Hidrogéis e filmes a base de biopolímeros naturais contendo nanofibras de celulose de palha de soja: propriedades físicas dos materiais e reológicas das dispersões biopoliméricas - Velásquez Castillo, Lía Ethel (2024)
O objetivo geral dessa Tese foi o desenvolvimento de hidrogéis de gelatinas (Tipo A e B) e filmes à base de gelatina (Tipo A e B), pectina, ou quitosana, contendo nanofibras de celulose (NFC) de palha de soja produzidas por hidrolise enzimática. Os efeitos do tipo de biopolímero e da concentração de NFC sobre as propriedades físicas dos hidrogéis e sobre as propriedades físicas e reológicas dos filmes foram estudados. A NFC exibiu morfologia de fibra com comprimento micrométrico e diâmetro nanométrico (16,8±1,2 nm). A adição de NFC (0-3%, m/m) provocou a diminuição da tensão (~50%) e da elongação (~14%) na fratura dos hidrogéis, independentemente do tipo de gelatina. No entanto, o módulo elástico desses materiais aumentou em ~20%. A análise de perfil de textura evidenciou que as NFC aumentaram a dureza dos hidrogéis em até 25%. O comportamento viscoelástico (módulo de relaxamento e viscosidade extensional) dos hidrogéis não foi alterado pelo aumento da concentração de NFC. Além disso, a adição de NFC provocou o aumento da opacidade do hidrogel sem alterações notáveis na cor. A capacidade de inchamento dos hidrogéis diminuiu em ~30% quando a concentração de NFC aumentou de 0 a 3%, enquanto as propriedades térmicas e a estrutura química dos hidrogéis não foram alteradas. Por outro lado, as soluções formadoras de filme (SFF) apresentaram comportamento pseudoplástico, que foi aumentado pela adição de NFC (0-5%, m/m), sem mudanças significativas nos parâmetros reológicos das SFF de quitosana. Nos testes oscilatório, as SFF apresentaram comportamentos de soluções diluídas (G\" > G\'). A presença de NFC diminuiu o comportamento viscoso das SFF de gelatina tipo B, sem tendencias notáveis para os polissacarídeos. Os dados obtidos nos testes de varreduras de temperatura permitiram observar que a presença de NFC não alterou as temperaturas de transição de fase das SFF de gelatina. A adição de NFC (0-5%, m/m) diminuiu a tensão na ruptura dos filmes de gelatina tipo A enquanto aumentou sua elongação. Em contraste, a resistência à tração dos filmes de gelatina tipo B e de pectina aumentou em 40 e 33% a 1 e 5% de NFC, respectivamente, sem variações na elongação na ruptura. As propriedades mecânicas dos filmes de quitosana não foram alteradas pela presença da NFC. A opacidade de todos os filmes aumentou com a presença de NFC enquanto o brilho e a solubilidade diminuíram, já os parâmetros de cor L*, a* e b* apresentaram algumas alterações com exceção dos filmes de quitosana. As propriedades térmicas dos filmes de gelatina tipo B foram melhoradas com a presença de NFC. Outras propriedades dos filmes, como a umidade, ângulo de contato com a água e a permeabilidade ao vapor de água não foram alteradas pela adição de NFC. Os resultados indicaram que as NFC não conseguiram reforçar de forma viável estruturas tridimensionais, como os hidrogéis, sem afetar as propriedades viscoelásticas ou de textura desses materiais. Em sistemas líquidos, as NFC favorecem o comportamento pseudoplástico das SFF e podem diminuir o comportamento viscoso de SFF biopoliméricas. Em sistemas de baixa umidade, como os filmes, as NFC podem ser usados como reforço para melhorar propriedades mecânicas e térmicas.