Lignina de serragem de Eucalyptus SPP : isolamento, caracterização, propriedades antioxidantes e aplicação na síntese verde de nanopartículas de prata

Abstract

Resumo: Resíduos lignocelulósicos são importantes fontes de recursos renováveis e disponíveis em abundância. Para explorar o potencial desse tipo de resíduo é importante estudar estratégias para o reaproveitamento de suas principais frações lignocelulósicas e principalmente vencer os obstáculos da utilização da lignina. O objetivo do presente estudo foi fracionar os grandes grupos da célula vegetal, isolar a lignina e realizar análises físico-químicas da lignina de serragem Eucalyptus spp., avaliando suas propriedades antioxidantes e aplicação na síntese verde de nano partículas de prata. Inicialmente foi avaliada a composição lignocelulósica da biomassa. A biomassa foi fracionada por pré-tratamento sequencial ácido/alcalino. Durante o pré-tratamento foram avaliadas as melhores condições de temperatura, tempo e concentração de ácido sulfúrico, para recuperação de açúcares, para o qual as condições finais foram (140°C; 20 min; 1,5% H2SO4). O pré-tratamento alcalino consistiu em dois estágios, avaliação da concentração de NaOH em autoclave, seguido de avaliação do aumento da temperatura em reator de hidrólise, visando obter maiores rendimentos na recuperação de lignina, tendo como condições finais (130°C; 90 min; 10% NaOH). Após o isolamento, realizou-se a caracterização físico-química da lignina isolada (LIGSE), por meio das seguintes análises: TGA, FTIR e RMN 2D HSQC. A cristalinidade das fibras foi analisada por DRX. A capacidade antioxidante da lignina, foi determinada por transferência de elétrons usando o DPPH e o ABTS. A lignina também foi aplicada como agente redutor na síntese verde de nano partículas de prata (AgNPs) e avaliou-se as características das AgNPs por análises de DLS, FTlR e MET bem como a capacidade antimicrobiana das AgNPs e da lignina. Os resultados mostraram que após o pré-tratamento alcalino, o rendimento específico de lignina foi de 69,38%. A caracterização estrutural por RMN revelou a composição dos grupos de interunidades e estruturas terminais, subunidades S e G e a presença de xilanas. LIGSE apresentou bons resultados sobre a atividade antioxidante por inibição do radical DPPH (81,58%) e IC50 60 pg/mL. Para o radical ABTS, a inibição foi (99,86%). As AgNPs apresentaram valores de concentração inibitória mínima (MIC) de 31,25; 7,81; 15,62 e 15,62 pg/mL para B. subtilis, S.aureus, E. coli e S. typhi respectivamente. Conclui-se que o pré-tratamento sequencial ácido/alcalino foi eficiente para a recuperação da lignina extraída da serragem de Eucalyptus spp. Quanto as propriedades biológicas a lignina apresentou bom desempenho em sua capacidade antioxidante e se mostrou promissora quanto a aplicação na síntese verde de nano partículas.

Abstract: Lignocellulosic wastes are important sources of renewable and abundant resources. To explore the potential of this type of waste, it is important to study strategies for the reuse of its main lignocellulosic fractions and, above all, to overcome the obstacles of using lignin. The aim of the present study was to fractionate the large groups of the plant cell, isolate and perform physical-chemical analyzes of the lignin from Eucalyptus spp. sawdust evaluating its antioxidants activities and application in the green synthesis of silver nanoparticles. Initially, the lignocellulosic composition of the biomass was evaluated. The biomass was fractionated by sequential acid/alkaline pretreatment. During the pre-treatment were evaluated the best conditions of temperature, time and sulfuric acid concentration for sugar recovery, for which the final conditions were foram (140°C; 20 min; 1,5%H2SO4). The alkaline pretreatment consisted of two stages, evaluation of the concentration of NaOH in autoclave followed by evaluation of the temperature increase in hydrolysis reactor, aiming to obtain higher yields in lignin recovery, taking the final conditions (130°C; 90 min; 10%NaOH). After the isolation, the physicochemical characterization of lignin isolated (LIGSE) was carried out, through the following TGA, FTIR and 2D NMR HSQC analyzes. The crystallinity of the fibers was analyzed by XRD. The antioxidant capacity of lignin was determined by electron transfer using DPPH and ABTS. Lignin was also applied as a reducing agent in the green silver nanoparticle synthesis (AgNPs) and the AgNPs characteristics were evaluated by DLS, FTIR and MET analyzes as well as the antimicrobial capacity of AgNPs and lignin. The results showed that the alkaline pretreatment allowed a specific yield of lignin (69,38%). The structural determination by NMR revealed the composition of the groups of interunits and terminal structures, S and G subunits and the presence of xylans present in lignin. LIGSE presented good results about the antioxidant activity by inhibition of the DPPH radical in 80,07% and IC50 60 ^g/mL. For the ABTS radical, the inhibition was 99,86%. AgNPs presented minimum inhibitory concentration (MIC) values of 31,25; 7,81; 15,62 and 15,62 ^g/mL for B. subtilis, S.aureus, E. coli and S. typhi respectively. It is concluded that the sequential acid / alkaline pre-treatment process evaluated was efficient for the recovery of lignin extracted from the sawdust of Eucalyptus spp. In its biological properties the lignin presented good performance in its antioxidant capacity and was shown to be promising as applied in the green synthesis of nanoparticles.