Valorização de resíduo do fruto de açaí (Euterpe oleracea Mart.) por meio da obtenção sustentável de nanocelulose

Abstract

Resíduos agroindustriais vêm sendo reportados como forma sustentável de extração de polímeros naturais. A celulose, polímero natural mais abundante do planeta, pode ser extraída de fibras vegetais como resíduos de cereais, do bagaço de cana-de-açúcar, e de cascas e sementes de frutos e hortaliças. Com a nanotecnologia, a obtenção de nanoestruruas poliméricas a partir de polímeros naturais é uma estratégia promissora para obter materiais competitivos com os plásticos petroquímicos em termos de desempenho e custo de produção. Sendo assim, o objetivo deste estudo foi extrair celulose a partir do resíduo do fruto açaí e, a partir deste produto, obter a nanocelulose. O caroço de açaí foi tratado quimicamente com hidróxido de sódio (deslignificação), seguido de peróxido de hidrogênio em meio alcalino (branqueamento). A hidrólise ácida da celulose foi realizada utilizando ácido sulfúrico 30 % (v/v), a 50 ºC por 24 h. A hidrólise enzimática ocorreu com a aplicação da enzima celulase de Trichoderma reseii a 37 ºC, por 72 h. Em todas as etapas do processo, os materiais foram caracterizados quanto a morfologia (microscopia eletrônica de varredura e microscopia eletrônica de transmissão), quanto à presença de grupos funcionais (espectroscopia de infravermelho por Transformada de Fourier), padrões de difração (difração de Raios-X) e degradação térmica (análise termogravimétrica). As micrografias, a mudança nos padrões de difração, o desaparecimento das bandas características de hemiceluloses e lignina no espectro de FTIR e a mudança no perfil de degradação térmica permitem confirmar a purificação da celulose a partir do caroço de açaí, com rendimento global médio de 12 %. A nanocelulose foi obtida em ambos os processos de hidrólise, apresentando morfologia característica de nanowhiskers de celulose, por meio do processo da hidrólise ácida, e de nanofibras de celulose (d = 149 ± 17 nm), por meio de hidrólise enzimática. Tanto os nanowhiskers quanto as nanofibras apresentaram menor perda de massa nas curvas de degradação térmica quando comparados à celulose, demonstrando maior estabilidade térmica frente à celulose purificada. Este trabalho demonstrou a viabilidade da valorização do resíduo do processamento da polpa de açaí através da extração sustentável da celulose. Além disso, as nanoestruturas obtidas podem ser utilizadas como um polímero natural em alternativa ao uso dos plásticos petroquímicos.Agroindustrial waste has been reported as a sustainable way of extracting natural polymers. Cellulose is the most abundant natural polymer in nature and can be extracted from plant fibers such as cereal residues, sugarcane bagasse and husks and seeds of fruits and vegetables. Nanotechnology allows obtaining of polymeric nanostructures from natural polymers. Therefore, it is a promising strategy to obtain competitive materials with petrochemical plastics in terms of performance and production cost. Thus, this study's objective was to extract cellulose from the residue of the açaí fruit and, from this product, obtain the nanocellulose. Açaí seeds were chemically treated with sodium hydroxide (delignification), followed by hydrogen peroxide in an alkaline medium (bleaching). Acid hydrolysis of cellulose was performed, using sulfuric acid 30% (v/v), at 50 ºC for 24 h. Enzymatic hydrolysis occurred with the application of cellulase from Trichoderma reseii at 37 ºC, for 72 h. At all stages of the process, the materials were characterized for morphology (scanning electron microscopy and transmission electron microscopy), presence of functional groups (Fourier transform infrared spectroscopy), diffraction patterns (X-ray diffraction), and thermal degradation (thermogravimetric analysis). Modifications of the micrographs, diffraction patterns, characteristic bands of hemicelluloses and lignin in the FTIR spectrum, and the thermal degradation profile confirm cellulose's purification from the açaí seeds, with a yield of 12 %. Nanocellulose obtained presented a morphology of cellulose nanowhiskers (acid hydrolysis) and cellulose nanofibers (d = 149 ± 17 nm) through enzymatic hydrolysis. Nanowhiskers and nanofibers showed less weight loss in the thermal degradation curves than purified cellulose. Thus, nanowhiskers showed greater thermal stability. This work demonstrated an alternative to the residue's valuation from açaí pulp processing. The nanostructures obtained can be used as a natural polymer as an alternative for petrochemical plastics.