A indústria da cana-de-açúcar gera vários subprodutos, incluindo a palha e o bagaço. A sua conversão em produtos de valor acrescentado é da maior importância numa perspetiva de economia circular. A lenhina - um dos três principais componentes das biomassas - tem despertado bastante interesse como ingrediente versátil para diferentes aplicações. Assim sendo, a presente tese visa valorizar, de forma sustentável, os resíduos da cana-de-açúcar (palha e bagaço), através do desenvolvimento de produtos à base de lenhina. No Capítulo 1, apresenta-se uma revisão da literatura focada na valorização da lenhina obtida dos subprodutos da cana-de-açúcar. No Capítulo 2, apresentam-se os objetivos detalhados do projeto. O Capítulo 3 apresenta diferentes pré-tratamentos para extração da lenhina, nomeadamente, alcalino, organosolv e solventes eutéticos. Além disso, a combinação de pré-tratamentos foi considerada seguindo uma abordagem de processo integrado: pré-tratamento hidrotérmico seguido de um pré-tratamento alcalino. O pré-tratamento alcalino do bagaço provou ser o mais eficaz entre todos os pré-tratamentos, produzindo lenhina com propriedades distintas, como pureza (89%), cor (castanho-claro; L*/a*/b*: 60,3/6,1/19,1), odor (doce amadeirado) e custo de produção (29 €/kg). Relativamente à sustentabilidade, todos os processos alcançaram excelentes pontuações, variando entre 83 e 93%, com a extração alcalina do bagaço a registar a pontuação mais elevada. O Capítulo 4 descreve a purificação da lenhina obtida com menor pureza. Neste contexto, o licor alcalino da palha foi submetido a uma etapa de filtração por membrana em duas fases: primeiramente o licor foi filtrado com uma membrana de microfiltração de fluoreto de polivinilideno (500–1000 kDa), seguido de uma filtração com uma membrana de ultrafiltração de 10 kDa de polietersulfona para concentrar o fluxo de permeado. Após precipitação ácida a pH 2, a pureza da lenhina aumentou de 61% para 84%. No Capítulo 5, é detalhada a caracterização exaustiva das lenhinas obtidas pelos pré-tratamentos, em termos de propriedades físico-químicas e estruturais. Os resultados confirmaram a presença dos principais grupos funcionais nas sete lenhinas, com algumas diferenças atribuídas à biomassa. O teor mais elevado de unidades hidroxilo fenólicas totais foi obtido para as lenhinas do bagaço organosolv e do processo integrado. Concluiu-se, também, que as unidades de guaiacilo (G) foram predominantes nos pré-tratamentos do bagaço, seguidas das unidades de siringilo (S). A lenhina organosolv apresentou um peso molecular mais baixo, enquanto a distribuição de peso molecular mais elevada foi observada para as lenhinas da palha com pré-tratamentos de solventes eutéticos e alcalinos. No Capítulo 6, foram avaliadas as atividades antioxidantes e antibacterianas das lenhinas do bagaço e palha dos diferentes pré-tratamentos otimizados, e foi estudada a relação entre a estrutura química e a funcionalidade da lenhina. O teor de fenólicos totais e a atividade antioxidante foram significativamente mais elevados para as lenhinas da palha e do bagaço alcalinas, organosolv e de processo integrado. No que diz respeito à atividade antibacteriana, as lenhinas alcalinas mostraram atividade contra ambas as bactérias representativas avaliadas (Escherichia coli e Staphylococcus aureus), tendo a lenhina alcalina do bagaço apresentado o melhor desempenho. O Capítulo 7 explora o desenvolvimento de dois produtos à base de lenhina nas áreas da cosmética e materiais. Para a área da cosmética, a lenhina foi testada como protetor natural de UV, antioxidante e pigmento numa formulação de creme anti-imperfeições (creme BB). Foram alcançados resultados notáveis em termos de FPS in vitro e in vivo de 9,5 ± 2,9 e 9,6 ± 0,8, respetivamente. Além disso, o creme BB à base de lenhina revelou uma proteção UV de largo espetro (comprimento de onda crítico de 378 ± 0,5 nm). A lenhina também mostrou capacidade antioxidante, sendo segura para aplicação tópica. Para materiais, a lenhina foi explorada como agente impermeável à água em revestimentos para embalagens de papel. Os resultados demostraram que o revestimento à base de lenhina foi capaz de aumentar três vezes mais a resistência à água do papel, sugerindo este revestimento como uma solução promissora para melhorar o desempenho das embalagens à base de papel. O revestimento também demonstrou resistência à fissuração por dobragem a 90°. Os resultados deste estudo corroboram a pertinência da exploração dos resíduos da cana-de-açúcar como fonte natural e sustentável de novos ingredientes e o potencial da lenhina como ingrediente versátil para as áreas da cosmética e materiais.
| Data do prémio | 2 fev. 2024 |
|---|
| Idioma original | English |
|---|
| Instituição de premiação | - Universidade Católica Portuguesa
|
|---|
| Supervisor | Patrícia Filipa Santos Costa (Supervisor), Maria Inês Ferreira da Mota (Co-Orientador) & João Porfírio da Silva Burgal (Co-Orientador) |
|---|