Chitosan nanoparticles formation and application on the de-emulsification of dairy wastes : Formação de nanopartículas de quitosana e aplicação na de-emulsificação de efluentes de laticínios

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Lopes, Isadora de Souza, 1988-
Data de Publicação: 2018
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/20.500.12733/1634516
Resumo: Orientadores: Carolina Siqueira Franco Picone, Rosiane Lopes da Cunha
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Geralmente, os lipídios nos resíduos são emulsionados e a sua separação química pode ser induzida pela adição de agentes de-emulsificantes como uma alternativa aos tratamentos convencionais. A quitosana é um biopolímero catiônico que pode adsorver a interfaces negativamente carregadas de emulsões óleo / água formando complexos e consequentemente à desestabilização de emulsões. Assim, a quitosana surge como uma alternativa aos processos convencionais de tratamento de resíduos oleosos. A estruturação em nanoescala desses complexos pode melhorar seu uso como de-emulsificante, uma vez que partículas menores são adsorvidas mais facilmente na interface da emulsão. Desta forma, este trabalho foi dividido em duas etapas. Produção de oligômeros de quitosana por meio de hidrólise enzimática. Nesta etapa, as alterações na molécula de quitosana devido à hidrólise foram determinadas pelo tamanho, densidade de carga superficial, grau de desacetilação, índice de cristalinidade e medidas de tensão interfacial. A hidrólise levou à redução do tamanho da quitosana e da densidade de carga superficial. Tanto a desacetilação quanto o índice de cristalinidade foram menores para as nanopartículas de quitosana em comparação com a quitosana. Além disso, a formação do complexo eletrostático (PECs) entre quitosana e isolado de proteína de soro de leite e entre oligômeros de quitosana e isolado de proteína de soro foram avaliados. A influência dos PECs na tensão interfacial também foi estudada. Os PECs promoveram uma melhora na tensão interfacial em relação aos polímeros puros, sendo que os PECs positivos apresentaram a menor tensão interfacial. Na segunda etapa, a quitosana e suas nanopartículas foram aplicadas em uma emulsão modelo óleo / água para estudo do processo de desestabilização de emulsões. O modelo da emulsão baseou-se na composição de resíduos lácteos e, portanto, o isolado proteico de soro foi utilizado como emulsionante. Técnicas de microscopia ótica e eletrônica foram realizadas para elucidar o mecanismo de desestabilização da emulsão por quitosana. A adição de quitosana e oligômeros às emulsões levou a uma fase aquosa clara comparada a emulsão controle (sem quitosana ou oligômeros). Assim, a análise de cor e a determinação da demanda química de oxigênio (DQO) foram realizadas na fase aquosa de todas as emulsões. Emulsões adicionadas de oligômeros tiveram os maiores valores de L * e os menores valores de DQO. O oposto foi observado no controle de emulsão. A concentração e o tamanho da quitosana influenciaram a desestabilização das emulsões. Emulsões com menores concentrações de oligômeros apresentaram o maior índice de separação de água. Este trabalho mostrou que a adição de quitosana e / ou seus oligômeros a emulsões não levou à coalescência de gotículas de óleo. No entanto, a adição de quitosana e / ou oligômeros promoveu desestabilização e separação da fase aquosa da emulsão. Além disso, a associação entre quitosana e / ou seus oligômeros e o isolado de proteína de soro resultou em redução da DQO das fases aquosas da emulsão. Desta forma, a adição de quitosana e seus oligômeros pode ser uma alternativa aos tratamentos convencionais de resíduos de laticíniosAbstract: Wastes containing lipids are generated by the petrochemical and dairy industries, tanneries and slaughterhouses. The removal of these lipids is usually done by grease boxes or by floats with dissolved air. This commonly generates another type of waste: the chemical sludge, which needs proper disposal. Generally, lipids in wastes are emulsified and their chemical separation may be induced by the addition of de-emulsifying agents as an alternative to the conventional treatments. Chitosan is a cationic biopolymer that can adsorb to negatively charged interfaces of oil / water emulsions forming complexes and leading to emulsions destabilization, emerging as an alternative to conventional oily waste treatment processes. The nano-scale structuring of these complexes can enhance its use as de-emulsifier, since smaller particles can adsorb more easily onto the interface of the emulsion. In this way, this work was divided into two parts. Production of chitosan oligomers through enzymatic hydrolysis. On this step, changes on chitosan molecule due to hydrolysis were determined by size, surface charge density, degree of deacetylation, crystallinity index and interfacial tension measurements. The hydrolysis led to the reduction of both chitosan size and surface charge density. Both deacetylation degree and crystallinity index was lower for chitosan nanoparticles comparing to chitosan. In addition, the electrostatic complex (PECs) formation between chitosan and whey protein isolate and between chitosan oligomers and whey protein isolate were evaluated. Also, the influence of these PECs on interfacial tension was studied. PECs promoted an improvement in the interfacial tension in relation to the pure polymers. The positive PECs showed the lowest interfacial tension. Application of chitosan and its nanoparticles in an oil / water model emulsion to study the emulsion destabilization process. The emulsion model was based on the dairy waste composition and therefore whey protein isolate was used as emulsifier. Water separation index, optical and electron microscopy techniques were performed to elucidate the emulsion destabilization mechanism by chitosan. Chitosan and oligomers addition to emulsions led to a clear aqueous phase comparing to control emulsion (without chitosan or oligomers). Thus, color analysis and determination of chemical oxygen demand (COD) were performed in the aqueous phase of all emulsions. Emulsions added of oligomers had the highest L* values and the lowest COD values. The opposite was observed on control emulsion. The concentration and size of chitosan influenced the destabilization of emulsions. Emulsions with lower concentrations of oligomers presented the highest water separation index. This study showed that the addition of chitosan and / or its oligomers to emulsions did not lead to oil droplets coalescence. However, the chitosan and / or oligomers addition promoted emulsion destabilization and separation of the aqueous phase. In addition, the association between chitosan and / or its oligomers and whey protein isolate resulted in COD reduction of the emulsion aqueous phases. In this way, the addition of chitosan and its oligomers may be an alternative to conventional dairy waste treatmentsMestradoAmbienteMestra em TecnologiaCNPQ443487/2014-6[s.n.]Picone, Carolina Siqueira Franco, 1983-Cunha, Rosiane Lopes da, 1967-Michelon, MarianoPozza, Simone AndréaUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de TecnologiaPrograma de Pós-Graduação em TecnologiaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASLopes, Isadora de Souza, 1988-20182018-07-06T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (76 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1634516LOPES, Isadora de Souza. Chitosan nanoparticles formation and application on the de-emulsification of dairy wastes: Formação de nanopartículas de quitosana e aplicação na de-emulsificação de efluentes de laticínios. 2018. 1 recurso online (76 p.) 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