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Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/25505
Tipo do documento: Dissertação
Título: Avaliação da extração de celulose bacteriana a partir do resíduo de Kombucha (SCOBY): caracterização microbiológica, físico-química e aplicação como carga em composições de borracha
Título(s) alternativo(s): Extraction of bacterial cellulose from Kombucha waste (SCOBY): microbiological, physical-chemical characterization and application as filler in rubber compositions
Autor: Campeão, Fernanda de Andrade Buás 
Primeiro orientador: Sousa, Ana Maria Furtado de
Segundo orientador: Sant’Ana, Gizele Cardoso Fontes
Primeiro coorientador: Silva, Kelly Alencar
Primeiro membro da banca: Costa, Antonio Carlos Augusto da
Segundo membro da banca: Rocha, Elisson Brum Dutra da
Terceiro membro da banca: Santos, Tamires Carvalho dos
Resumo: Kombucha é uma bebida fermentada ligeiramente gaseificada produzida a partir do chá de Camellia sinensis adoçado, e uma Cultura Simbiótica de Bactérias e Leveduras, denominada SCOBY (do inglês, Symbiotic Culture of Bacteria and Yeast). No final da produção esse SCOBY é descartado como resíduo da produção ou parcialmente reutilizado para gerar novas fermentações. O SCOBY é composto por celulose bacteriana, que na bebida kombucha é conhecida como Celulose de Kombucha (KC). A KC tem despertado crescente interesse em aplicações biotecnológicas. Em função disso, diversos estudos vêm sendo conduzidos com foco em sua utilização em diferentes segmentos industriais. Considerando seu elevado potencial como carga de reforço, o presente trabalho teve como objetivo avaliar o processo de extração da KC a partir do SCOBY, realizar sua caracterização físico-química e investigar sua viabilidade em composições de borracha natural (NR). Além disso, isolar microrganismos (bactérias e leveduras) e caracterizar a diversidade microbiana do SCOBY por análise metagenômica. Na caracterização microbiológica foram isoladas seis bactérias, sendo duas com características de Bactérias do Ácido Acético (BAA), pertencentes ao gênero Komagataeibacter sp. e duas leveduras. A análise metagenômica resultou em 24 bactérias e 6 fungos, sendo a bactéria de maior quantidade foi a Komagataeibacter sucrofermentains e a Levedura foi a Zigosacharomyces bailli. A produção de Kombucha resultou em 3,83 g/L de SCOBY, com conversão de 0,078 g/g de açúcar e produtividade média de 0,26 g/L·dia. Para avaliar as extrações da celulose, os SCOBYs foram tratados por três métodos: tratamento alcalino com NaOH 1M (TA), autoclave (AU) e combinação dos dois métodos (AUTA). A análise de composição avaliou os três métodos de extração e foi observado que o método TA e AUTA promoveram uma maior redução de 86% e 70% dos lipídios, respectivamente. Em ambos os casos, a remoção de proteínas foi, em média, de 84%. As micrografias obtidas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) revelaram que, na extração por TA, as fibras apresentaram-se mais dispersas e com diâmetros predominantemente nanométricos (<100 nm). Por outro lado, a combinação dos dois métodos (AUTA) resultou em uma estrutura mais compacta. De todos os métodos de extração, o TA foi escolhido como tratamento para uso do SCOBY na aplicação em látex. Amostras liofilizadas e moídas de KC-TA foram submetidas a análises de FTIR e DRX onde se observou que KC tem característica de celulose do tipo I, com índice de cristalinidade de 58,4%. E pico máximo de degradação de 315º C no TGA-DTG. A KC foi então adicionada ao látex em frações de 0, 2,5, 5, 10 e 15 phr (partes por cem). A adição de KC influenciou as propriedades mecânicas e estruturais da borracha, houve uma redução no tempo de vulcanização e aumento do torque, na densidade de ligação cruzada, na dureza e na resistência ao rasgo. Entretanto, reduziu o alongamento e a tensão de ruptura.
Abstract: Kombucha is a slightly carbonated fermented beverage produced from sweetened Camellia sinensis tea and a Symbiotic Culture of Bacteria and Yeasts (SCOBY, from the English, Symbiotic Culture of Bacteria and Yeast). At the end of production, this SCOBY is discarded as production waste or partially reused to generate new fermentations. The SCOBY is composed of bacterial cellulose, which in kombucha is known as Kombucha Cellulose (KC). KC has attracted growing interest in biotechnological applications. As a result, several studies have focused on its use in different industrial segments. Considering its high potential as a reinforcing filler, the present work aimed to evaluate the KC extraction process from SCOBY, perform its physicochemical characterization, and investigate its feasibility in natural rubber (NR) compositions. Additionally, microorganisms (bacteria and yeasts) were isolated and the microbial diversity of the SCOBY was characterized through metagenomic analysis. In the microbiological characterization, six bacteria were isolated, two of which had characteristics of Acetic Acid Bacteria (AAB), belonging to the genus Komagataeibacter sp., and two yeasts. The metagenomic analysis resulted in 24 bacteria and 6 fungi, with the most abundant bacterium being Komagataeibacter sucrofermentans and the yeast being Zygosaccharomyces bailii. Kombucha production yielded 3.83 g/L of SCOBY, with a sugar conversion rate of 0.078 g/g and an average productivity of 0.26 g/L·day. To evaluate cellulose extractions, the SCOBYs were treated by three methods: alkaline treatment with 1M NaOH (TA), autoclaving (AU), and a combination of both methods (AUTA). The compositional analysis assessed the three extraction methods and it was observed that the TA and AUTA methods promoted a greater reduction of 86% and 70% in lipids, respectively. In both cases, protein removal averaged 84%. Scanning electron microscopy (SEM) micrographs revealed that, in the TA extraction, the fibers were more dispersed and predominantly nanometric in diameter (<100 nm). On the other hand, the combination of both methods (AUTA) resulted in a more compact structure. Of all the extraction methods, TA was chosen as the treatment for using SCOBY in latex application. Freeze-dried and milled KC-TA samples were subjected to FTIR and XRD analyses, where KC showed characteristics of type I cellulose, with a crystallinity index of 58.4% and a maximum degradation peak of 315°C in TGA-DTG. KC was then added to latex in fractions of 0, 2.5, 5, 10, and 15 phr (parts per hundred). The addition of KC influenced the mechanical and structural properties of the rubber, resulting in a reduction in vulcanization time and an increase in torque, crosslink density, hardness, and tear resistance. However, it reduced elongation and tensile strength.
Palavras-chave: Biocompósitos
Kombucha
Celulose bacteriana
Borracha natural
Extração
Biocomposites
Bacterial cellulose
Natural rubber
Extraction
Área(s) do CNPq: ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UERJ
Departamento: Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Química
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Citação: CAMPEÃO, Fernanda de Andrade Buás. Avaliação da extração de celulose bacteriana a partir do resíduo de Kombucha (SCOBY): caracterização microbiológica, físico-química e aplicação como carga em composições de borracha. 2025. 118 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Instituto de Química, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2025.
Tipo de acesso: Acesso Embargado
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/25505
Data de defesa: 31-Jul-2025
Aparece nas coleções:Mestrado em Engenharia Química



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