Produção de nanocelulose fibrilada via moagem enzimática

Devido aos enormes problemas ambientais, e o consumo exorbitante de materiais a base de plástico, inovações tecnológicas para o desenvolvimento mais sustentável tem chamado a atenção de pesquisadores. O aproveitamento da biomassa, como resíduos industriais, domésticos e agrícolas são uma grande alternativa na produção de materiais com alto valor agregado. Por esses motivos há um grande interesse em escala global na aplicação de materiais biodegradáveis, renováveis e verdes, para a substituição de recursos não renováveis. A nanocelulose fibrilada (NCF) é um biopolímero inovador e biodegradável com aplicabilidade em diversas áreas, ela é obtida a partir da celulose extraída da biomassa de resíduos industriais e agrícolas. A NCF possui características e propriedades únicas e que são fortemente dependentes do comprimento da fibrila, que determinam a resistência do material a base de nanocelulose. Portanto foi avaliado o pré- tratamento de moagem de facas (PCCf) e martelos (PCCm), e o pré-tratamento de laminação em polpa de eucalipto de fibra curta, (PCCl) ficando definido que a moagem de martelo e a laminação preservam melhor a fibra de celulose. Foi utilizado um planejamento estatístico de misturas Simplex Lattice para determinar a mistura ótima enzimática para a produção de NCF, de 75% de celulase e 25% de xilanase utilizando a PCCm, com um rendimento de 68%. Foi avaliado que a enzima LPMO favorece a produção de nanocelulose atuando em conjunto com essas enzimas aumentando o rendimento em 12 %. O processo de produção de NCF foi otimizado utilizando Delineamento Composto Central Rotacional, quanto ao tempo de produção (0,5 h – 3,5 h), carga enzimática (10 U/g – 69 U/g) e velocidade de rotação (660 rpm – 5940 rpm) durante a moagem de bolas e hidrólise enzimática, simultaneamente. O ponto ótimo experimental foi de 3,5 h com uma carga enzimática de 69 U/g e 5940 rpm que forneceu maior rendimento de NCF (41,67%). O rendimento de NCF no ponto ótimo quando usado a polpa pré tratada com laminação (NCF2) e a polpa pré tratada com LPMO (NCF3) foram 33% e 45% respectivamente. A Difração de raio x foi possível calcular o índice de cristalinidade das amostras de nanocelulose produzida, e a amostra NCF2 foi a que apresentou maior ICr (84,34). Foram capturadas micrografias das amostras de NCF utilizando a microscopia eletrônica de varredura onde foram feitas medições das fibras de diâmetros que variaram de 56 nm a 396nmDue to the enormous environmental problems and the exorbitant consumption of plastic-based materials, technological innovations for more sustainable development have called the attention of researchers. Using biomass, such as industrial, domestic and agricultural waste, is a great alternative for producing highly beneficial materials. For these reasons, there is great interest on a global scale in the application of biodegradable, renewable, and green materials to replace non-renewable resources. Fibrillated nanocellulose (NCF) is an innovative biopolymer with biodegradable applicability in several areas; it is obtained from cellulose extracted from biomass industrial and agricultural waste. NCF has unique characteristics and properties strongly dependent on the length of the fibril, which determines the strength of the nanocellulose-based material. Therefore, knife milling (PCCf) and hammer milling (PCCm) pre-treatments, and lamination pre-treatments on short-fiber eucalyptus pulp (PCCl) were evaluated, and it was defined that hammer milling and lamination best preserve the cellulose fiber. A Simplex Lattice mixture statistical planning was used, which was possible to determine the optimal enzyme mixture for NCF production of 75% cellulase and 25% xylanase using PCCm, which provided a yield of 68%. It was evaluated that the enzyme LPMO favors the production of nanocellulose acting together with these enzymes, increasing the yield by 12 %. The NCF production process was optimized using Central Rotational Composite Design, regarding the production time (0.5 h - 3.5 h), enzyme loading (10 U/g - 69 U/g) and the rotation speed (660 rpm – 5940 rpm) during ball-milling and enzymatic hydrolysis, simultaneously. The experimental optimum point was 3.5 h with an enzyme loading of 69 U/g and 5940 rpm, which provided the highest NCF yield (41.67%). The NCF yield at the optimum point when using the lamination pretreated pulp (NCF2) and the LPMO pretreated pulp (NCF3) were 33% and 45%, respectively. The x-ray diffraction could calculate the crystallinity index of the produced nanocellulose samples, and the NCF2 sample had the highest ICr (84.34). Micrographs of the NCF samples were captured using scanning electron microscopy, where measurements were made of the fibers of diameters ranging from 56 nm to 396nm91 p