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Title: Biossíntese de celulose bacteriana a partir de Gluconacetobacter hansenii e aplicação no desenvolvimento de biomateriais: caracterização e avaliação das propriedades
Other Titles: Biosynthesis of bacterial cellulose from Gluconacetobacter hansenii and application in development of biomaterials: characterization and evaluation of properties
Authors: Nunes, Silmar Baptista
metadata.dc.contributor.advisor: Machado, Bruna Aparecida Souza
metadata.dc.contributor.advisor-co: Barbosa, Josiane Dantas Viana
metadata.dc.contributor.referees: Azevedo, Joyce Batista
Pessoa, Fernando Luiz Pellegrini
Rezende, Cintia Silva Minafra e
Silva, Jania Betania Alves da
Keywords: Celulose bacteriana;Montmorillonita;Amido;Colágeno;Glicerol;Polímeros biodegradáveis
Issue Date: 2022
Publisher: Centro Universitário SENAI CIMATEC
Citation: NUNES, Silmar Baptista. Biossíntese de celulose bacteriana a partir de Gluconacetobacter hansenii e aplicação no desenvolvimento de biomateriais: caracterização e avaliação das propriedades. Orientadora: Bruna Aparecida Souza Machado. 2022. 103 f. Tese (Doutorado em Gestão e Tecnologia Industrial) – Centro Universitário SENAI CIMATEC, Salvador, 2022.
metadata.dc.description.resumo: Nos últimos anos a celulose bacteriana (CB) tem sido objeto de muitas pesquisas pelo alto potencial de aplicação em áreas como biomedicina ou materiais, bem como, devido a sua biossíntese ser ambientalmente correta. A CB é caracterizada como um homopolímero e diferencia-se da celulose vegetal por suas propriedades, destacando-se principalmente a biocompatibilidade e biodegradabilidade dos materiais produzidos. A produção de compósitos de CB com diversos polímeros é um método efetivo para melhorar suas propriedades físicas, químicas e estruturais. Dentro desse contexto, o objetivo deste trabalho foi produzir CB e aplicar no desenvolvimento de biomateriais, caracterizando e avaliando suas propriedades mecânicas, de barreira e morfológicas. Para a produção da CB foi utilizada a cepa de Gluconacetobacter hansenii (ATCC 23769), onde optou-se pelo processo de fermentação estática com diferentes fontes de carbono (glicose, manitol, sacarose e xilose), variando entre duas concentrações (25 e 50 g·L−1). Para a obtenção das diferentes formulações foi adicionado montmorillonita (MMT), colágeno, amido e glicerol para avaliar as novas características dos biomateriais a base de CB. Na produção envolvendo a adição de MMT, as membranas de CB foram expostas as concentrações de 0,5, 1 e 2% desse composto. Quanto às adições de colágeno, amido e glicerol, foram produzidas nove formulações utilizando a técnica de casting. As formulações foram caracterizadas em termos de propriedades físicas e de barreira, morfológicas e estabilidade térmica. Os resultados obtidos foram avaliados estatisticamente para definir como a concentração de amido e/ou colágeno que interferiu na obtenção de um biomaterial com características adequadas para utilização como biocurativo. Os resultados mostraram que a G. hansenii apresentou melhor rendimento de CB com a utilização de glicose na concentração de 50 g.L −1 . A incorporação de MMT melhorou significativamente as propriedades mecânicas e térmicas das membranas, expondo temperatura de degradação estendida e uma diminuição da capacidade de retenção de água e uma melhoria na taxa de perda de água. Quanto a adição de colágeno, amido e glicerol nas formulações, a atividade de água, solubilidade, umidade, espessura, permeabilidade ao vapor d’água, gramatura, opacidade, elongação e resistência a tração foram diretamente influenciadas pela sua composição, configurando o desempenho das formulações produzidas em diferentes potenciais de aplicação como biocurativos. Além disso, a microscopia eletrônica de varredura demonstrou, para todos os biomateriais produzidos, que a adição de biopolímeros a matriz de celulose tornou a superfície compacta, o que também influenciou o aspecto visual. Sendo assim, os resultados obtidos demonstraram que a CB modificada com os compostos avaliados apresentou dados interessantes para uma análise mais aprofundada das suas propriedades, considerando suas aplicações potenciais em diferentes áreas, a exemplo da produção de novas tecnologias baseadas em biocurativos, favorecendo o crescimento da indústria biomédica nesta área.
Abstract: In recent years, bacterial cellulose (BC) has been the object of much research due to its high potential for application in areas such as biomedicine or materials, as well as because its biosynthesis is environmentally friendly. The BC is characterized as a homopolymer and is differentiated from vegetable cellulose by its properties, highlighting mainly the biocompatibility and biodegradability of the materials produced. The production of BC composites with various polymers is an effective method to improve their physical, chemical and structural properties. Within this context, the objective of this work was to produce BC and apply it in the development of biomaterials, characterizing and evaluating its mechanical, barrier and morphological properties. For the production of BC, the Gluconacetobacter hansenii strain (ATCC 23769) was used, where we opted for the static fermentation process with different carbon sources (glucose, mannitol, sucrose and xylose), varying between two concentrations (25 and 50 g-L -1 ). To obtain the different formulations, montmorillonite (MMT), collagen, starch and glycerol were added to evaluate the new characteristics of the BC-based biomaterials. In the production involving the addition of MMT, the BC membranes were exposed to concentrations of 0.5, 1 and 2% of this compound. As for the additions of collagen, starch and glycerol, nine formulations were produced using the casting technique. The formulations were characterized in terms of physical and barrier properties, morphology and thermal stability. The results obtained were statistically evaluated to define how the concentration of starch and/or collagen interfered in obtaining a biomaterial with characteristics suitable for use as a biocurative. The results showed that G. hansenii presented better BC yield with the use of glucose in the concentration of 50 g.L-1 . The incorporation of MMT significantly improved the mechanical and thermal properties of the membranes, exposing extended degradation temperature and a decrease in water holding capacity and an improvement in water loss rate. As for the addition of collagen, starch and glycerol in the formulations, the water activity, solubility, moisture, thickness, water vapor permeability, weight, opacity, elongation and tensile strength were directly influenced by their composition, configuring the performance of the formulations produced in different potential applications as biocuratives. Furthermore, the scanning electron microscopy demonstrated, for all the biomaterials produced, that the addition of biopolymers to the cellulose matrix made the surface compact, which also influenced the visual aspect. Thus, the results obtained showed that the BC modified with the evaluated compounds presented interesting data for further analysis of their properties, considering their potential applications in different areas, such as the production of new technologies based on biocuratives, favoring the growth of the biomedical industry in this area.
URI: http://repositoriosenaiba.fieb.org.br/handle/fieb/1827
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