Nome do Projeto
DESENVOLVIMENTO DE NANOFIBRAS À BASE DE GOMA XANTANA PARA O ENCAPSULAMENTO DE PROBIÓTICOS
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
04/05/2020 - 30/04/2024
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Multidisciplinar
Resumo
A goma xantana é um heteropolissacarídeo produzido por bactérias do gênero Xanthomonas, sendo esse o principal biopolímero comercializado atualmente em que o processo biotecnológico permite a obtenção desse produto de grande interesse sem causar danos o meio ambiente. Com o desenvolvimento da nanotecnologia, a técnica de electrospinning tem se tornado uma das mais utilizadas para o desenvolvimento de nanofibras. Neste sentido, o desenvolvimento de nanomateriais à base de goma xantana permite a obtenção de biomateriais com propriedades distintas, como elevada relação entre área superficial e volume, podendo ser aplicado nas mais diversas áreas. Dentro do contexto alimentício, as nanofibras podem ser utilizadas como carreadores, as quais exercem a função de preservar os compostos bioativos de interesse, sejam eles biomoléculas ou probióticos, durante o armazenamento do alimento, assim como sua posterior ingestão e digestão no organismo, acarretando no aumento da bioeficiência destes compostos. O presente trabalho visa desenvolver e caracterizar nanofibras/nanocápsulas, obtidas por electrospinning, à base de goma xantana e aplica-las como nanocarreadores de probióticos. As condições operacionais da técnica de electrospinning serão determinadas através de um delineamento experimental fatorial. Os fatores de estudo serão: diâmetro do capilar (0,4 e 0,8 mm), taxa de alimentação (0,5 e 1 mL h-1) e distância do capilar ao coletor (120 e 180 mm). As nanofibras obtidas serão caracterizadas quanto a sua morfologia por microscopia eletrônica de varredura (MEV); características estruturais por espectroscopia de infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR); e propriedades térmicas através de calorímetro varredura diferencial (DSC) e análise termogravimétrica (TGA). Posteriormente, identificando as condições ideais para a produção das nanofibras, dentre as possíveis aplicações das nanofibras, as mesmas serão testadas com relação a sua capacidade de carrear e aumentar a biodisponibilidade dos probióticos, visando assim aumentar o efeito benéfico ao organismo humano causado por esses micro-organismos.

Objetivo Geral

O presente projeto visa desenvolver e caracterizar nanofibras/nanocápsulas, obtidas por electrospinning, à base de goma xantana e aplica-las como nanocarreadores de probióticos.

Justificativa

Desde o final do século 20, a técnica de electrospinning vem ganhando cada vez mais espaço dentro da comunidade cientifica, assim como na área industrial. Com o desenvolvimento da nanotecnologia, essa técnica tem se tornado uma das mais utilizadas para o desenvolvimento de nanofibras e cápsulas. Atualmente, existem mais de 100 polímeros, de origem sintética ou natural, que já foram utilizados para a formação de nanofibras ou cápsulas a partir da técnica de electrospinning. Entretanto, mesmo com o uso generalizado da técnica, a compreensão desse método ainda é bastante limitado uma vez que diversos parâmetros podem afetar a eficiente formação das nanofibras ou nanocápsulas (HAIDER; HAIDER; KANG, 2018). Dentro do contexto alimentício, as nanofibras podem ser utilizadas como carreadores, as quais exercem a função de preservar os compostos bioativos de interesse, sejam eles biomoléculas ou probióticos, durante o armazenamento do alimento, assim como sua posterior ingestão e digestão no organismo (SHEKARFOROUSH et al., 2018). Esses carreadores na escala nanométrica têm se tornado atrativos devido à elevada relação entre a sua área superficial e o seu volume, o que acarreta em maior área de contato entre o composto encapsulado e o trato gastrointestinal e, consequentemente, no aumento da bioeficiência deste composto. Os nanocarreadores apresentam flexibilidade quanto à sua forma física, em que as nanofibras estão emergindo para tal finalidade (HASANI; OJAGH; GHORBANI, 2018; SHEKARFOROUSH et al. 2018).
Stijnman. Bodnar e Tromp (2011) investigaram a formação de nanofibras a partir da técnica de electrospinning, utilizando vários polissacarídeos de origens diferentes. Os autores relataram que não conseguiram produzir nanofibras a partir de goma xantana comercial de alta massa molar em solução aquosa. Entretanto, Shekarforoush et al. (2017) foram capazes de produzir fibras uniformes de goma xantana comercial com diâmetros variando de 128 ± 36,7 até 240 ± 80,7 nm, dependendo da concentração da solução polimérica que variou de 0,5 até 2,5% (m/v), utilizando ácido fórmico como solvente. Além disso, Shekarforoush et al. (2018) foram capazes de produzir nanofibras a partir de uma blenda, utilizando goma xantana (massa molar 2000 kDa) e quitosana (28 kDa) em ácido fórmico, com 0,75% de goma xantana e 3% de quitosana (m/v). A complexidade no desenvolvimento de nanofibras à base de goma xanta, torna escasso o seu estudo na literatura, o que evidencia a relevância de se elucidar a influência das propriedades reológicas da solução polimérica à base de goma xantana no desenvolvimento de nanofibras. Ademais, na literatura consultada não constam estudos relatando o uso de nanofibras à base de goma xantana para o encapsulamento de probióticos.

Metodologia

As metodologias estão descritas em cada uma das ações cadastradas

Indicadores, Metas e Resultados

O presente trabalho possui como resultado esperado o desenvolvimento de nanofibras a partir de goma xantana de diferentes massas molares, confeccionadas pelo grupo, visando a obtenção de uma goma xantana com uma massa molar mais apropriada para o desenvolvimento de nanofibras através da técnica de electrospinning. A utilização de diferentes massas molares de goma xantana acarretará em diferentes propriedades tanto da solução polimérica como das possíveis fibras a serem formadas, permitindo a elaboração de um planejamento experimental visando à otimização da produção de nanofibras a partir de goma xantana, variando-se não apenas sua massa molar, mas também o solvente a ser utilizado (água e ácido fórmico) e a concentração da solução. Ensaios preliminares também visão otimizar as variáveis operacionais da técnica de electrospinning, como taxa de alimentação, voltagem, diâmetro do capilar e distância entre a seringa e o coletor.
Posteriormente, identificando as condições ideais para a produção das nanofibras, dentre as possíveis aplicações das nanofibras, as mesmas serão testadas com relação a sua capacidade de carrear e aumentar a biodisponibilidade dos probióticos, visando assim aumentar o efeito benéfico ao organismo humano causado por esses micro-organismos. Visa-se obter também o modelo cinético que melhor se ajuste aos dados experimentais, assim como o mecanismo controlador na liberação dos probióticos ao longo do trato gastrointestinal.
De acordo com a literatura, a massa molar influencia diretamente no entrelaçamento necessário entre as cadeias poliméricas para o desenvolvimento das nanofibras. Entretanto, na literatura consultada não constam trabalhos avaliando a influencia da massa molar da goma xantana nesse processo, logo, no presente trabalho, espera-se elucidar o efeito desse parâmetro na formação das nanofibras.
Ao final do projeto espera-se obter dois artigos científicos de alto impacto, uma patente e a formação de um aluno doutor e dois alunos de iniciação científica.

Equipe do Projeto

NomeCH SemanalData inicialData final
BEATRIZ AIMI ISHIKAME
EDUARDO SILVEIRA RIBEIRO
ELESSANDRA DA ROSA ZAVAREZE2
FABIO PEREIRA LEIVAS LEITE3
GABRIELA DE QUADROS DA LUZ
GUILHERME DA SILVA MENEGAZZI
LUIZ ANTONIO DE ALMEIDA PINTO
PATRÍCIA SILVA DIAZ 6

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