Caracterização de fibroína de seda em hidrólise alcalina : um estudo para viabilizar a produção em larga escala

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Queiroz, Cinthia Silva, 1993-
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/20520
Resumo: Orientador: Marisa Masumi Beppu
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spelling Caracterização de fibroína de seda em hidrólise alcalina : um estudo para viabilizar a produção em larga escalaCharacterization of silk fibroin in alkaline hydrolysis : a study to enable large-scale productionFibroínasHidrólise alcalinaBicho-da-sedaDessalinizaçãoProteínasSilk fibroinAlkaline hydrolysisSilkwormDesalinationProteinsOrientador: Marisa Masumi BeppuDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuímicaResumo: A fibroína de seda é uma proteína amplamente estudada com potencial aplicação no campo biomédico devido às suas propriedades de biocompatibilidade, biodegradabilidade, boa resistência mecânica e alta resistência térmica, sendo considerada um dos únicos polímeros capazes de serem autoclavados. No entanto, seu processamento em larga escala na indústria é dificultado devido às etapas laboriosas envolvidas, que são viáveis apenas em escala de bancada. Sendo uma proteína insolúvel em água, a fibroína de seda utiliza a solubilização em uma mistura ternária, geralmente composta por cloreto de cálcio, etanol e água, para o processamento. No entanto, devido à presença do cloreto de cálcio, faz-se necessário remover os sais residuais da amostra final. O processo mais utilizado para essa remoção é a diálise, um processo viável em escala de bancada, mas dificultado em escala industrial devido à lenta cinética e às grandes quantidades de materiais e logísticas envolvidas. Diante desse cenário, o objetivo da pesquisa é estudar e propor métodos alternativos mais viáveis em larga escala para processar a fibroína de seda e explorar os processos menos estudados na literatura para a produção de biomateriais à base de seda. Para alcançar esse objetivo, realizou-se inicialmente um estudo da sericina para avaliar sua influência quando combinada com a fibroína de seda. Para investigar a sericina, os casulos foram processados com e sem a extração prévia da sericina, a fim de estabelecer uma comparação relevante. As etapas executadas envolveram a moagem dos casulos, seguida pela hidrólise alcalina com hidróxido de sódio em quatro concentrações distintas e duas temperaturas diferentes. Posteriormente, ajustou-se o pH das soluções com ácido clorídrico, e por fim, procedeu-se à caracterização das amostras. As análises abrangeram a avaliação da estrutura cristalina, das propriedades térmicas, da composição química, da massa molar, da morfologia e da quantificação de íons cloreto. Os resultados dessas análises foram posteriormente interpretados à luz dos potenciais aplicações do material. O estudo da influência da sericina nas propriedades da fibroína de seda não evidenciou mudanças significativas nas amostras, seja com ou sem a presença da sericina, justificando a viabilidade da remoção da etapa de degomagem da sericina como parte integrante do processo. Os resultados do processamento dos casulos demonstraram que a temperatura que as fibras foram submetidas no processo de hidrólise teve maior influência do que a variação de concentração das soluções, principalmente na morfologia das amostras. Contudo, a estabilidade térmica, estrutura e composição química não tiveram mudanças significativas com as variações de concentrações e temperaturas da hidrolise. Em suma, o processo mostrou-se eficiente para eliminar as etapas laboriosas do processamento da fibroína de seda reduzindo o consumo de materiais, o tempo de processamento, principalmente para as hidrólises nas condições de maior temperatura, além de remover as etapas de tratamento de resíduos associados à extração da sericina e à diáliseAbstract: Silk fibroin is an extensively researched protein with significant potential applications in the biomedical field due to its biocompatibility, biodegradability, good mechanical strength, and high thermal resistance properties, being considered one of the few polymers capable of autoclaving. Nevertheless, its large-scale industrial processing poses challenges due to the intricate steps involved, which are typically feasible only at the laboratory scale. Given its water-insolubility, silk fibroin relies on solubilization within a ternary mixture, typically composed of calcium chloride, ethanol, and water. However, the presence of calcium chloride requires the removal of residual salts from the final sample. The prevailing method for this removal is dialysis, an effective approach at the laboratory scale but complex at an industrial scale due to slow kinetics, substantial quantities of materials and the logistics required. Considering this context, the primary objective of this study is to investigate and propose feasible large-scale alternative methods for silk fibroin processing and explore alternatives processes in the literature to produce silk- based biomaterials. To accomplish this goal, an initial study of sericin was conducted to assess its impact when combined with silk fibroin. To investigate sericin, cocoons were processed both with and without prior sericin extraction, facilitating a meaningful comparison. The procedural steps included cocoon grinding, followed by alkaline hydrolysis using sodium hydroxide at four distinct concentrations and two different temperatures. Subsequently, the pH of the solutions was adjusted with hydrochloric acid, and finally, the samples were characterized. The analyses encompassed the evaluation of crystalline structure, thermal properties, chemical composition, molecular weight, morphology, and chloride ion quantification. The results of these analyses were subsequently interpreted in the context of the material's potential applications. The study of sericin did not reveal substantial alterations in the samples, whether sericin was present or not, justifying the viability of eliminating the sericin degumming step as an integral part of the process. The results of cocoon processing demonstrated that temperature exerted a more pronounced influence than concentration variation, especially on sample morphology. Nonetheless, thermal stability, structure, and chemical composition exhibited no significant changes with differences in hydrolysis concentrations and temperatures. In summary, the process proved efficient in eliminating the labor-intensive steps of silk fibroin processing, reducing material consumption, processing time, especially at the higher-temperature conditions, and removing the waste treatment steps associated with sericin extraction and dialysisAbertoMestradoEngenharia QuímicaMestra em Engenharia QuímicaCAPES88887.685091/2022-00CNPQ135816/2019-0[s.n.]Beppu, Marisa MasumiPolakiewicz, BronislawBarud, Hernane da SilvaUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia QuímicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASQueiroz, Cinthia Silva, 1993-20232023-10-27T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (99 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/20520QUEIROZ, Cinthia Silva. Caracterização de fibroína de seda em hidrólise alcalina: um estudo para viabilizar a produção em larga escala. 2023. 1 recurso online (99 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/20520. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1397046Cover: https://repositorio.unicamp.br/capa/capa?codigo=1397046Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2024-08-28T13:14:08Zoai::1397046Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2024-08-28T13:14:08Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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