Síntese de nanopartículas de lignina do bagaço da cana-de açúcar para aplicação na estabilização de emulsões pickering água/água e encapsulamento de bioativos

dc.contributor.advisorOliveira, Jackson Araújo de
dc.contributor.advisor-co1Padilha, Carlos Eduardo de Araújo
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/5058617634570704pt_BR
dc.contributor.authorPedro, Marcelo da Silva
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/4210209303947439pt_BR
dc.contributor.referees1Santos, Everaldo Silvino dos
dc.contributor.referees2Rios, Nathalia Saraiva
dc.contributor.referees3Jesus, Anderson Alles de
dc.contributor.referees4Lira, Daniel Silveira
dc.date.accessioned2024-11-13T18:52:04Z
dc.date.available2024-11-13T18:52:04Z
dc.date.issued2024-07-30
dc.description.abstractLignin, despite being the second most abundant biopolymer on the planet, remains underutilized in the production of value-added products. In response to this, studies have been exploring lignin's applications in various fields, with the production of nanoparticles emerging as a promising avenue for lignin valorization. Lignin nanoparticles have already been tested for their ability to stabilize oil/water (O/W) or water/oil (W/O) Pickering emulsions, including the encapsulation of bioactives such as quercetin, a bioflavonoid with antioxidant and anticancer properties. When consumed orally, quercetin decomposes rapidly in the early stages of digestion, and encapsulation is a strategy to ensure its bioavailability. However, O/W or W/O Pickering emulsions have limitations due to the hydrophobic phase, particularly in applications like probiotic encapsulation, production of low-calorie foods, and formulation of drugs with hydrophilic properties. On the other hand, water/water (W/W) Pickering emulsions can mimic biological environments, with stability ensured by the addition of nanoparticles capable of adsorbing at liquid-liquid interfaces. This study investigated the use of lignin extracted from sugarcane bagasse as a source of nanoparticles for stabilizing W/W Pickering emulsions formed by maltodextrin (MD) and polyethylene glycol (PEG), as well as for stabilizing O/W Pickering emulsions for the encapsulation of quercetin. The MD and PEG system was chosen due to its low cost, the ability to form two phases over a wide concentration range, and its potential for food applications. The nanoparticles were prepared from lignin obtained through alkaline and alkaline oxidative pretreatment. The alkaline oxidized lignin nanoparticles (NPLOs, 327.8 nm) were smaller than the alkaline lignin nanoparticles (NPLs, 689.8 nm). The stability of W/W Pickering emulsions formed from MD and PEG was evaluated in the presence of NPLs and NPLOs at different concentrations (0%, 0.1%, 0.3%, 0.5%, and 1%, w/w). Systems with NPLOs showed better emulsification indices and smaller droplet sizes compared to systems with NPLs. The most significant stabilization results were obtained at a concentration of 1% w/w of NPLOs, with an emulsification index of up to 63% even after two weeks. NPLs and NPLOs were also applied to stabilize O/W Pickering emulsions for the encapsulation of quercetin. In this case, the results indicated a tendency for quercetin to become trapped in the oil phase droplets. At a pH below 3, both types of nanoparticles formed agglomerates in the upper phase. NPLs demonstrated better interaction with the hydrophobic phase, enhancing the encapsulation of quercetin dispersed in this phase. The encapsulated quercetin was incorporated into food systems, and after 24 hours, high-performance liquid chromatography (HPLC) analysis showed that the concentration of quercetin added to cashew juice, in the presence of NPLs, was higher than in the condition without nanoparticles. These results suggest that lignin can be an important source of nanoparticles for stabilizing W/W and O/W Pickering emulsions, with potential applications in the encapsulation of bioactives such as quercetin in O/W Pickering emulsions.pt_BR
dc.description.resumoA lignina, apesar de ser o segundo biopolímero mais abundante do globo terrestre, ainda é um material pouco aproveitado na preparação de produtos de valor agregado. Em vista disso, estudos têm buscado explorar aplicações de lignina em diversas áreas, sendo a produção de nanopartículas uma alternativa promissora para a valorização da lignina. Nanopartículas de lignina já foram testadas na estabilização de emulsões Pickering óleo/água (O/A) ou água/óleo (A/O ), incluindo o encapsulamento de bioativos, como por exemplo a quercetina, que é um bioflavonoide com propriedades antioxidantes e anticancerígenas. Após ser consumida por via oral, a quercetina se decompõe rapidamente no início do sistema digestivo, sendo o encapsulamento uma opção de garantia da sua biodisponibilidade. Entretanto, as emulsões Pickering O/A ou A/O apresentam limitações, devido à fase hidrofóbica, especialmente em aplicações de encapsulamento de probióticos, produção de alimentos de baixo teor calórico e formulação de fármacos com propriedades hidrofílicas. Por outro lado, as emulsões Pickering água/água (A/A) podem imitar ambientes biológicos e sua estabilidade é garantida pela adição de nanopartículas capazes de adsorver em interfaces líquido-líquido. Nesse sentido, o presente estudo investigou o uso da lignina extraída do bagaço de cana-de-açúcar como fonte de nanopartículas na estabilização de emulsões Pickering A/A formada de Maltodextrina (MD) e Polietilenoglicol (PEG) e, também, na estabilização de emulsões Pickering O/A para o encapsulamento da quercetina. A escolha do sistema MD e PEG é devido seu baixo custo, formar duas fases em ampla faixa de concentração e possibilitar aplicações alimentícias. As nanopartículas foram preparadas a partir de lignina obtida por pré-tratamento alcalino e alcalino oxidativo. As nanopartículas de lignina alcalina oxidada - NPLOs (327,8 nm) apresentaram tamanho menor que as nanopartículas de lignina alcalina - NPLs (689,8 nm). A estabilidade de emulsões Pickering A/A formada de MD e PEG foi avaliada na presença de NPLs e NPLOs sob diferentes concentrações (0%, 0,1%, 0,3%, 0,5% e 1%, m/m). Os sistemas com NPLOs apresentaram melhores índices de emulsificação e menores tamanhos de gotas que os sistemas com NPLs. Os resultados mais significativos de estabilização foram obtidos na concentração de 1% m/m de NPLOs com índice de emulsificação de até 63%, mesmo após duas semanas. As NPLs e NPLOs também foram aplicadas na estabilização de emulsões Pickering O/A, objetivando o encapsulamento da quercetina. Neste caso, os resultados indicaram uma tendência da quercetina ficar aprisionada nas gotículas da fase óleo. Em pH inferior a 3, ambos os tipos de nanopartículas formaram aglomerados na fase superior. As NPLs apresentaram melhor interação com a fase hidrofóbica, favorecendo o encapsulamento da quercetina dispersa nessa fase. A quercetina encapsulada foi incorporada em sistemas alimentares e, após 24h, a análise por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) mostrou que a concentração de quercetina adicionada ao suco de cajá, na presença de NPLs, foi superior a condição sem nanopartículas. Estes resultados sugerem que a lignina pode ser uma importante fonte de nanopartículas na estabilização de emulsões Pickering A/A e O/A, com capacidade de aplicação no encapsulamento de bioativos, como a quercetina, para o caso de emulsão Pickering O/A.pt_BR
dc.description.sponsorshipFundação Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESpt_BR
dc.identifier.citationPEDRO, Marcelo da Silva. Síntese de nanopartículas de lignina do bagaço da cana-de açúcar para aplicação na estabilização de emulsões pickering água/água e encapsulamento de bioativos. Orientador: Dr. Jackson Araújo de Oliveira. 2024. 123f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2024.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/60634
dc.languagept_BRpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio Grande do Nortept_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICApt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectBagaço de cana-de-açúcarpt_BR
dc.subjectEmulsões Pickering água/águapt_BR
dc.subjectNanopartículas de Ligninapt_BR
dc.subjectEncapsulamentopt_BR
dc.subjectQuercetinapt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICApt_BR
dc.titleSíntese de nanopartículas de lignina do bagaço da cana-de açúcar para aplicação na estabilização de emulsões pickering água/água e encapsulamento de bioativospt_BR
dc.typedoctoralThesispt_BR

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