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Título: Nova abordagem para produção de nanocelulose bacteriana a partir de frutas nativas brasileiras
Título(s) alternativo(s): New approach for bacterial nanocellulose production from native Brazilian fruits
Autor(es): Andachi, Anabel Alexandra Rodriguez
Orientador(es): Souza, Samara Silva de
Palavras-chave: Celulose
Células vegetais - Cultura e meios de cultura
Frutas
Cellulose
Plant cell culture
Fruit
Data do documento: 4-Set-2023
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Ponta Grossa
Citação: ANDACHI, Anabel Alexandra Rodriguez. Nova abordagem para produção de nanocelulose bacteriana a partir de frutas nativas brasileiras. 2023. Dissertação (Mestrado em Biotecnologia) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2023.
Resumo: As propriedades superiores da nanocelulose bacteriana (NCB) frente à celulose vegetal como a alta pureza, alto grau de cristalinidade, nanoestrutura porosa, elevada capacidade de retenção de água, excelentes forças mecânicas, biodegradabilidade e biocompatibilidade, têm despertado o interesse da sua aplicação na área médica, farmacêutica, alimentos, cosméticos, ambiental, eletrônicos, têxtil, entre outras. Entretanto, o alto custo de produção tem limitado a sua produção em larga escala, incentivando o desenvolvimento de meios de cultivo alternativos a partir da variação de fontes de carbono e nitrogênio. As frutas da família Myrtaceae como a pitanga (Eugenia uniflora), araçá (Psidium cattleianum) e jabuticaba (Plinia sp.) possuem propriedades químicas interessantes como meio de cultura, pela fonte de carbono e compostos bioativos. Até o estudo em questão, não foi relatado na literatura uma metodologia de produção de NCB a partir de polpa de frutas nativas brasileiras. Nesse sentido, esse estudo tem como objetivo desenvolver um processo de produção de nanocelulose bacteriana (NCB) em meio de cultivo a partir de polpa de frutas nativas brasileiras para obtenção de NCB com um custo inferior e valor agregado com a bactéria Komagataeibacter xylinus ATCC [marca registrada] 53524™. A bactéria foi cultivada no meio líquido tradicional Hestrin & Schramm (HS) em cultura estática à 30°C por 7 dias. Seis condições de fermentação (meio tradicional HS, meio HS com polpa de fruta, meios de polpa pura - jabuticaba, pitanga ou araçá e modificações de HS com polpa de fruta) foram testadas durante 15 dias para avaliar a produção de NCB. Além disso, realizou-se a caracterização dos meios de polpa de cada fruta, a partir do carbono e nitrogênio total, pH, compostos fenólicos, e capacidade antioxidante pelos ensaios de ABTS (2,2'- azino-bis (3- ethylbenzo-thiazoline-6-sulfonic acid) e FRAP (Ferric Reducing Antioxidant Power). Também foi avaliada as propriedades físico-química dos biomateriais de NCB produzidos nos meios onde mostraram maior rendimento, por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), capacidade de retenção de água, porosidade, resistência à tração, elasticidade e capacidade antioxidante. As condições com o meio de polpa pura de jabuticaba ou pitanga, sem a adição de outro componente no meio, obteve-se rendimentos consideráveis comparadas as membranas de NCB produzidas em meio HS. Assim as membranas a partir do meio de Jabuticaba (NCB-J) apresentaram um rendimento de 4,09 g/L, pitanga (NCB-P) com rendimento de 4,33 g/L e HS (NCB-H) com rendimento de 5,96 g/L. Além disso, as membranas de NCB-J e NCB-P mantiveram as propriedades características das membranas de NCB, como alta capacidade de retenção de água em torno de 98% e alta porosidade 73%, resistência mecânica, e a composição química estrutural também foram mantidas. A produção de NCB nas seis condições foi obtida, mas os resultados demonstraram o potencial dos meios de cultura a partir de polpa pura de jabuticaba e pitanga. Assim, esse estudo aponta uma abordagem inovadora de produção de NCB a partir de frutas nativas brasileiras, sem a adição de outros componentes complexos aos meios garantindo um alto rendimento e baixo custo.
Abstract: The superior properties of bacterial nanocellulose (BCN) compared to plant cellulose, such as its high purity, high degree of crystallinity, porous nanostructure, high water retention capacity, excellent mechanical strength, biodegradability and biocompatibility, have aroused interest in its application in the medical, pharmaceutical, food, cosmetics, environmental, electronics and textile fields, among others. However, the high cost of production has limited their large-scale production, encouraging the development of alternative cultivation media based on varying carbon and nitrogen sources. Fruits from the Myrtaceae family such as pitanga Eugenia uniflora), araçá (Psidium cattleianum) and jabuticaba (Plinia sp.) have interesting chemical properties as culture media, due to their source of carbon and bioactive compounds. Until this study, no methodology for producing NCB from the pulp of native Brazilian fruits had been reported in the literature. In this sense, this study aims to develop a process for producing bacterial nanocellulose (NCB) in a culture medium from Brazilian native fruit pulp to obtain NCB at a lower cost and with added value using the bacterium Komagataeibacter xylinus ATCC [trade mark] 53524™. The bacterium was grown in traditional Hestrin & Schramm (HS) liquid medium in static culture at 30°C for 7 days. Six fermentation conditions (traditional HS medium, HS medium with fruit pulp, pure pulp media - jabuticaba, pitanga or araçá and modifications of HS with fruit pulp) were tested for 15 days to evaluate NCB production. In addition, the pulp media of each fruit was characterized based on total carbon and nitrogen, pH, phenolic compounds and antioxidant capacity using the ABTS (2,2'- azino-bis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) and FRAP (Ferric Reducing Antioxidant Power) assays. The physicochemical properties of the NCB biomaterials produced in the media with the highest yields were also evaluated by Scanning Electron Microscopy (SEM), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), water retention capacity, porosity, tensile strength, elasticity and antioxidant capacity. The conditions with the pure jabuticaba or pitanga pulp medium, without the addition of another component in the medium, obtained considerable yields compared to the NCB membranes produced in HS medium. Thus, the membranes from the Jabuticaba medium (NCB-J) showed a yield of 4.09 g/L, pitanga (NCB-P) with a yield of 4.33 g/L and HS (NCB-H) with a yield of 5.96 g/L. In addition, the NCB-J and NCB-P membranes maintained the characteristic properties of NCB membranes, such as high water retention capacity of around 98% and high porosity of 73%, mechanical strength, and the structural chemical composition were also maintained. NCB production was achieved under all six conditions, but the results demonstrated the potential of culture media from pure jabuticaba and pitanga pulp. Thus, this study points to an innovative approach to producing NCB from native Brazilian fruits, without adding other complex components to the media, guaranteeing a high yield and low cost.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32590
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