêuticas e 
petroquímicas (Figura 1) [8]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1: Aplicação da goma xantana nas indústrias: farmacêuticas em 
produtos para higiene bucalA e cosméticosB; alimentícias em balas de 
gomasC e produtos panificadosD; e petroquímicas em fluidos de perfuraçãoE 
e fraturamento hidráulico de poçosF (Fonte: Com base em modificações em 
A, B, C, D, E e F) 
 
A goma xantana é composta por unidades repetidas de 
pentassacarídeos formados por duas unidades de glicose, duas 
unidades de manose e uma unidade de ácido glucurônico na 
proporção molar de 2,0:2,0:1,0, além de grupos piruvato e 
acetil (Figura 2). A cadeia lateral consiste de uma molécula de 
ácido glucurônico entre as duas unidades D-manopiranosil. 
Vale destacar sua alta compatibilidade com produtos de outra 
natureza: ácidos, bases, sais, solventes, enzimas, surfactantes e 
conservantes. Estas propriedades físico-químicas superam as 
de muitos outros polissacarídeos presentes no mercado [9]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2: Estrutura do monômero polimérico de goma xantana – adaptado 
[10] 
Para a produção deste polissacarídeo basicamente precisa-se 
de uma fonte de carbono do meio fermentativo e um solvente 
orgânico para purificação do produto. O Brasil, sendo um país 
 
ADisponível em: https://www.ecycle.com.br/2088-creme-dental-caseiro-pasta-
de-dente-natural. Acesso em 20 ago 2018. 
BDisponível em: https://cosmeticaemfoco.com.br/artigos/modificadores-de-
reologia-gomas-e-espessantes/. Acesso em 20 ago 2018. 
CDisponível em: https://vegetarianismoveganismo.blogs.sapo.pt/470480.html. 
Acesso em 20 ago 2018. 
DDisponível em: https://saborsemgluten.net/aditivos-e-gomas/. Acesso em 20 
ago 2018. 
EDisponível em: http://unipeg1.blogspot.com/2010/03/fluidos-de-
perfuracao.html. Acesso em 20 ago 2018. 
FDisponível em: https://www.quimica.com.br/alimentos-uso-na-extracao-do-
gas-de-xisto-provoca-substituicao-da-goma-guar/. Acesso em 20 ago 2018. 
OH
O H
OH
HH
OH
CH2
HC
O-OOC
OH
H
H
OHH
OH
H
O
COO- O
OH H
HH
OH
H
CH2COOCH3
OH
O
H
H
OH
H
CH3OH
O
O H
O
O
H
OH
H H
HOH2C
H
OHH
n
H
H3C
(A) (C) 
(D) 
(E) 
(B) (F) 
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agroindustrial apresenta inúmeras fontes de biomassa 
fermentáveis, como a cana-de açúcar, soro do leite, resíduos 
de indústrias alimentícias e a glicerina bruta obtida na 
produção do biodiesel. 
As etapas para produção da goma xantana são: obtenção e 
manutenção das cepas; crescimento microbiano; pré-inóculo; 
inóculo; fermentação no biorreator; pasteurização; remoção 
das células; precipitação; separação; lavagem e secagem [7] 
[8] [10]. 
Todo este processo é relativamente complexo e pode haver 
problemas em cada uma das etapas. Para poder avaliar seus 
resultados, precisamos de um padrão bem definido, que 
estabeleça as margens de comparação para a devida aceitação 
de uma goma xantana produzida biologicamente. 
Tendo em vista a necessidade de uma baseline, o presente 
estudo teve por objetivo analisar a versão sintética e comercial 
da goma xantana para obter informações físico-químicas e 
biológicas através do teste de molhabilidade, análise de pH; 
desenho do perfil reológico através de Viscosímetro FANN 35 
A; Espectroscopia na região IV para identificação de grupos 
funcionais e teste de biodegradação do polímero quando 
submetido a interação com microrganismos do ambiente. 
Todos os testes foram realizados a partir de uma goma já 
comercializada e empregada no mercado na produção de 
fluidos de perfuração de poços de petróleo, a fim de serem 
utilizadas como parâmetros e investigação de uma 
metodologia para a produção da goma empregando a bactéria 
Xanthomonas com um substrato de fácil obtenção e 
economicamente viável. 
Para tanto, este artigo está organizado da seguinte maneira: 
Na seção II, foram descritos os materiais e métodos utilizados 
neste trabalho, incluindo a descrição teórica e a metodologia 
usada no experimento. Na seção III foram discutidos os 
resultados obtidos e, finalmente, na seção IV elaboradas 
algumas conclusões baseadas nos resultados obtidos. Ao fim 
do trabalho, na seção V, apresentada a bibliografia utilizada. 
 
II. MATERIAIS E MÉTODOS 
 
A goma xantana comercial foi submetida a análises do pH, 
perfil reológico, espectroscopia na região do infravermelho e 
respostas quanto à interação com microrganismos naturais. 
 Para caracterização da goma xantana comercial realizou-se 
as análises descritas nas etapas descritas nas seções a seguir. 
 
A. Obtenção da goma xantana comercial 
 
A goma xantana em pó utilizada neste estudo foi cedida por 
empresa anônima que utiliza este produto em modelagens de 
fluido de perfuração com alto desempenho, viscosidade e 
perfil pseudoplástico em atividade de perfuração de poços de 
petróleo. 
 
 
B. Preparo da Solução e Teste de Molhabilidade 
 
Para teste de mixabilidade, após prévia limpeza da bancada, 
com auxílio de uma proveta graduada e calibrada transferiu-se 
1 litro de água destilada para um béquer. Em balança analítica 
digital Edutec (modelo A. Cientifica), fez-se a pesagem de 25 
gramas de goma xantana em pó (Figura 3), utilizando espátula 
e vidro de relógio. 
 
Figura 3: Goma xantana em pó (Autoria própria) 
 
 
O béquer foi colocado sob a hélice do equipamento mixer 
single FANN Hamilton Beach (modelo D-300) (Figura 4-A) e 
iniciou-se a rotação que foi aumentada gradualmente até 100 
rpm. A goma em pó foi adicionada ao centro do vórtex com 
auxílio de uma espátula, com cuidado para evitar a formação 
de grumos. A rotação foi aumentada à medida que a solução 
adquiria viscosidade. Ao findar da adição do produto, deixou-
se homogeneizar a 500 rpm por 15 minutos [12] [13]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4: Preparo da solução 25g/L (A) e solução após período de 
mixabilidade (B) (Autoria própria) 
 
C. Determinação do pH 
 
 Após preparo da solução, conforme item anterior, foi então 
transferido o volume de 100 mL para um béquer previamente 
limpo e então se realizou a leitura do pH. O pHmetro (da 
marca ALPAX (modelo digital microprocessado)) foi 
calibrado com as soluções tampão nos pHs 4 e 7. Na sequência 
o eletrodo foi inserido na solução de goma xantana para leitura 
do pH e os dados foram registrados (Figura 5). [14]. 
 
(A) (B) 
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Figura 5: Aparato utilizado na medida do pH: (A) Equipamento ALPAX e 
béquer contendo a solução aquosa de goma xantana comercial (B) (Autoria 
própria) 
 
 
D. Avaliação do Comportamento Reológico 
 
Para desenho do perfil reológico, após o preparo e 
homogeneização da solução (25g/L), transferiu-se o material 
para o copo do equipamento Viscosímetro FANN (modelo 
35A) (Figura 06) até o traço de referência do copo 
(aproximadamente 150 mL). Elevou-se então o copo até que o 
traço de referência do cilindro rotativo coincida com o nível 
do fluido e fixou-se nessa posição. 
Foram inseridas as rotações: 600, 300, 200 100, 6 e 3 rpm 
(rotações por minuto) e realizadas as leituras da deflexão da 
mola no visor (L600, L300, L200, L100, L6 e L3) [8] [15] 
[16]. 
 
 
 
Figura 6: Equipamento FANN 35 A (Autoria própria). 
E. Caracterização Estrutural por Espectroscopia 
na Região do Infravermelho 
 
Com auxílio de um espectrofotômetro Bomem-Michelson 
102, na região de 4000-300 cm-1, com número médio de 
varreduras de 50 e resolução de 4 cm-1, empregando-se como 
suporte pastilhas de KBr na proporção 1:100 mg de amostra, 
foi feita a caracterização estrutural da goma xantana comercial 
[17] [18]. 
 
F. Teste de BiodegradaçãoPara análise da interação biológica por biodegração da 
solução preparada com o biopolímero (goma xantana) e 
microrganismos do ambiente [19], volumes iguais da solução 
25g/L foram colocados em dois béqueres. Um deles foi 
mantido coberto e o outro foi deixado exposto por 13 dias à 
temperatura ambiente (≈25°C – 30°C). 
 
III. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
A solução aquosa de goma xantana apresentou pH de 5,3 a 
25°C. As propriedades reológicas da solução preparada com o 
biopolímero devem ser estáveis numa ampla faixa de pH pois 
com isso mantem-se sua característica tixotrópica e seu 
desempenho em aplicações biotecnológicas, como em fluidos 
de perfuração de poços de petróleo [14] [21]. 
Durante o teste de molhabilidade, foi possível observar um 
aumento da viscosidade à medida que ocorria a interação entre 
a goma e as moléculas de água associado à força cisalhante do 
mixer [1] [4] [9]. 
Durante o processo realizou-se uma análise técnico-visual 
do comportamento de escoamento e fluidez da solução, a 
partir da hidratação da goma e pelas forças de cisalhamento 
atuantes no qual pode-se observar seu perfil tixotrópico onde a 
medida de que a força cisalhante era retirada a solução se 
mostrava com alta viscosidade e quando a força novamente era 
inserida, com a quebra das ligações intermoleculares, se 
mostrando num estado fluido com maior escoamento (Figura 
4-B). 
As leituras obtidas durante análise em viscosímetro FANN 
35 A, foram: L600: 76cP; L300: 98cP; L200: 102cP; L100: 
150 cP; L6: 280 cP e L3: >300. *Consideração: 1 cP = 1 
mPa.s 
O gráfico (Figura 7) evidencia o comportamento tixotrópico 
da solução preparada, demonstrando suas características de um 
fluido não-Newtoniano, para o qual a taxa de cisalhamento é 
inversamente proporcional à viscosidade aparente. 
 
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Figura 7: Taxa de cisalhamento versus viscosidade aparente em solução 
25g/L de goma xantana (Autoria própria). 
 
 
Confirmando a literatura descrita por BRANDÃO [8] em 
que à medida que forças de cisalhamento são aplicadas, as 
ligações de hidrogênio entre as moléculas de xantana se 
desfazem, tornando a solução mais líquida. E quando essas 
forças são retiradas, as ligações se refazem, reestabelecendo 
assim sua pseudoplastia (Figura 8). 
 
 
 
Figura 8: Esquema do efeito da taxa de cisalhamento na rede do biopolímero 
goma xantana [20] 
 
O espectro de IV (Figura 9) mostra uma banda alargada 
(3000 a 3700 cm-1) característica da deformação axial de 
grupos hidroxila, -OH, e devido a interação da ligação de 
hidrogênio sofrida por álcoois e fenóis. A deformação axial da 
ligação C-H e -CHO é atribuída à região de 3000 a 2770 cm-1, 
as carbonilas, C=O, dos ésteres e ácidos são atribuídas em 
1732 cm-1, e a banda com máximo em 1416 cm-1 é 
característica de deformação axial de C=O de enóis (β-
dicetonas). 
Comparando o espectro de IV obtido neste trabalho com 
aquele realizado por L. Su et al (2006) [20] , os valores e 
formato dos picos apresentam similaridade. 
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
C=O de enois (β-dicetonas
 
 Número de onda (cm
-1
)
-OH
-CH
-CHO
C=O
Ácidos carboxilicos
 
 
Figura 9: Caracterização estrutural por espectroscopia na região do 
infravermelho em pastilhas de KBr (Autoria própria) 
 
 
Para análise de biodegradação à temperatura ambiente 
(≈25°C – 30°C), observou-se que em ambos experimentos, 
como cobertura por plástico ou sem a cobertura, houve a 
formação de uma camada esbranquiçada espessa e a presença 
de duas espécies de fungos filamentosos (Figura 10-A e 10-B), 
sem diferenças biológicas significativas e alteração em suas 
propriedades pseudoplásticas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 10: Teste de biodegradação na solução preparada de goma xantana 25 
g/mL, submetida ao contato com ambiente por 13 dias à (≈25°C – 30°C), 
cobertura por plástico (A) ou sem a cobertura (B) apresentando fungos 
filamentosos (Autoria própria) 
 
IV. CONSIDERAÇÕES FINAIS 
 
 A partir do preparo da solução de 25g/L (goma xantana 
comercial/água destilada) foi possível realizar o teste de 
molhabilidade, análise de pH, desenho do perfil reológico e 
teste de biodegradação do biopolímero por microrganismos do 
ambiente. 
Para a Espectroscopia IV foi utilizada uma pequena porção 
da amostra em estado original do produto em pastilha de KBr. 
Os resultados das análises realizadas da goma xantana 
comercial são concordantes e tem boa correlação com os 
(A) (B) 
COSTA, S. N. O.; PINHO. A. S.; SANTOS, E. D. A./ Revista de Engenharias da Faculdade Salesiana n.10 (2019) pp. 25-30 
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dados da literatura, podendo então, ser usado como parâmetros 
comparativos para a goma a ser produzida em laboratório, a 
partir de um novo substrato. 
 
AGRADECIMENTOS 
 
À equipe técnica do Laboratório de Química da Faculdade Salesiana Maria 
Auxiliadora, pelo apoio e suporte; 
À equipe do Laboratório de Engenharia de Exploração e Produção de Petróleo 
da Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro, pela análise e 
desenho no comportamento reológico do fluido; 
À equipe do Laboratório de Química da Universidade Federal do Rio de 
janeiro, pela análise de Espectroscopia IV; 
À Coordenação de Pesquisa e Extensão da Faculdade Salesiana Maria 
Auxiliadora pelo Programa de Iniciação Cientifica em que este projeto foi 
submetido conforme edital. 
 
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