New strategies toward the valorization of tannin extract

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESIn a world looking for low environmental impact products, the correct use of each biological resource is needed. Condensable tannins are present in many natural sources and they are the second most abundant phenolic compound in the Earth, behind only of the lignin. Based on both the worldwide production of this phenolic extract and the increase in the researches to improve the use of raw materials, this doctoral thesis aimed to elaborate new strategies toward the valorization of the tannin extract. Mimosa tannin (Acacia mearnsii De Wild) was first purified to remove carbohydrates and acids to obtain new fractions of the extract. The tannin was fractionated using organic solvents with different polarities in a Soxhlet extraction system with single and sequential processes. After that, wood-plastic composites were made using tannin as a natural compatibilizer to apply the Mimosa industrial tannin into products or new materials. The composites were prepared with polypropylene, pine sawdust and wood fibers through a thermokinetic homogenizer and a hydraulic press. Finally, the tannin was incorporated into the nanocellulose to develop a film for application in active packaging. Cellulose and tannin were mixed with distilled water in a mechanical fibrillation microprocessor, forming a homogeneous gel with nanofibrillated cellulose and tannin. Using a vacuum filtration system, the gel was converted into a film. The main results obtained through specific characterizations of the fractions, composites and films were very positive. Different properties were observed in the fractions, and it was possible to target the material obtained for specific purposes, such as for pharmaceuticals and active packaging (lower molecular weight and higher antioxidant capacity) and adhesives (higher molecular weight). Increases in the storage modulus and in the hydrophobicity were obtained from the incorporation of the tannin into wood-plastic composites, besides a compatibilization to be confirmed by morphological analysis. Finally, the films of nanocellulose and tannin presented high antioxidant properties, which was released from the contact with water. Furthermore, the films showed high mechanical strength and barrier capacity, indicating their for application as active packaging for foods and drugs. Therefore, we believe that the tannin extract can and should be used for the elaboration of higher value-added materials, mainly due to its chemical structure, abundance and sustainable production cycle.Em um mundo em busca de produtos de baixo impacto ambiental, a correta exploração de recursos biológicos está se tornam-se uma necessidade. Taninos condensáveis estão presentes em diversas fontes na natureza e caracterizam-se por serem o segundo fenólico mais abundante da Terra, atrás somente da lignina. Industrialmente, os taninos condensados são utilizados, em sua maioria, no curtimento de couro, como adesivos e também floculantes. Com base na produção mundial desse extrato fenólico e o crescimento de pesquisas sobre maximização do aproveitamento de uma matéria prima, o presente trabalho teve por objetivo a elaboração de novas estratégias para valorização do extrato de tanino. Para tanto, tanino de Mimosa (Acacia mearnsii De Wild) foi utilizado inicialmente em um processo de purificação, a fim de eliminar açúcares e ácidos e assim obter novas frações do extrato. O tanino foi fracionado utilizando solventes orgânicos com diferentes polaridades em um extrato soxhlet, em processos simples e sequenciais. Posteriormente, a fim de aplicar o tanino industrial de Mimosa em produtos ou novos materiais, confeccionou-se compósitos plástico-madeira utilizando o tanino como um compatibilizante natural. Os compósitos foram preparados utilizando polipropileno, resíduos de pinus e fibras de madeira, em um processo com um homogeneizador termocinético e uma prensa hidráulica. Por fim, o tanino foi incorporado a nanocelulose para confecção de um filme com capacidade de aplicação em embalagens ativas. Celulose e o tanino foram misturados com água destilada em um microprocessador de fibrilação mecânica, formando um gel homogêneo com celulose nanofibrilada e tanino. Utilizando um sistema de filtração a vácuo, o gel foi transformado em um filme. Os principais resultados obtidos através de caracterizações específicas das frações, compósitos e filmes foram muito positivos. Diferentes propriedades foram observadas nas frações, sendo possível direcionar o material obtido para fins específicos, como para fármacos e embalagens ativas (menor peso molecular e maior capacidade antioxidante) e adesivos (maior peso molecular). Acréscimos no módulo de armazenamento e na hidrofobicidade foram obtidos a partir da incorporação do tanino em compósitos plásticomadeira, além de uma compatibilização ser confirmada por análises morfológicas. Por fim, os filmes de nanocelulose e tanino apresentaram elevada propriedade antioxidante, liberada a partir do contato com a água. Ainda, os filmes mostraram elevada resistência mecânica e capacidade de barreira, sendo indicados para embalagens ativas para alimentos e fármacos. Portanto, nós acreditamos que o extrato de tanino pode e deverá ser utilizado para elaboração de materiais com maior valor agregado, principalmente devido a sua estrutura química, abundância e ciclo sustentável de produção