Obtención de nanocristales de celulosa bacteriana por hidrólisis ácida para el uso en la industria alimentaria

ALONSO, LAURA; DI GIORGIO, LUCIANA; FORESTI, MARIA LAURA; MAURI, ADRIANA NOEMÍ

Congreso; XVIII Congreso Argentino de Ciencia y Tecnología de Alimen; 2023

En las últimas dos décadas las nanocelulosas han merecido gran interés debido a sus propiedades únicas como son origen renovable, alta relación superficie/volumen, bajo coeficiente de expansión térmica, baja densidad, biodegradabilidad, biocompatibilidad y propiedades mecánicas muy atractivas. Entre los nanomateriales celulósicos, la nanocelulosa bacteriana (BNC) es reconocida por su alta pureza, estructura nanofibrilar intrínseca y un alto grado de polimerización y cristalinidad. Siguiendo un procedimiento de purificación adecuado la BNC puede obtenerse a partir de un subproducto de la producción de té de Kombucha, una bebida fermentada de consumo creciente en nuestro país y en el mundo a raíz de las cualidades terapéuticas que se le atribuyen. A su vez, a partir de la BNC se pueden aislar nanocristales de celulosa (CNC) por hidrólisis ácida siguiendo protocolos de uso común para la producción de CNC de fuentes vegetales. Sin embargo, el elevado contenido de agua con el que se obtiene la BNC luego de la purificación (mayor al 95%) restringe la utilización de las concentraciones elevadas de ácido requeridas para la hidrólisis eficiente del sustrato. En este marco, el objetivo de este trabajo fue estudiar la viabilidad de obtener CNC a partir de BNC de Kombucha por hidrólisis ácida de las nanofibrillas deshidratadas tanto por liofilización como por secado en estufa. En todos los casos se utilizó ácido sulfúrico al 63.5%, 45°C, agitación magnética media y concentraciones de BNC de 2% y 5% (masa seca/volumen). Se evaluaron tiempos de reacción de 40 y 60 minutos. Se determinó el rendimiento de los procesos, y los productos obtenidos fueron caracterizados en términos de morfología por AFM y TEM, y cristalinidad por DRX. En cuanto al rendimiento de la producción de CNC el mismo alcanzó 83 % cuando la BNC de partida se deshidrató por liofilización y 88% cuando la BNC se secó en estufa. En todos los casos se obtuvieron estructuras tipo aguja con longitudes entre 100 y 800 nm y anchos entre 3 y 10 nm, siendo los CNC obtenidos a partir de BNC secada en estufa los mas cortos para ambas concentraciones de BNC y los de 2% los de mayor rendimiento. El índice de cristalinidad determinado por el método de Segal estuvo entre 85 y 93%, valores similares/superiores a los de la BNC utilizada como sustrato (84%). Los CNC obtenidos de BNC liofilizada presentaron un menor índice de cristalinidad para ambas concentraciones y tiempos de reacción contra los CNC de BNC secada en estufa.Los resultados obtenidos demuestran la posibilidad de obtener nanocristales de celulosa microbiana como fuente alternativa, con características prometedoras para su uso como ingredientes funcionales (emulsificantes, espesantes y/o estabilizantes en alimentos, o como refuerzo y barrera de gases en matrices poliméricas para envases alimentarios), aplicaciones en las que habitualmente se utilizan nanocristales aislados de fuentes vegetales. Dada la pureza de la nanocelulosa bacteriana, esta se presenta como una opción atractiva frente a la celulosa de origen vegetal cuyo aislamiento de la matriz lignocelulósica requiere de operaciones de tratamiento alcalino y blanqueo.