01 - Doutorado - Biotecnologia

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Aproveitamento de resíduos lignocelulósicos da agroindústria pela combinação de processos físicos e químicos
Debiagi, Flávia; Oliveira, Suzana Mali de [Orientador]; Carvalho, Gizilene Maria de; Grossmann, Maria Victória Eiras; Faria-Tischer, Paula Cristina de Sousa; Rocha, Thaís de Souza
Resumo: O presente trabalho teve como objetivo geral promover o aproveitamento de resíduos da agroindústria (casca de soja, casca de aveia e farelo de trigo) empregando-se a combinação de processos físicos e químicos, visando a produção de celulose nanofibrilada via extrusão reativa, assim como, o estudo do emprego da explosão a vapor e ultrassonicação como processos de pré-tratamento dos resíduos com vistas à extração de açúcares fermentescíveis Para a produção de celulose nanofibrilada (NFC), a casca de aveia (OH) e a casca de soja (SH) foram submetidas ao processo de extrusão reativa, combinada ou não ao branqueamento com ácido peracético Posteriormente, a casca de aveia in natura e a NFC obtida da OH foram impregnadas com nanopartículas de prata biológicas (bio-NPAg) e avaliou-se a sua atividade antibacteriana frente à bactéria Escherichia Coli Para OH e SH, o emprego da extrusão reativa combinada ou não ao branqueamento resultaram em NFC com diâmetros na escala nanométrica e comprimento de vários micrômetros Independente do resíduo, as amostras de NFC produzidas nesse trabalho apresentraram elevados teores de celulose (> 87 %), maior cristalinidade e estabilidade térmica que os resíduos in natura Além disso, foi possível observar que as suspensões de NFC obtidas a partir da OH e SH apresentaram-se estáveis e sem a presença de sedimentação quando estocadas em temperatura ambiente por 24 h Entretanto, somente quando empregada a OH foi possível observar a presença de um material homogêneo, formado apenas de NFC Apenas a casca de aveia in natura impregnada com bio-NPAg apresentou atividade antimicrobiana frente a bactéria Ecoli Para o estudo do pré-tratamento dos resíduos, a casca de aveia (OH) e farelo de trigo (WB) foram submetidos ao processo de explosão a vapor ou ultrassonicação, combinados a diferentes reagentes (H2SO4, NaOH ou água destilada) Em relação ao pré-tratamento dos resíduos, o processo mais efetivo foi o que empregou a explosão a vapor na presença de H2SO4, tanto para WB quanto para OH Além disso, observou-se um aumento no conteúdo de celulose e decréscimo no de lignina e hemiceluloses para ambos os resíduos (OH e WB) Os processos empregados nesse trabalho, tanto para a produção de NFC, quanto para o pré-tratamento dos resíduos, mostraram-se efetivos, com a vantagem de reduzir os tempos de processo e por gerar uma menor quantidade de efluentes quando comparados aos processos convencionais de obtenção de NFC e pré-tratamentos químicos
Biocompósitos obtidos a partir de polímeros biodegradáveis e resíduos lignocelulósicos.
(2023-09-01) Pereira, Jéssica Fernanda; Oliveira, Suzana Mali de; Colodi, Franciely Grose; Montovan, Janaina; Carvalho, Gizilene Maria de; Shirai, Marianne Ayumi
A pesquisa e desenvolvimento de novos produtos biodegradáveis e provindos de fonte renovável tem aumentado nos últimos anos atendendo à uma tendência de mercado, tanto em função da maior compreensão dos consumidores em relação à procedência das matérias-primas, como dos processos empregados na sua manufatura. Com base nisso, novas estratégias tecnológicas têm sido utilizadas no desenvolvimento de novos produtos e processos que resultem em menores impactos ambientais. No presente trabalho, o objetivo geral foi produzir e caracterizar biocompósitos na forma de hidrogéis (filmes) a partir de misturas de gelatina, celulose extraída da casca de aveia, e goma xantana, assim como, filmes à base de poli (3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) (PHBV), poli (adipato-co-tereftalato de butileno) (PBAT), e fibras de cânhamo, com vistas à sua aplicação na área cosmética e de alimentos, respectivamente. Com base nisto, a primeira etapa do presente estudo consistiu na produção e caracterização dos hidrogéis. Inicialmente, a celulose da casca de aveia foi extraída utilizando o ácido peracético como agente de deslignificação, e os ácidos cítrico e succínico foram empregados para modificação da celulose como agentes esterificantes em diferentes concentrações (0, 5, 12,5 e 20%) empregando-se o processo de extrusão reativa. Os resultados mostraram que a esterificação ocorreu em todas as amostras para ambos os ácidos, e que as amostras modificadas apresentaram maior hidrofobicidade, porém não sofreram alteração quanto à sua estrutura morfológica ou padrão de cristalinidade. Este estudo mostrou ser possível modificar a celulose através da reação com ácidos orgânicos utilizando um processo simples e ecologicamente correto baseado na extrusão reativa, que possui baixa geração de efluentes, tempos de reação curtos, e é escalonável para larga escala. Em seguida, amostras de celulose nativa e modificada foram empregadas como reforço em matrizes de gelatina e goma xantana para obtenção de hidrogéis na forma de filmes pelos processos de extrusão reativa e termoprensagem. A estratégia empregada neste estudo para obter os hidrogéis foi eficaz, resultando em materiais com propriedades promissoras para serem usados como formas farmacêuticas em potencial para liberação de compostos ativos em produtos cosméticos. A goma xantana atuou como um agente de reticulação alternativo na formação da matriz polimérica, resultando em hidrogéis que apresentaram intumescimento dependente do pH, e os maiores valores foram obtidos em pH 4, variando de 5,3 a 7,9 g/g. A celulose nativa ou modificada atuou como agente de reforço para os hidrogéis, aumentando a estabilidade térmica e a resistência à tração dos filmes quando empregada no nível mais alto (7%). Maior teor de celulose também resultou em maior capacidade de adsorção de água e permeabilidade ao vapor de água dos hidrogéis. Na segunda etapa, fibras de cânhamo (Cannabis sativa) foram caracterizadas quanto ao seu teor de proteínas, lipídios, umidade e lignina, e foram utilizadas na produção de filmes biodegradáveis a partir de misturas contendo diferentes concentrações de PHBV e PBAT, com a adição de cera de abelha ou de carnaúba. Os filmes foram produzidos por extrusão e termoprensagem, e foram caracterizados por suas propriedades mecânicas, ângulo de contato, MEV e permeabilidade ao vapor de água. A incorporação das fibras de cânhamo resultou em filmes com maior permeabilidade ao vapor de água e menor resistência mecânica em comparação aos materiais sem adição das fibras. Os filmes com a adição das ceras apresentaram propriedades mecânicas semelhantes às dos filmes preparados sem a cera, mas exibiram ângulo de contato significativamente maior (89º), e ainda, menor permeabilidade ao vapor de água, indicativo de sua maior hidrofobicidade. De forma geral, nas duas etapas deste estudo, tanto a celulose nativa ou modificada extraída da casca de aveia, como as fibras de cânhamo, resultaram em reforço das matrizes poliméricas obtidas, assim como, os processos empregados se mostraram adequados para a produção dos biocompósitos obtidos, que podem ser considerados como alternativas em potencial para a aplicação nos setores cosméticos e de alimentos.
Hidrogéis biopoliméricos obtidos por extrusão reativa para aplicação agrícola
(2022-02-23) Marim, Beatriz Marjorie; Oliveira, Suzana Mali de; Oliveira, André Luiz Martinez de; Debiagi, Flavia; Carvalho, Fabíola Azanha de; Carvalho, Gizilene Maria de
Hidrogéis são classificados como estruturas tridimensionais constituídas por polímeros reticulados que têm a capacidade de absorver e liberar, controladamente, grandes quantidades de água, nutrientes e substâncias iônicas, sem se dissolver. O presente trabalho teve como objetivo desenvolver hidrogéis à base de misturas biopoliméricas de amido de mandioca, celulose e gelatina para aplicações agrícolas como agentes de retenção de água. Inicialmente, o amido de mandioca foi modificado quimicamente via extrusão reativa utilizando-se o ácido cítrico (CA) e o ácido tartárico (TA) como agentes reticulantes. A celulose extraída da casca de aveia foi modificada via extrusão reativa, trimetafosfato de sódio (STMP) e ácido tartárico (TA) foram empregados como agentes reticulantes. Foram produzidos hidrogéis a partir das misturas de amido modificado, celulose modificada e gelatina. O processo de extrusão reativa foi eficaz na modificação química do amido e da celulose. Os resultados confirmaram a modificação química das cadeias poliméricas através do aparecimento de uma nova banda nos espectros de FTIR em 1730 cm-1 associada aos grupos carbonila das ligações ésteres formados para os amidos modificados com CA e TA em diferentes concentrações (2,5 a 20 g ácido/100 g amido). Foram obtidos amidos modificados com graus de substituição entre 0,023 a 0,365. A difração de raios-X indicou que a extrusão reativa resultou no desaparecimento de picos de difração do amido nativo, as amostras do amido reticulado apresentaram índices de cristalinidade variando de 8 a 11%. A análise morfológica mostrou que a estrutura granular do amido original foi perdida e substituída por uma estrutura mais áspera e irregular. A capacidade de retenção de água e a solubilidade dos amidos modificados obtidos por extrusão reativa foram superiores às do amido nativo e da amostra de controle (extrusadas sem os agentes de reticulação). No caso da celulose, o processo de extrusão reativa para reticulação com TA e STMP também foi eficaz, e os resultados confirmaram a modificação das cadeias poliméricas através do aparecimento de uma nova banda em 1735 cm-1, associada aos grupos carbonila das ligações ésteres que foram formadas nas amostras modificadas com TA. A modificação da celulose por extrusão reativa não alterou a morfologia e a cristalinidade das amostras. Os índices de cristalinidade (IC) variam de 42 a 33%, e as amostras modificadas apresentaram maior afinidade por solventes não polares em testes de molhabilidade, também confirmando a reticulação com TA e STMP. Quando foram produzidos pellets de hidrogel com a mistura de celulose, amido e gelatina, foi obtido um material poroso, com capacidade de retenção de água em diferentes pHs acima de 530%. Este estudo mostrou que a extrusão reativa foi eficiente tanto para a modificação do amido e da celulose, quanto na produção de hidrogéis no formato de pellets para serem empregados na agricultura como retentores de água, com as vantagens de simplicidade, baixa geração de efluentes, tempos de reação curtos e fácil adaptação para escala industrial.
Revestimentos biodegradáveis para aplicação em sementes de milho
Vercelheze, Ana Elisa Stefani; Oliveira, Suzana Mali de [Orientador]; Bilck, Ana Paula; Carvalho, Gizilene Maria de; Gonçalves, Leandro Simões Azeredo; Garcia, Patrícia Salomão; Oliveira, André Luiz M. de [Coorientador]
Resumo: O emprego de sementes de alta qualidade influencia diretamente na produtividade agrícola, e dentre as alternativas disponíveis para o tratamento de sementes, o uso de revestimentos com polímeros biodegradáveis é uma técnica muito promissora, pois fornece proteção às sementes contra agentes externos além de serem atóxicos O presente trabalho teve como objetivo geral produzir revestimentos biodegradáveis elaborados com amido de mandioca, gelatina e álcool polivinílico para a aplicação em sementes de milho e caracterizá-los quanto as suas propriedades físico-químicas, mecânicas, microestrutura e comportamento agronômico Os revestimentos foram elaborados utilizando delineamento de misturas ternárias simplex-centróide composto por 1 experimentos Em uma primeira etapa foram produzidos filmes empregando-se a técnica de casting, com diferentes proporções de amido ( – 3, g/1 g formulação), gelatina ( – 3, g/1 g formulação) e álcool polivinílico ( - 3, g/1 g formulação), com a concentração de glicerol fixada em 2 g/1g polímero e de nanoargilas sódica não modificada em ,2 g/1 g de polímero Os filmes obtidos neste trabalho tiveram a aparência de um plástico transparente, além de se apresentaram contínuos, homogêneos e com bom aspecto visual, com espessura variando entre ,11 e ,13 mm Os filmes elaborados com os polímeros puros apresentaram os maiores valores de capacidade de absorção de água, solubilidade e permeabilidade ao vapor de água, e as misturas ternárias (contendo os três polímeros em mistura) foram as que apresentaram os menores valores para estas propriedades Os espectros de FT-IR dos filmes produzidos neste trabalho com os polímeros puros apresentaram as suas respectivas bandas características com maior intensidade que nas misturas binárias e ternárias Em seguida, as mesmas formulações estudadas para o preparo dos filmes foram empregadas para o revestimento de dois genótipos de sementes de milho O processo de revestimento estabelecido neste estudo foi eficiente, pois a maioria das sementes revestidas apresentaram-se contínuas, homogêneas e com boa manuseabilidade Somente as sementes revestidas com a mistura binária de amido e álcool polivinílico (AM15AP15) apresentaram-se deficientes quanto a esses parâmetros A massa média da semente controle (sem revestimento) foi de ,211 g e a massa média das sementes revestidas variou entre ,21 e ,3 g e os resultados de densidade das sementes sem revestimentos foi de ,741 g/cm3 e das sementes revestidas variou de ,653 a ,74 g/cm3, podendo observar que os revestimentos empregados não afetaram os parâmetros de massa e densidade das sementes As formulações empregadas como revestimentos nas sementes de milho não interferiram no processo de germinação Ao contrário, as formulações AM3 (amido puro), GL3 (gelatina pura), AP3 (álcool polivinílico puro) e AM15GL15 (mistura binária amido e gelatina) favoreceram o processo de germinação, com porcentagens de germinação de 9, 9, 89 e 91 %, respectivamente, quando comparadas com a amostra Controle que apresentou porcentagem de 86 % para o genótipo 2B5874X da Dow Agro Sciences Resultados semelhantes foram encontrados para os genótipos de milho P3F53H da Dupont Diante dos resultados obtidos, a amostra AM15GL15, mistura binária entre amido e gelatina, foi selecionada para dar continuidade ao trabalho com a inoculação de uma suspensão bacteriana contendo uma concentração de 16 – 19 células de A brasilense Ab-V5 Ao final de 15 dias, foi possível observar que o revestimento promoveu incremento na viabilidade do microrganismo, se mostrando como uma alternativa para a veiculação deste microrganismo, considerado uma bactéria promotora do crescimento vegetal Foi possível o desenvolvimento de formulações para o recobrimento de sementes de interesse agrícola, como as sementes de milho empregadas nesse estudo, utilizando materiais biodegradáveis, atóxicos, de grande disponibilidade e baixo custo, que no geral não afetaram o processo de germinação das sementes, podendo ainda ser carreadores de nutrientes e promotores de crescimento para a planta, visando uma maior produtividade agrícola sem causar danos ao ecossistema

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