Efecto de la hidrólisis ácida y ultrasonido sobre las características físicas y microestructurales de polvos de nanocelulosa bacteriana

Abstract

La nanocelulosa bacteriana (NCB) es producida como hidrogel (manta) por microorganismos específicos (Acetobacter sp.) como metabolito primario a partir de subproductos de diversas industrias alimentarias. Debido al elevado contenido de agua de la manta obtenida es necesario un procesamiento y secado para su posterior comercialización sin que se alteren sus propiedades tecno-funcionales. El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto de distintas condiciones de tratamiento sobre las propiedades estructurales de polvos de NCB obtenidos por liofilización. Se partió de manta de NCB obtenida por Komagataeibacter xylinus, y se realizaron distintos tratamientos: procesado con homogenizador de alta velocidad (NCB control, C), procesado y sonicado (CUS), procesado e hidrolizado con HCl a 70°C (T) y procesado, hidrolizado y sonicado (TUS). Todas las suspensiones obtenidas (1%) fueron liofilizadas durante 48 h y sobre los polvos se realizaron estudios de: difracción de rayos X (DRX), microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopía infrarroja por transformadas de Fourier (FTIR) y adsorción-desorción de N2. La estructura cristalina de la nanocelulosa puede ser definida como celulosa Iα con celda unitaria triclínica o Iβ con celda unitaria monoclínica. En general las muestras de NCB poseen una relación de ~70% Iα y ~30% Iβ. En el espectro FTIR, todas las muestras presentaron bandas de estiramiento en 750 cm−1 y 710 cm−1, que confirmaron la presencia de celulosas Iα y Iβ alomorfas, respectivamente. Además, en T y TUS se observó la desaparición del pico a 1636 cm−1 (ausente en muestras de alta cristalinidad). Mediante DRX se observaron los 5 picos característicos de la celulosa, pudiendo reconocerse la indexación triclínica de celulosa I, y el mayor índice de cristalinidad de los polvos hidrolizados (superior al 85% para T y TUS vs. 70% para C y CUS). Las micrografías obtenidas por SEM estuvieron en concordancia con las diferencias observadas, las muestras C y CUS presentaron una matriz más abierta, con una estructura esponjosa que favorecería la penetración de agua en los poros, mientras que T y TUS mostraron una estructura más densa y compacta, lo cual puede vincularse con la mayor cristalinidad de las mismas. Asimismo, mediante adsorción-desorción de N2, se observó para C y CUS, una isoterma de adsorción tipo III con histéresis H3, usualmente observada en muestras con aglomerados de poros de placas paralelas que dan lugar a capilares en forma de hendidura abierta con paredes paralelas. Contrariamente, T y TUS exhibieron una combinación de histéresis tipo H2 y H4, las cuales sugieren capilares estrechos. El tamaño promedio de poros de las muestras control (C= 20.5 nm; CUS= 21.4 nm) resultó mayor que el de las hidrolizadas (T= 13.9 nm; TUS=16.5 nm). Los estudios realizados mostraron que el tratamiento con HCl condujo a un aumento en la cristalinidad de los polvos de NCB, observado mediante DRX, FTIR y SEM, y por otro lado, las condiciones de ultrasonido aplicadas produjeron una unión de las nanofibras. Estos cambios estructurales podrían conferir diferente capacidad de retención de agua y distintas propiedades mecánicas al ser aplicados en matrices alimentarias.