Lignossulfonato como um surfactante de origem vegetal : aspectos físico-químicos e potenciais aplicações

Abstract

Resumo: No presente estudo investigou-se o potencial do lignossulfonato de cálcio (LSCa) como um surfactante de origem vegetal, a partir da análise de suas propriedades físico-químicas e suas potenciais aplicações. Este trabalho baseou-se na busca por alternativas mais sustentáveis ao uso excessivo de surfactantes sintéticos, que têm gerado preocupações ambientais devido à sua toxicidade e persistência no ambiente aquático. Os lignossulfonatos, subprodutos da indústria de papel e celulose, apresentam potencial como surfactantes naturais devido à sua estrutura química, mas seu uso ainda é limitado pela falta de compreensão sobre suas propriedades físico-químicas e funcionais. Este estudo buscou caracterizar o lignossulfonato de cálcio purificado, explorando sua aplicabilidade como agente tensoativo, agente antimicrobiano e no bloqueio da radiação ultravioleta. Para isso, a pesquisa abrangeu a purificação e caracterização estrutural, química e físico-química do LSCa, por meio de técnicas como cromatografia de exclusão por tamanho (SEC), ressonância magnética nuclear (RMN), espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), espalhamento dinâmico de luz laser (DLS), espalhamento de raios-X em baixo ângulo (SAXS), microscopia de força atômica (AFM) e microscopia confocal de varredura a laser (CLSM). Foram conduzidos ensaios para avaliar as propriedades tensoativas e termodinâmicas do lignossulfonato (por tensiometria e condutimetria), além de determinar seu equilíbrio hidrofílico-lipofílico. Também foram realizados testes in vitro de bloqueio UV, citotoxicidade, atividade antimicrobiana contra patógenos selecionados e potencial de proteção de uvas contra o fungo causador do mofo cinzento. Como resultados, o LSCa teve sua identidade verificada por meio de bandas específicas no FTIR e pelas correlações encontradas no RMN, sugestivos de ligninas. A massa molar encontrada foi de 1,19 x 105 g mol-1. As análises de tamanho e morfologia revelaram a presença de agregados fractais de cerca de 240,0 nm (D = 2,45) e pequenos agregados cilíndricos de aproximadamente 2,5 nm. A concentração de agregação crítica encontrada foi de 134,6 µmol L-1 e o LSCa demonstrou atividade surfactante (p = 25,2 mN m-1). O equilíbrio hidrofílico/lipofílico determinado foi maior que 20, mostrando uma promissora ação detergente/solubilizante. Além disso, a atividade de bloqueio da radiação ultravioleta foi analisada, demonstrando um efeito de fotoproteção in vitro, mesmo em dispersões translúcidas. Testes antimicrobianos indicaram ação bacteriostática e fungistática para os microrganismos testados, com destaque para Staphylococcus aureus, com concentração inibitória mínima de 26,1 µmol L-1. Ensaios in vitro e ex vivo investigaram o potencial do LSCa na defesa contra Botrytis cinerea em uvas, não revelando efeito antifúngico direto, mas sugerindo uma possível atuação na preservação dos frutos. Testes de citotoxicidade mostraram que o LSCa não possui efeitos citotóxicos sobre fibroblastos nas concentrações testadas. Os resultados demonstram que o LSCa possui propriedades relevantes para aplicação como tensoativo natural, podendo ser explorado em formulações fotoprotetoras e antimicrobianas. No entanto, estudos adicionais são necessários para aprofundar o entendimento sobre suas aplicações e otimizar seu desempenho em formulações industriais

Abstract: The present study investigated calcium lignosulfonate (LSCa) as a plant-based surfactant by analyzing its physicochemical properties and potential applications. This research aligns with the pursuit of more sustainable alternatives to the excessive use of synthetic surfactants, which pose environmental concerns due to their toxicity and persistence in aquatic ecosystems. Lignosulfonates, byproducts of the pulp and paper industry, show potential as natural surfactants due to their chemical structure. However, their use is still limited by the lack of understanding regarding their physicochemical and functional properties. This study aimed to characterize purified LSCa and assess its applicability as a surfactant, particularly as an antimicrobial agent and ultraviolet (UV) blocking agent. To achieve this, the research included purification and structural, chemical, and physicochemical characterization of LSCa using techniques such as size-exclusion chromatography (SEC), nuclear magnetic resonance (NMR), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), dynamic light scattering (DLS), small-angle X-ray scattering (SAXS), atomic force microscopy (AFM), and confocal laser scanning microscopy (CLSM). Experiments were conducted to evaluate its surfactant and thermodynamic properties (via tensiometry and conductimetry), as well as to determine its hydrophilic-lipophilic balance (HLB). Additionally, in vitro tests were performed to evaluate its UV blocking, cytotoxicity, antimicrobial activity against selected pathogens, and the potential to protect grapes from Botrytis cinerea, the causative agent of gray mold. LSCa's identity was confirmed through specific FTIR bands and structural correlations observed in NMR, consistent with lignin-related signatures. The determined molar mass was 1.19 × 105 g mol?¹. Size and morphological analysis revealed the presence of fractal aggregates of approximately 240.0 nm (D = 2.45) and small cylindrical (rod-like) aggregates of around 2.5 nm. The critical aggregation concentration (CAC) was found to be 134.6 µmol L-¹, and LSCa demonstrated surfactant activity (p = 25.2 mN m-¹). The HLB value was greater than 20, indicating promising detergent and solubilizing properties. UV-blocking tests demonstrated an in vitro photoprotective effect even in translucent dispersions. Antimicrobial tests indicated bacteriostatic and fungistatic activity against the tested microorganisms, with particular effectiveness against Staphylococcus aureus, showing a minimum inhibitory concentration of 26.1 µmol L-¹. In vitro and ex vivo assays investigated LSCa's potential in protecting grapes from Botrytis cinerea, revealing no direct antifungal effect but suggesting a possible role in fruit preservation. Cytotoxicity tests revealed no cytotoxic effects on fibroblasts at the tested concentrations. These findings highlight LSCa's potential as a natural surfactant with applications in photoprotective and antimicrobial formulations. However, further studies are required to enhance the understanding of its applications and optimize its performance in industrial formulations