Desenvolvimento e caracterização de filmes biopoliméricos compostos majoritariamente por galactomananas recuperadas da borra de café

Autor: Gisella de Oliveira Coelho
Přispěvatelé: Leandro Soares de Oliveira, Maria Beatriz de Abreu Glória, Érika Cristina Cren
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2019
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFMG
Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)
instacron:UFMG
Popis: CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico O café é uma das bebidas mais consumidas no mundo, apresentando um efeito cultural e social. Em 2017̸ 2018, a produção mundial foi de aproximadamente 164,99 milhões de sacas de café e, consequentemente, foram produzidos mais de 2 bilhões de toneladas de subprodutos, que englobam cascas, polpas, mucilagens, pergaminhos, películas prateadas e borras de café. O principal resíduo produzido é a borra de café, visto que uma tonelada de grãos de café cru gera 650 kg de borra de café. Diante da grande quantidade de resíduos produzidos, inúmeros estudos têm sido desenvolvidos com o intuito de encontrar alternativas para o descarte desses, que causam contaminação ambiental e outros problemas específicos, como a adulteração do pó de café com a adição da borra de café. A borra de café é rica em compostos orgânicos como ácidos graxos, cafeína, taninos, aminoácidos, polifenóis e, principalmente polissacarídeos, que viabilizam potenciais aplicações. As galactomananas são os polissacarídeos mais abundantes na borra do café, as quais possuem baixo grau de ramificação e elevado grau de polimerização, além de apresentarem excelentes propriedades de reforço e de estabilização de emulsões. Em vista disso, a borra de café é uma fonte alternativa para produção de biopolímeros, os quais têm recebido atenção nos últimos anos, especialmente em função dos grandes impactos ambientais causados pelas embalagens sintéticas. Desse modo, o objetivo deste trabalho foi desenvolver um biomaterial constituído predominantemente por galactomananas recuperadas da borra de café através de tratamentos alcalino e enzimático. Inicialmente, foram analisados os efeitos de três pré-tratamentos visando remover a lignina da borra de café, sendo um deles com solução de peróxido alcalino, outro com hidróxido de sódio e o último com solução de permanganato de potássio alcalino submetido ao banho ultrassônico. Todos os pré-tratamentos apresentaram uma remoção considerável de lignina, entre 55 e 73%, sendo o conteúdo de lignina restante entre 6-11%. Os materiais deslignificados foram submetidos ao tratamento enzimático, no qual utilizou-se a enzima celulase comercial proveniente do microrganismo Trichoderma reesei ATCC 26921. Buscando otimizar o processo hidrolítico, foram testadas diferentes concentrações de borra de café e de celulase, e diferentes tempos de incubação, bem como conjugação de métodos físicos como ultrassom, autoclave e micro-ondas para melhorar a eficiência da ação enzimática. A caracterização do material deslignificado foi realizada antes e após o tratamento enzimático. Além disso, o material deslignificado rico em galactomananas foi utilizado para produzir biofilmes, assim como o material antes do tratamento enzimático. Os biofilmes produzidos com a borra de café deslignificada e com a fração rica em galactomananas foram semelhantes na aparência física e textura. No entanto, mostraram-se diferentes em relação à permeabilidade ao vapor d’água, temperatura de transição vítrea e propriedades mecânicas. Desse modo, a remoção parcial da celulose resultou em um filme mais rígido e com características diferentes que apresenta potenciais aplicações como membrana no tratamento de água, membranas bioativas e como embalagens para mudas. Coffee is one of the most popular beverages in the world with strong cultural and social impacts. In 2017/2018, world coffee production was approximately164,99million bags of 60 kg, and consequently, more than 2 billion tons of by-products were concomitantly produced, such as husk, mucilage, parchment, coffee silverskin and spent coffee grounds (SCG). The main waste produced in the processing of coffee is SCG, which is rich in organic compounds such as fatty acids, caffeine, amino acids, polyphenols and especially polysaccharides, which enable potential applications. Galactomannans are the most abundant polysaccharides in SCG, presenting a low degree of branching and a high degree of polymerization, which enables excellent emulsifying and stabilizing properties. In view of the aforementioned, SCG is a potential alternative source for the production of biofilms, which have received attention in recent years, especially due to the large environmental impacts caused by synthetic packaging. Thus, the objective of this work was to develop a biopolymeric film comprised mostly of galactomannans recovered from spent coffee grounds by alkaline and enzymatic treatment. Initially, the effects of three distinct pretreatments to remove lignin from SCG were studied, one with alkaline peroxide solution, the other with alkaline solution and the last with alkaline potassium permanganate solution assisted by ultrasound. All pretreatments resulted in considerable removal of lignin, with the remaining lignin content in the range of 6-11%. The delignified materials were submitted to enzymatic treatment using commercial cellulase enzymes produced by Trichoderma reesei ATCC 26921. In order to optimize the hydrolytic process, different concentrations of SCG, cellulase and incubation times were evaluated, as well as the combination of extraction methods assisted by techniques such as ultrasound, autoclave, and microwave. Characterization of the delignified material was performed before and after the enzymatic treatment. Furthermore, the galactomannan-rich delignified material was used to produce biofilms, as well as the material after enzymatic treatment. The biofilms produced with the delignified coffee grounds and the cellulose-depleted galactomannan-rich fractions were similar in physical appearance and texture. However, they were different in relation to water vapor permeability, glass transition temperature and mechanical properties. Thus, the partial removal of the cellulose allowed for the formation of a more rigid film than that with the cellulose due to the strong interactions between the galactomannan chains. The different characteristics of this film allow for potential applications such as water filtration membranes, bioactive membranes and seedling packaging.
Databáze: OpenAIRE
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