dissertação
Produção por processamento físico e caracterização de nanomateriais funcionais a partir de celulose bacteriana biossintetizada por SCOBY para aplicações biotecnológicas
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Universidade Federal de Lavras
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Instituto de Ciências Naturais (ICN)
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Programa de Pós-Graduação
Programa de Pós-Graduação em Microbiologia Agrícola
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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
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Sociais
Tecnológico
Econômicos
Tecnológico
Econômicos
Áreas Temáticas da Extensão
Meio ambiente
Tecnologia e produção
Trabalho
Tecnologia e produção
Trabalho
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
ODS 8: Trabalho decente e crescimento econômico
ODS 12: Consumo e produção responsáveis
ODS 14: Vida na água
ODS 12: Consumo e produção responsáveis
ODS 14: Vida na água
Dados abertos
Resumo
A celulose bacteriana (CB) é um biopolímero natural de alta pureza, produzido por bactérias acéticas presentes em consórcios simbióticos com leveduras (SCOBY – Symbiotic Culture of Bacteria and Yeast), destacando-se por suas propriedades estruturais e potencial para aplicações biotecnológicas. Este trabalho teve como objetivo a obtenção e caracterização de materiais derivados de nanocelulose a partir de CB produzida por fermentação estática de chá verde adoçado, seguida de purificação alcalina (NaOH 1 mol L⁻¹) e branqueamento oxidativo com hipoclorito de sódio. A CB purificada foi submetida a processamento físico intensificado, incluindo desagregação mecânica (ultraturrax), ultrassonicação e secagem por atomização (spray dryer), com o intuito de produzir um material em pó com características funcionais. A caracterização foi realizada por espectroscopia no infravermelho (FTIR), espectroscopia Raman, difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise termogravimétrica (TGA). Os resultados espectroscópicos indicaram a preservação das principais ligações químicas da celulose, sem evidência de compostos não celulósicos. A análise por DRX revelou um padrão atípico, sugerindo uma reorganização estrutural com caráter semicristalino após o processamento físico. A análise morfológica por MEV evidenciou a formação de agregados com dimensões micrométricas e morfologia lamelar colapsada, indicando perda da organização nanofibrilar original e reagregação das estruturas após a secagem. Esses resultados indicam que, embora a estrutura original da CB seja nanofibrilar, o processamento físico promoveu a perda parcial da individualização nanométrica e a formação de agregados micrométricos. A análise térmica (TGA) apresentou um perfil de degradação característico de materiais celulósicos, com eventos associados à perda de água, decomposição da cadeia polimérica e formação de resíduos carbonáceos. Em conjunto, os resultados demonstram que o processamento físico aplicado promoveu alterações estruturais significativas na CB, resultando em um material reorganizado, com potencial funcional para aplicações em formulações sólidas, sistemas de liberação controlada e bioinsumos. A rota proposta apresenta potencial como alternativa sustentável para o aproveitamento de resíduos fermentativos, contribuindo para o desenvolvimento de materiais de interesse na bioeconomia.
Abstract
Bacterial cellulose (BC) is a high-purity natural biopolymer produced by acetic acid bacteria, commonly found in symbiotic consortia with yeasts (SCOBY – Symbiotic Culture of Bacteria and Yeast), and is recognized for its unique structural properties and potential for biotechnological applications. This study aimed to obtain and characterize materials derived from nanocellulose using BC produced via static fermentation of sweetened green tea, followed by alkaline purification (NaOH 1 mol L⁻¹) and oxidative bleaching with sodium hypochlorite. The purified BC was subjected to intensified physical processing, including mechanical disintegration (ultraturrax), ultrasonication, and spray drying, with the objective of producing a functional powdered material. Characterization was performed using Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), Raman spectroscopy, X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and thermogravimetric analysis (TGA). Spectroscopic analyses confirmed the preservation of the main chemical bonds of cellulose, with no evidence of noncellulosic compounds. XRD analysis revealed an atypical diffraction pattern, suggesting structural reorganization with semicrystalline characteristics induced by physical processing. SEM analysis showed the formation of micrometric aggregates with a collapsed lamellar morphology, indicating loss of the original nanofibrillar organization and reaggregation of the structures after drying. These results indicate that, although BC initially presents a nanofibrillar structure, the applied physical processing led to partial loss of nanoscale individualization and the formation of micrometric aggregates. TGA results exhibited a thermal degradation profile typical of cellulosic materials, with events associated with moisture loss, polymer chain decomposition, and formation of carbonaceous residues. Overall, the findings demonstrate that the applied physical processing significantly altered the structural organization of BC, resulting in a reorganized material with functional potential for applications in solid formulations, controlled release systems, and bioinputs. The proposed approach represents a sustainable alternative for valorizing fermentation-derived biomass, contributing to the development of materials relevant to the bioeconomy.
Descrição
Área de concentração
Biotecnologia de microrganismos aplicada à agropecuária e ao meio ambiente
Linha de pesquisa
Agência de desenvolvimento
Palavra chave
Marca
Objetivo
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Impacto da pesquisa
Resumen
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DOI
Citação
VILLALOBOS, Rufina Yuliana Sorto. Produção por processamento físico e caracterização de nanomateriais funcionais a partir de celulose bacteriana biossintetizada por SCOBY para aplicações biotecnológicas. 2026. 61 p. Dissertação (Mestrado em Microbiologia Agrícola) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2025.
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