Utilize este identificador para referenciar este registo:
https://hdl.handle.net/1822/76945
Título: | Bacterial cellulose: one material, multiple products |
Outro(s) título(s): | Celulose bacteriana: um material, múltiplos produtos |
Autor(es): | Martins, Daniela Sofia Rodrigues |
Orientador(es): | Gama, F. M. Fortunato, Elvira Maria Correia |
Palavras-chave: | Bacterial cellulose Dry additive Food and cosmetics Heterogeneous systems Stabilizer and thickener Celulose bacteriana Aditivo seco Alimentar e cosmética Sistemas heterogéneos Estabilizante e espessante |
Data: | 12-Abr-2022 |
Resumo(s): | In the scope of this doctoral thesis, bacterial cellulose (BC) dry formulations were produced, using
carboxymethyl cellulose (CMC) as a co-drying agent to prevent hornification and improve colloidal stability.
Dry BC:CMC in a mass ratio of 1:1 is able to redisperse in aqueous media in few minutes, under lowenergy
mixing, preserving the properties of the never-dried mixture: high viscosity, reduction of the
oil/water interfacial tension and the ability to stabilize heterogeneous systems.
To study the effect of processing parameters in the formulation’s properties, different wet-grinding, drying
and comminution methods were employed. The size of wet BC fibre bundles was found to be the most
relevant parameter, as a reduction in the Dv(50) from 1228 to 55 μm resulted in a decrease in viscosity,
interfacial activity and suspending ability of the respective BC:CMC (1:1) formulations. At a concentration
of 0.15 %, BC:CMC showed better particle suspending ability than several commercial cellulose products.
A spray-dried BC:CMC (1:1) formulation, with a Zeta Potential of (-67.0 ± 3.9) mV and a Dv(50) of (601
± 19.7) μm, was employed as stabilizer of oil-in-water emulsions. It was able to impart a high viscosity,
decrease the oil/water interfacial tension and to form a three-dimensional network structuring the
continuous phase, key characteristics for providing emulsion stability. Indeed, at a concentration of 0.50
%, the dry BC:CMC formulation was able to stabilize emulsions against coalescence or creaming for up
to 90 days, confirming the potential of BC as a Pickering stabilizer.
Cosmetic cream analogues were prepared by partially or completely replacing the surfactants of a
traditional cosmetic emulsion with only 0.75% freeze-dried BC:CMC (1:1). BC-stabilized creams
consistently showed similar results to the surfactant-stabilized control cream, and allowed to mimic
relevant properties such as storage stability, rheologic behaviour and texture. BC:CMC was also able to
stabilize cosmetic emulsions at lower concentration when compared with two commercial cosmetic grade
microcrystalline celluloses.
Finally, the BC:CMC ratio was increased to 1:0.5, leading to improved rheological properties. In a
benchmark with commercial xanthan gum, BC:CMC 1:0.5 showed higher values of zero-shear viscosity,
presented a measurable yield stress of (1.54 ± 0.17) Pa (for a 0.5 % aqueous dispersion) and the highest
storage modulus, indicating a stronger solid-like character and better stabilizing properties. Contrarily to
xanthan gum, the viscosity of all BC:CMC dispersions was independent from the pH and ionic strength. No âmbito desta tese de doutoramento foram produzidas formulações secas de celulose bacteriana (BC), usando carboximetil celulose (CMC) como coadjuvante de secagem para prevenir a agregação irreversível das fibras e melhorar a estabilidade coloidal. A BC:CMC seca, com rácio de 1:1, redispersa em água em poucos minutos e com baixa energia de agitação, preservando as propriedades da mistura não seca: alta viscosidade, redução da tensão interfacial óleo/água e capacidade de estabilizar sistemas heterogéneos. Para estudar o efeito dos parâmetros de processamento nas propriedades da formulação, foram usados diferentes métodos de trituração em húmido, secagem e cominuição. Constatou-se que o tamanho dos agregados de fibras húmidas de BC é o parâmetro mais relevante, já que uma redução do Dv(50) de 1228 para 55 μm causou uma diminuição da viscosidade, da atividade interfacial e da capacidade de suspensão das respetivas formulações BC:CMC (1:1). A uma concentração de 0.15 %, a BC:CMC demonstrou melhor capacidade de suspensão de partículas do que várias celuloses comerciais. Uma formulação de BC:CMC (1:1) seca por spray-drying, com um potencial Zeta de (-67.0 ± 3.9) mV e um Dv(50) de (601 ± 19.7) μm, foi usada como estabilizante de emulsões óleo-em-água. Esta foi capaz de promover alta viscosidade, diminuir a tensão interfacial e formar uma rede tridimensional a estruturar a fase contínua, características chave para estabilizar emulsões. De facto, a uma concentração de 0.5 % a formulação de BC:CMC foi capaz de estabilizar emulsões contra coalescência e creaming até 90 dias. Foram preparados análogos de cremes cosméticos substituindo completa ou parcialmente os surfactantes de uma emulsão cosmética por apenas 0.75 % de BC:CMC 1:1 liofilizada. Os cremes estabilizados com BC mostraram consistentemente resultados similares aos do controlo estabilizado com surfactantes, permitindo reproduzir propriedades relevantes como a estabilidade de armazenamento, o comportamento reológico e a textura. A BC:CMC foi capaz de estabilizar emulsões cosméticas com menor concentração do que duas celuloses microcristalinas comerciais usadas na cosmética. Por fim, o rácio de BC:CMC foi aumentado para 1:0.5, levando à melhoria das propriedades reológicas. Num estudo comparativo com xantano, a BC:CMC 1:0.5 apresentou maior viscosidade em repouso, uma tensão de cedência de (1.54 ± 0.17) Pa (para uma concentração de 0.5 %) e modulo elástico superior, indicativo de um carácter sólido pronunciado e melhores propriedades estabilizantes. Contrariamente ao xantano, a viscosidade das dispersões de BC:CMC mostrou-se independente do pH e da força iónica. |
Tipo: | Tese de doutoramento |
Descrição: | Tese de doutoramento em Chemical and Biological Engineering |
URI: | https://hdl.handle.net/1822/76945 |
Acesso: | Acesso aberto |
Aparece nas coleções: |
Ficheiros deste registo:
Ficheiro | Descrição | Tamanho | Formato | |
---|---|---|---|---|
Daniela Sofia Rodrigues Martins.pdf | Tese de doutoramento | 8,21 MB | Adobe PDF | Ver/Abrir |
Este trabalho está licenciado sob uma Licença Creative Commons