Pré-tratamentos bioquímicos para isolamento de celulose nanofibrilada

• Autor(a) principal: Berto, Gabriela Leila
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97140/tde-05082021-173225/
• topic: Consumo energético; Endoglucana; Endoglucanase; Energy consumption; Enzimas hidrolíticas; Enzyme cellulose interaction; Hydrolytic enzymes; Interação enzima-celulose; Properties of nanocelluloses; Propriedades das nanoceluloses

Celulose nanofibrilada (CNF) é um material biodegradável que possui excelente propriedades mecânicas e reológicas, o que a torna adequada para inúmeras aplicações (ex. impresão 3D e composto para reforço). A obtenção da CNF é usualmente feita por desfibrilação mecânica, em sistemas de alta pressão (microfluidizador ou homogeneizador) ou ultra-refinadores de disco. Estes processos demandam elevado consumo energético, sendo essa uma barreira econômica da produção. Uma etapade pré-tratamento reduz o alto consumo energético, sendo a utilização de enzimas bastante promissor devido à sua seletividade e ao apelo ambiental do processo.. A enzima mais explorada é uma endoglucanase (EG) monocomponente comercial, combinada com etapas sequenciais de pré-refino mecânico. As condições de reação descritas até o momento são extremamente amplas (ex. tempo de reação e carga enzimática), resultando em diferententes benefícos ao processo e nas características do nanomaterial final. Este trabalho explorou o efeito e a seletividade de diferentes enzimas hidrolíticas aplicadas em uma única etapa de pré-tratamento para o isolamente de CNF. Para isso, considerou-se a capacidade de redução do consumo energético na etapa de desfibrilação em SuperMassColloider e também as propriedades das nanofibrilas isoladas. Primeiramente, investigou-se detalhadamente a cinética de operação do ultra-refindor de disco, o qual foi adequeado para isolar CNF e também celulose microfibrilada (CMF), sendo que CNF com excelentes propriedades foi obtida atingindo o consumo energético de 20 kWh/kg. Em seguida, a EGtipicamente utilizada no pré-tratamento foi investigada em diferentes condições hidrolíticas previstas por planejamento experimental. Na condição mais drástica de pré tratamento enzimático o consumo energético decaiu em 50% e a reologia da suspensão foi alterada, gerando um material desejável para algumas aplicações. Buscando otimizar a condição de pre-tratamento que resultase no mínimo consumo de energia e na maximização da reologia , a condição extremamente branda predita reduziu o consumo em 25% e preservou as propriedades reologicas. Nessa mesma condição , 5 EGs provenientes de 4 diferentes famílias de glicosil hidrolase, com e sem o modulo de ligação ao carbohidrato, foram investigas quanto seus efeitos no isolamento de CNF e interação com a superfície da celulose. Com exceção da EG da família 7, todas as EGs testadas foram eficientes na redução do consumo energético e na preservação das propriedades reologicas e morfologicas das CNFs. De maneira geral, a especificidade das EGs pelas regiões menos organizadas não comprometeu a qualidade da fibra de celulose e das CNFs obtidas, além disso o efeito hidrolítico foi negligenciável, atingindo 100% de rendimento de sólidos. As diferenças observadas quanto ao consumo energético podem ser relacionadas com os diferentes comportamentos de ação das EGs na fibra celulose (ex. interação com a superfície da celulose e modificação do grau de polimerização). Compreendendo o efetio das EGs é possível utilizar EGs de diferentes famílias e variar e controlar as condições do pré-tratamento enzimático, possibilitando obter CNF com as propriedades desejáveis.