Síntese e caracterização de hidrogéis de celulose bacteriana da kombucha

dc.contributor.advisor-co1Menezes, Aparecido Junior de
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0484426340349483
dc.contributor.advisor-co1orcidhttps://orcid.org/0000-0001-5638-489X
dc.contributor.advisor1Rezende, Maíra de Lourdes
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2299690498863346
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0003-0677-0068
dc.contributor.authorSerpa, Evelin Thayná Barbosa
dc.contributor.authorlatteshttps://lattes.cnpq.br/4116134340210657
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0009-0002-1735-1117
dc.contributor.refereeMais, Paulo José de Sousa
dc.contributor.refereeBarud, Hernane da Silva
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/7563056909720108
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/7020467292690112
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0003-3101-3712
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0001-9081-2413
dc.date.accessioned2026-04-15T13:01:36Z
dc.date.issued2026-02-05
dc.description.abstractThe growing environmental concern has driven the use of biopolymers as sustainable alternatives to conventional materials, with bacterial cellulose (BC) standing out due to its high purity, biodegradability, biocompatibility, and absence of cytotoxicity. Unlike plantderived cellulose, its production does not require harsh processing steps, such as the removal of lignin and hemicellulose using strong acids and alkalis. Furthermore, its structure, composed of a highly hydrated nanofibrillar network, allows it to be classified as a type of hydrogel, although there are divergences in the literature regarding this definition.In this context, this study aimed to utilize waste from Kombucha production to obtain bacterial cellulose (KBC) and apply it in the production of biodegradable hydrogels. KBC production was carried out using a 2³ factorial design, evaluating sugar concentration, sugar type, and cultivation time, with membrane thickness as the response variable. The results indicated that cultivation time (21 days) was the most significant factor (89.68%), while sugar-related variables did not show a significant effect at this stage.KBC was used to produce environmentally friendly hydrogels, which were crosslinked with carboxymethylcellulose and calcium chloride (CMC/CaCl₂) and with citric acid (CA), using two approaches: defibrillated and intact structures. The KBC and hydrogel samples were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), thermogravimetric analysis (TG), X-ray diffraction (XRD), and scanning electron microscopy (SEM). The hydrogels were also subjected to swelling tests, and their crosslinking densities were determined.FTIR and TG analyses confirmed the occurrence of crosslinking and the formation of chemical bonds, while XRD indicated the preservation of the cellulose crystalline structure. SEM images revealed that sugar concentration influences the density of the polymeric network, directly affecting swelling properties. Swelling tests and crosslinking density analysis demonstrated that water absorption behavior is directly related to the type of sugar used. The best results were obtained with demerara sugar, especially at a concentration of 10%, with swelling values of 3,900% for the citric acid-crosslinked hydrogel (HCA) and 30,000% for the CMC/CaCl₂-crosslinked hydrogel (HCMC), indicating the formation of less densely crosslinked networks with higher absorption capacity.The results demonstrate the potential of KBC and the developed hydrogels for environmental applications, particularly in wastewater treatment, heavy metal removal, and sustainable superabsorbent systems.eng
dc.description.resumoA crescente preocupação ambiental tem impulsionado o uso de biopolímeros como alternativas sustentáveis aos materiais convencionais, destacando-se a celulose bacteriana (CB) devido à sua elevada pureza, biodegradabilidade, biocompatibilidade e ausência de citotoxicidade. Diferentemente da celulose vegetal, seu processo de obtenção não requer etapas agressivas, como a remoção de lignina e hemicelulose com o uso de ácidos e álcalis fortes. Além disso, sua estrutura composta por uma rede de nanofibrilas altamente hidratada permite classificá-la como um tipo de hidrogel, embora haja divergências na literatura quanto a essa definição. Nesse contexto, este trabalho teve como objetivo utilizar o resíduo proveniente da produção de Kombucha para a obtenção de CB e sua aplicação na produção de hidrogéis biodegradáveis. A produção da CBK foi realizada por meio de um planejamento fatorial 2³, avaliando-se a concentração de açúcar, o tipo de açúcar e o tempo de cultivo,sendo a espessura das membranas a variável resposta. Os resultados indicaram que o tempo de cultivo (21 dias) foi o fator mais significativo, com 89.68%, enquanto as variáveis relacionadas ao açúcar não apresentaram efeito relevante nessa etapa. A CBK foi utilizada para a produção de hidrogéis ambientalmente amigáveis, os quais foram reticulados com carboximetilcelulose e cloreto de cálcio (CMC/CaCl2) e com ácido cítrico (AC), por duas rotas: desfibrilada e integra. As amostras de CBK e dos hidrogéis foram submetidas a análises de espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), termogravimetria (TG), difração de raiosX (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os hidrogéis também foram submetidos ao ensaio de intumescimento e tiveram suas densidades de ligações cruzadas determinadas. As análises de FTIR e TG confirmaram a ocorrência da reticulação e a formação de ligações químicas, o DRX indicou a preservação da estrutura cristalina da celulose. As imagens de MEV evidenciaram que a concentração de açúcar influencia a densidade da rede polimérica, refletindo diretamente nas propriedades de inchamento. Os ensaios de intumescimento e a análise da densidade de ligações cruzadas demonstraram que o comportamento de absorção de água está diretamente relacionado ao tipo de açúcar utilizado. Os melhores resultados foram obtidos com açúcar demerara, especialmente na concentração de 10%, com valores de intumescimento de 3.900% para o hidrogel reticulado com ácido cítrico (HAC) e 30.000% para o hidrogel reticulado com CMC/CaCl₂ (HCMC), indicando a formação de redes menos densamente reticuladas e com maior capacidade de absorção. Os resultados obtidos demonstram o potencial da CBK e dos hidrogéis desenvolvidos para aplicações ambientais, especialmente no tratamento de efluentes, remoção de metais pesados e sistemas superabsorventes sustentáveis.por
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
dc.description.sponsorshipId131619/2024-1.
dc.identifier.citationSERPA, Evelin Thayná Barbosa. Síntese e caracterização de hidrogéis de celulose bacteriana da kombucha. 2026. Dissertação (Mestrado em Ciência dos Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, Sorocaba, 2026. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/23947.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/23947
dc.language.isoporpor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus Sorocaba
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciência dos Materiais - PPGCM-So
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectBiopolímerospor
dc.subjectHidrogéis biodegradáveispor
dc.subjectKombuchapor
dc.subjectBiopolymereng
dc.subjectBiodegradable hydrogelseng
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
dc.subject.ods15. Vida Terrestre
dc.subject.ods12. Consumo e Produção Responsáveis
dc.titleSíntese e caracterização de hidrogéis de celulose bacteriana da kombuchapor
dc.title.alternativeSynthesis and characterization of cellulose hydrogels bacterian kombuchaeng
dc.typeDissertação

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