Produção por processamento físico e caracterização de nanomateriais funcionais a partir de celulose bacteriana biossintetizada por SCOBY para aplicações biotecnológicas

dc.contributor.advisorRodrigues, Joyce Dória
dc.contributor.co-advisorBufalo, Tatiana Cardoso e
dc.contributor.refereePaiva, Aline Bastos de
dc.contributor.refereeDambroz, Caroline
dc.contributor.refereeAlves, Fabio Lucio
dc.creatorVillalobos, Rufina Yuliana Sorto
dc.creator.Latteshttps://lattes.cnpq.br/3385844028874958
dc.creator.orcidhttps://orcid.org/0009-0003-8096-0852
dc.date.accessioned2026-05-25T16:07:38Z
dc.date.issued2025-07-25
dc.description.abstractBacterial 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.
dc.description.acaoclimatica3. Produção orgânica e sustentável
dc.description.acaoclimatica7. Manejo de resíduos ou recuperação de áreas degradadas
dc.description.areastematicasdaextensaoMeio ambiente
dc.description.areastematicasdaextensaoTecnologia e produção
dc.description.areastematicasdaextensaoTrabalho
dc.description.concentrationBiotecnologia de microrganismos aplicada à agropecuária e ao meio ambiente
dc.description.odsODS 8: Trabalho decente e crescimento econômico
dc.description.odsODS 12: Consumo e produção responsáveis
dc.description.odsODS 14: Vida na água
dc.description.relatedResearchProjectDepósito de Patente, número do processo: BR 10 2026 002150 4
dc.description.resumoA 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.
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.description.tipodeimpactoSociais
dc.description.tipodeimpactoTecnológico
dc.description.tipodeimpactoEconômicos
dc.identifier.citationVILLALOBOS, 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.
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufla.br/handle/1/60791
dc.language.isopt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Lavras
dc.publisher.collegeInstituto de Ciências Naturais (ICN)
dc.publisher.countrybrasil
dc.publisher.initialsUFLA
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Microbiologia Agrícola
dc.relation.ispartofProcesso de produção de composto de nanofibras e nanocristais de celulose recobertos com nanoestruturas e usos como estabilizantes de emulsão
dc.rightsAttribution 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/
dc.subjectCelulose bacteriana
dc.subjectNanocelulose
dc.subjectSecagem por atomização
dc.subjectBiopolímero natural
dc.subjectBactérias acéticas
dc.subjectNanocelulose
dc.subjectFermentação estática
dc.subjectBacterial cellulose
dc.subjectNanocellulose
dc.subject.cnpqBiotecnologia
dc.titleProdução por processamento físico e caracterização de nanomateriais funcionais a partir de celulose bacteriana biossintetizada por SCOBY para aplicações biotecnológicas
dc.title.alternativeProduction by physical processing and characterization of functional nanomaterials from bacterial cellulose biosynthesized by SCOBY for biotechnological applications
dc.typedissertação

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