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Título: Filmes biodegradáveis contendo k-Carragena e montmorilonita para imobilização de lipases e aplicação como removedor de manchas de óleo vegetal
Título(s) alternativo(s): Biodegradable films containing k-Carrageen and montmorillonite for lipase immobilization and application as vegetable oil stain remover
Autor(es): Aguiar, Thandara Cristina
Orientador(es): Baron, Alessandra Machado
Palavras-chave: Enzimas imobilizadas
Biopolímeros
Filmes finos
Amido
Immobilized enzymes
Biopolymers
Thin films
Starch
Data do documento: 27-Jun-2023
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Londrina
Citação: AGUIAR, Thandara Cristina. Filmes biodegradáveis contendo k-Carragena e montmorilonita para imobilização de lipases e aplicação como removedor de manchas de óleo vegetal. 2023. Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Londrina, 2023.
Resumo: O acúmulo de materiais não renováveis no ambiente é um problema social urgente a ser solucionado e grande parte deste problema está associada à utilização de embalagens industriais não biodegradáveis como plástico, alumínio, metais, entre outros. As imposições provenientes do contexto socioambiental estimulam a inovação de produtos e processos industriais que possibilitem a redução desses impactos ambientais. Atualmente, muitos estudos sobre o uso de materiais eco-amigáveis e biodegradáveis para imobilização de enzimas estão sendo estudados. O presente trabalho propõe a produção, caracterização e aplicação de filmes biodegradáveis a base de amido (AM), álcool polivinílico (PVOH), κ-Carragena (κ-Car) e nanoargila montmorilonita (MMT), para imobilizar lipases de Burkholderia lata LBBIO-BL02. A produção foi realizada pela técnica de casting, utilizando glicerol como plastificante (20% v/m em relação aos polímeros) e três formulações foram preparadas: AM-PVOH (AM:PVOH 80:20%); AM-PVOH-κ-Car (AM:PVOH:κ-Car 60:20:20%) e AM-PVOH-κ-Car-MMT (AM:PVOH:κ-Car 60:20:20 e 0,6% de MMT). A lipase foi imobilizada por adsorção física, através da técnica sanduíche. A eficiência de imobilização dos filmes: AM-PVOH, AM-PVOH-k-Car e AM-PVOH-k-Car-MMT foi de 89%, 93% e 97% e a retenção da atividade foi de 593%, 730% e 650% respectivamente. Os filmes apresentaram espessuras entre 0,19 e 0,31 μm e o AM-PVOH é mais flexível que os demais filmes, apresentando uma diminuição de 45% na flexibilidade após a imobilização. Os resultados mostram que o filme mais durável e resistente para atuar como suporte na imobilização de B. lata é o AM-PVOH-κ-Car-MMT. O filme mais solúvel em água e n-hexano foi o AM-PVOH (56%) e AM-PVOH-κ-Car (16%) respectivamente. A microscopia eletrônica de varredura (MEV) mostrou que houve mudanças apenas na superfície dos filmes após o processo de imobilização. A análise por espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) acoplada com acessório de reflectância total atenuada (ATR) mostrou espectros característicos dos materiais que compõem os filmes e a enzima livre, não havendo diferenças para os espectros dos filmes com ou sem lipase. Através da análise termogravimétrica (TGA) foi possível verificar que o filme AM-PVOH tem maior estabilidade no estágio principal de degradação, em relação aos outros filmes. Após a imobilização, os filmes apresentaram menor perda de massa na degradação máxima. Foi possível aplicar os filmes para remover manchas de óleo de soja em tecidos de algodão e a maior eficiência de limpeza foi observada para o filme AM-PVOH-k-Car-MMT-Lip, com 76,2% de remoção de óleo.
Abstract: The accumulation of non-renewable materials in the environment is an urgent social problem to be solved and a large part of this problem is associated with the use of non-biodegradable industrial packaging such as plastic, aluminum, metals, among others. Impositions arising from the socio-environmental context stimulate the innovation of products and industrial processes that enable the reduction of these environmental impacts. Currently, many studies on the use of eco-friendly and biodegradable materials for enzyme immobilization are being studied. The present work proposes the production, characterization and application of biodegradable films based on starch (AM), polyvinyl alcohol (PVOH), κ-Carrageenan (κ-Car) and montmorillonite nanoclay (MMT), to immobilize lipases from Burkholderia lata LBBIO-BL02. Production was carried out using the casting technique, using glycerol as a plasticizer (20% v/m in relation to polymers) and three formulations were prepared: AM-PVOH (AM:PVOH 80:20%); AM-PVOH-κ-Car (AM:PVOH:κ-Car 60:20:20%) and AM-PVOH-κ-Car-MMT (AM:PVOH:κ-Car 60:20:20 and 0.6% of MMT). The lipase was immobilized by physical adsorption, using the sandwich technique. The immobilization efficiency of the films: AM-PVOH, AM-PVOH-k-Car and AM-PVOH-k-Car-MMT was 89%, 93% and 97% and the activity retention was 593%, 730% and 650% respectively. The films had thicknesses between 0.19 and 0.31 μm and AM-PVOH is more flexible than the other films, showing a 45% decrease in flexibility after immobilization. The results show that the most durable and resistant film to act as a support for the immobilization of B. lata is AM-PVOH-κ-Car-MMT. The most solublefilm in water and n-hexane was AM-PVOH (56%) and AM-PVOH-κ-Car (16%), respectively. Scanning electron microscopy (SEM) showed that there were changes only on the surface of the films after the immobilization process. Analysis by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) coupled with an attenuated total reflectance (ATR) accessory showed characteristic spectra of the materials that make up the films and the free enzyme, with no differences for the spectra of the films with or without lipase. Through thermogravimetric analysis (TGA) it was possible to verify that the AM-PVOH film has greater stability in the main degradation stage, in relation to other films. After immobilization, the films showed less mass loss at maximum degradation. It was possible to apply the films to remove soybean oil stains on cotton fabrics and the highest cleaning efficiency was observed for the AM-PVOH-k-Car-MMT-Lip film, with 76.2% oil removal.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/33354
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