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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2019.tde-20032020-103610
Document
Author
Full name
Erica Corina da Silva
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2019
Supervisor
Committee
Tadini, Carmen Cecilia (President)
Arias, Carla Ivonne La Fuente
Masaoka, Tatiana Guinoza Matuda
Title in Portuguese
Dupla modificação química do amido de mandioca com potencial uso como biomaterial.
Keywords in Portuguese
Amido
Bioengenharia
Biomateriais
Esterificação
Polissacarídeos
Abstract in Portuguese
A modificação química é a chave para transformar polissacarídeos em biomateriais. Amido modificado para aplicações biomédicas é sintetizado em condições nas quais a quantidade de grupos funcionais inseridos nas moléculas dever ser limitada e a estrutura do grânulo deve ser preservada. Entretanto, a literatura trata o sistema de síntese química como caixa-preta. Este trabalho questionou essa abordagem por meio da síntese de derivados de amido de mandioca em uma montagem experimental capaz de monitorar o meio de reação e de controlar o pH por intermédio de microcontroladores. O amido de mandioca nativo foi reticulado em quatro condições distintas, variando o pH e a proporção de trimetafosfato trisódio por amido. Os derivados reticulados foram então acetilados com anidrido acético nas mesmas condições de reação. Os parâmetros de gelatinização foram estimados por microcalorimetria exploratória diferencial e as mudanças na estrutura molecular foram avaliadas por espectroscopia vibracional. Os resultados demonstraram que os ânions fosfato interagem com as moléculas do amido e alteram o padrão de inchamento. A temperatura e a entalpia de gelatinização dos derivados reticulados, em média, foram iguais e os espectros vibracionais semelhantes. A temperatura de gelatinização dos derivados acetilados foi menor que a temperatura de gelatinização dos derivados reticulados e a entalpia de gelatinização também foi menor, mas esta diferença não alcançou significância estatística. Concluiu-se que as condições do meio de reticulação comprometem a estrutura do grânulo, levando à gelatinização e que as moléculas do amido não reticulam nas condições estudadas. Além disso, a estabilidade térmica do grânulo diminuiu quando as moléculas estavam acetiladas devido ao abaixamento do ponto de fusão da amilopectina, por sua vez, causado pela presença de moléculas hidrolisadas na fase fundida. No mais, a unidade química montada assegurou a repetibilidade das condições de síntese dos derivados de amido de mandioca.
Title in English
Double-chemically modified cassava starch as potential biomaterial.
Keywords in English
Bioengineering
Biomaterials
Esterification
Polysaccharides
Starch
Abstract in English
Modification of polysaccharide macromolecules provides control over chemical functionality to fabricate biomaterials. Pharmaceutical grade starch derivatives are modified by appending a limited number of functional groups to starch molecules while curtailing granule rupture. The research into the chemical modification of starch approaches the chemical reaction system as a black box. This work challenged this approach by synthesizing modified cassava derivatives in an experimental assembly enabled by microcontrollers to monitor the reacting medium conditions and to control the pH. Native cassava starch was cross-linked at four conditions varying the pH and the proportion of trisodium trimetaphosphate to starch. Subsequently, the cross-linked derivatives were acetylated with acetic anhydride in the same reaction conditions. The gelatinization parameters were evaluated by differential scanning microcalorimetry and the structural changes were assessed by vibrational spectroscopy. It was observed anions phosphate interaction with starch molecules changed the granule swelling pattern. The gelatinization temperature and enthalphy, and the vibrational spectra of cross-linked derivatives did not differ. The gelatinization temperature of acetylated derivatives was lower than the gelatinization temperature of cross-linked derivatives, and the enthalpy was also lower, but this difference did not reach statistical significance. These findings are associated with activity of anions phosphate that can disrupt gelatinization and with lack of cross-linked bonds between starch molecules. It can be inferred the underlying cause of lower thermal stability of acetylated derivative granules was the melting point depression of amylopectin owing to hydrolized molecules present in the melted phase. Furthermore, the automated experimental assembly prevented losses of experiments and guaranteed batch to batch reproducibility.
 
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Publishing Date
2021-02-23
 
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