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Tipo: Tese
Título: Produção, caracterização e aplicação de nanocelulose do bagaço de caju
Autor(es): Araújo, Layanne Guedes Silva de
Orientador: Rocha, Maria Valderez Ponte
Coorientador: Rodrigues, Tigressa Helena Soares
Palavras-chave: Celulose;nanocelulose;hidrólise ácida;hidrólise enzimática;Biofilmes;Hidrólise
Data do documento: 2022
Citação: ARAÚJO, Layanne Guedes Silva de. Produção, caracterização e aplicação de nanocelulose do bagaço de caju. 2022. 121 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2022.
Resumo: A nanocelulose vem ganhando grande destaque no setor econômico e industrial pois exibe excelentes propriedades como alta resistência mecânica, alta área de superfície e biodegradabilidade. No entanto, ainda há a necessidade de explorar novos materiais e métodos mais eficientes para a preparação de nanocelulose. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho é obter nanocelulose, via hidrólise ácida e enzimática, ambas sequencial com o processo ultrassônico, usando o bagaço de caju (BC) pré-tratado, e avaliar sua aplicação na produção de biofilmes. Inicialmente, BC foi pré-tratado usando o pré-tratamento alcalino (NaOH), variando as porcentagens de BC, 5 % e 10 % m/v (denominados de BC-PTA-5 e BC-PTA-10). Também foi realizado o pré-tratamento ácido seguido de álcali usando H2SO4 e NaOH com 20 % m/v de carga inicial de bagaço de caju, sendo o BC pré-tratado nomeado de BC-PT-HA. Posteriormente, foi avaliado a obtenção de nanocelulose por hidrólise ácida (métodos I, II e III) e enzimática (métodos IV e V), variando a concentração do ácido sulfúrico, da carga enzimática e do tempo. O material resultante desses métodos foi caracterizado por Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Microscopia de Força Atômica (MFA) e Análise de Termogravimétrica (TGA). O BC-PT-HA apresentou maior teor de celulose e maior estabilidade térmica, quando comparado ao material pré-tratado por apenas álcali (BC-PTA-5 e BC-PTA-10), que por sua vez apresentou um maior teor de lignina. Os resultados comprovaram a obtenção de nanocelulose por hidrólise ácida conduzida segundo os métodos II (BC-PTA-HA) e III (BC-PTA-10) que apresentaram formato de hastes com diâmetro variando de 30 nm a 103 nm. Já com BC-PTA-5 (método III) foi obtido nanoesferas com diâmetros de 100 nm a 120 nm. Além disso, as nanoestruturas obtidas do BC-PTA-10 e BC-PTA-5 continham lignina residual e apresentaram a maior estabilidade térmica. Pelo processo de hidrólise enzimática, usando o BC-PT-HA com carga enzimática 7,5 FPU/gcelulose e 24 h de hidrólise (método IV) foi possível obter nanoesferas com diâmetros variando de 57,26 nm a 220,66 nm, a fração líquida resultante continha 1,51 g/L de glicose e rendimento igual a 175,6 mg de glicose por grama de BC-PT-HA, apresentando-se como uma possível fonte de carbono para a obtenção de produtos de interesse industrial. O material resultante da hidrólise enzimática (método IV) foi utilizado na produção de biofilmes, que possuem potencial para aplicações em embalagens de alimentos. Portanto, a partir do BC é possível obter nanocelulose, resultando em mais uma aplicação para este resíduo.
Abstract: Nanocellulose material has gained great prominence in the economic and industrial sector due it exhibits excellent properties such as high mechanical strength, high surface and biodegradability. However, there is still a need to explore new materials and more efficient methods for preparing nanocellulose. In this context, this objective of this work is obtained nanocellulose, via acid and enzymatic hydrolysis routes, both sequential with the ultrasonic process, using pretreated cashew apple bagasse (CAB), and to evaluate its application in the production of biofilms. Initially, CAB was pretreated using alkaline pretreatment (NaOH), analyzing different percentages of CAB, 5 % and 10 % w/v (denominated CAB-PTA-5 and CAB-PTA-10). Also, it was evaluated the pretreatment performed with acid followed by alkali using H2SO4 and NaOH, and 20 % w/v of initial load CAB, being the pretreated CAB named CAB-PTA-HA. Subsequently, it was evaluated the obtaining of nanocellulose by acid hydrolysis (methods II and III) and enzymatic hydrolysis (methods IV and V), varying the sulfuric acid concentration, enzyme loading, and time. The material obtained by these methods was characterized by Fourier transform infrared spectrophotometry (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), and thermogravimetric analysis (TGA). The CAB-PT-HA had a higher cellulose content when compared to CAB pretreated only with alkali (CAB-PTA-5 and CAB-PTA-10), which in turn showed a greater amount of residual lignin. CAB-PT-HA showed greater thermal stability. The results confirmed the obtaining of nanocellulose by acid hydrolysis conducted according to methods II (BC-PTA-HA) and III (BC-PTA-10), which presented the shape of rods with a diameter ranging from 30 nm to 100 nm, with BC-PTA-5 (method III) nanospheres with diameters from 100 nm to 120 nm were obtained. Furthermore, the nanostructures obtained from CAB-PTA-10 and CAB-PTA-5 contained residual lignin. By the enzymatic hydrolysis process, using BC-PT-HA with a load of 7.5 FPU/g cellulose and 24 h of hydrolysis it was possible to obtain nanospheres with diameters from 57.26 nm to 220.66 nm, and the resulting liquid fraction contained 1.51 g/L of glucose, with a yield of 175,6 mg of glucose per g of BC-PT-HA, presenting itself as a possible source of carbon to obtain products of industrial interest. The material resulting from enzymatic hydrolysis (method IV) was used in the production of biofilms, which have potential for applications in the food packing material. Therefore, from BC it was possible to obtain nanocellulose, resulting in another application for this residue.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/70047
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