Efeito da Adição de Fibras de Celulose nas Propriedades Físicas de Filmes de Amido

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1 Efeito da Adição de Fibras de Celulose nas Propriedades Físicas de Filmes de Amido 54 Franciene Almeida Villanova 1 ; Karina Medeiros Madruga 1 ; Veridiana Zanetti Bandeira 1 ; Rosana Colussi 1 ; Elessandra da Rosa Zavareze 2 RESUMO O descarte inadequado de polímeros sintéticos tem sido um grande problema atualmente. A fim de minimizar este problema, podem ser utilizados filmes biodegradáveis que ao serem lançados no meio ambiente são rapidamente degradados biologicamente. Estes filmes biodegradáveis podem ser elaborados com amido, que é o biopolímero mais utilizado para tal finalidade devido ao seu baixo custo e disponibilidade; entretanto podem ser adicionadas juntamente com o amido, fibras de celulose para melhorar as propriedades mecânicas dos filmes, servindo como reforço para os mesmos. Ao se adicionar fibras aos filmes ocorrem alterações nas propriedades mecânicas e físicas dos mesmos. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da adição de fibras de celulose de casca de cevada sobre a cor, opacidade, espessura e solubilidade em água de filmes de amido de cevada. Foram utilizadas amostras de grãos de cevada, cultivar BRS 195, da qual foi extraído o amido presente nos grãos, e a fibra a partir da casca da cevada. Os resultados demonstraram que em geral, a adição de fibras aumentou a opacidade e a espessura dos filmes de amido, no entanto não influenciou na solubilidade dos mesmos. Palavras-chave: filmes biodegradáveis, amido, fibra 1 Laboratório de Pós-Colheita, Industrialização e Qualidade de Grãos, Departamento de Ciência e Tecnologia de Alimentos, Universidade Federal de Pelotas, Caixa Postal 354, CEP , Capão do Leão, RS, Brasil, francienevillanova@ hotmail.com 2 Laboratório de Pós-Colheita, Industrialização e Qualidade de Grãos, Departamento de Ciência e Tecnologia de Alimentos, Universidade Federal de Pelotas, Caixa Postal 354, CEP , Capão do Leão, RS, Brasil, elessandrad@yahoo.com.br 538

2 INTRODUÇÃO Atualmente os filmes plásticos provenientes de polímeros sintéticos são um grande problema mundial, já que o descarte inadequado e indiscriminado destes proporciona um aumento da poluição ambiental. A fim de minimizar os problemas gerados pelos filmes sintéticos podem ser utilizados os filmes biodegradáveis. Os filmes biodegradáveis consistem em finos filmes elaborados com materiais biológicos, que ao serem lançados no meio ambiente são biodegradados; tendo como finalidade formar uma barreira a elementos externos e, consequentemente, proteger o produto embalado de danos físicos e biológicos, aumentando a sua vida útil (HENRIQUE; CEREDA; SARMENTO 2008). O amido é um dos biopolímeros mais utilizados na fabricação dos filmes biodegradáveis devido ao seu custo e disponibilidade, podendo ser utilizado na sua forma nativa ou modificado. A aplicação do amido na produção de filmes está relacionada com as propriedades químicas, físicas e funcionais da amilose para formar géis e na sua capacidade para formar filmes (WURZBURG, 1986). Os filmes de amido possuem a vantagem de serem biodegradáveis, no entanto apresentam propriedades mecânicas impróprias, além de uma alta permeabilidade ao vapor de água (VEIGA-SANTOS et al., 2005; MALI; GROSSMANN; YAMASHITA, 2010), sendo assim, possuem baixa qualidade para a comercialização como embalagens. A fim de melhorar as propriedades mecânicas e de barreiras dos filmes a base de amido e tornar possível sua comercialização podem ser incorporadas fibras de celulose, sendo esta uma matéria-prima importante para aplicação em filmes biodegradáveis, devido ao seu baixo custo, biodegradabilidade e caráter renovável; além de servir como reforço e diminuir a afinidade desses filmes com água, quando adicionada pequenas quantidades de fibra de celulose (DUFRESNE; VIGNON, 1998; AVÉROUS, FRINGANT; MORO, 2001; YU, DEAN; LI 2006; MÜLLER; LAURINDO; YAMASHITA, 2009). Quando as fibras são adicionadas aos filmes, além de mudanças nas propriedades mecânicas e de barreira, podem também ocorrer diferenças nas propriedades físicas destes filmes. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da adição de fibras de celulose sobre a cor, opacidade, espessura e solubilidade em água de filmes de amido. MATERIAL E MÉTODOS Foram utilizadas amostras de grãos de cevada, cultivar BRS 195, cedidas 539

3 pela Universidade de Passo Fundo; e as análises realizadas neste trabalho foram executadas no Laboratório de Pós-Colheita, Industrialização e Qualidade de Grãos, pertencente à Faculdade de Agronomia Eliseu Maciel UFPel. O amido de cevada foi extraído através do método de ADKINS; GREENWOOD (1966) com algumas modificações, utilizando 0,1 mol.l -1 de NaCl em tolueno numa proporção de 7:1. As fibras foram isoladas da casca de cevada a partir das metodologias de ZULUAGA et al. (2009) e JOHAR; AHAMAD (2012), com modificações. Os filmes foram elaborados pela técnica casting, segundo a metodologia de MÜLLER; LAURINDO; YAMASHITA (2009), com modificações. Para preparação da solução filmogênica, utilizaram-se 3% de amido por 100 g de água destilada, 0,30 g de glicerol/g de amido seco, goma de guar 0,01 g/g de amido seco (para evitar a sedimentação de fibras) e 0,10 g de fibra/g de amido seco. As fibras, juntamente com a goma guar foram suspensas em água, com posterior agitação em ultraturrax a rpm durante 10 min, com posterior adição do amido e do glicerol. As soluções filmogênicas foram aquecidas a 90 C/10 min. Em seguida, 20 g de cada solução filmogênica foi espalhada em placas de acrílico de 9 cm de diâmetro e secas em estufa com circulação de ar a 30 C por 16 h. Os filmes foram caracterizados quanto à cor, opacidade; espessura e solubilidade em água. Os parâmetros de cor e opacidade dos filmes foram obtidos através da média de 5 determinações sendo uma no centro e as outras no perímetro, utilizando um colorímetro (Minolta, CR 400, Osaka, Japão). Os filmes foram colocados em uma placa branca definida como padrão e a escala CIE-Lab e luz do dia (D65) foram usadas para medir a cor dos filmes. A opacidade foi calculada como sendo a relação entre a opacidade do filme sobreposto ao padrão preto (Ppreto) e ao padrão branco (Pbranco) (HUNTERLAB, 1997). A espessura dos filmes foi avaliada em triplicata, através da média dos valores de oito pontos aleatórios em diferentes seguimentos do filme utilizandose micrômetro digital (modelo INSIZE). A solubilidade em água foi determinada utilizando-se uma amostra de 1,5 cm de diâmetro de filme, seco em estufa com circulação de ar a 105 C durante 24 h. A amostra foi imersa em 50 ml de água destilada e o sistema foi mantido sob agitação (175 rpm) a temperatura de 20 ºC durante 24 h, utilizandose shaker (Certomat). Após, a amostra foi seca sob as mesmas condições da amostra inicial. A solubilidade foi calculada em percentagem pela diferença da massa inicial e massa final dos filmes dividida pela massa inicial. 540

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO As propriedades de cor e opacidade dos filmes estão apresentadas na Tabela 1. Tabela 1. Propriedades de cor e opacidade dos filmes de amido com e sem adição de fibras de celulose. Filmes de amido Propriedades L* a* b* Opacidade (%) 0% de fibra 95,97 ± 0,14* 0,130 ± 0,010* 2,213 ± 0,040* 10,05 ± 0,03* 10% de fibra 95,32 ± 0,20 0,260 ± 0,030 2,507 ± 0,099 11,38 ± 0,06 *e ns, significativo e não significativo, respectivamente, na mesma coluna pelo teste t (p 0,05). As propriedades ópticas são importantes para a funcionalidade do filme, devido ao seu grande impacto na aparência da embalagem. De acordo com CHEN (1995), a opacidade do filme é o resultado da morfologia e da estrutura química relacionada com a composição do material. Os filmes apresentaram diferenças significativas na luminosidade (L*), nos parâmetros a* que varia do verde (-a*) para vermelho (+ a*), e b* que varia de azul (-b*) a amarelo (+ b*) (Tabela 1), indicando que a adição de fibras afetaram as tonalidades dos filmes de amido. A diminuição da luminosidade e consequente aumento da opacidade dos filmes é devido a celulose apresentar uma estrutura ultrafina, formando uma densa estrutura reticulada que é estabilizada por extensas pontes de hidrogênio e apresentando uma estrutura altamente cristalina (60 a 90%). As regiões cristalinas refletem ou desviam o feixe de luz incidente, comprometendo a transmissão da luz, o que propicia menor luminosidade e maior opacidade em relação aos filmes elaborados somente com amido, que apresenta diminuição na cristalinidade quando gelatinizados. Os resultados da espessura e da solubilidade em água dos filmes de amido com e sem a adição de fibras estão apresentados na Tabela

5 Tabela 2. Espessura e solubilidade em água dos filmes de amido com e sem adição de fibras de celulose. Filmes de amido Propriedades Espessura (mm) Solubilidade em água (%) 0% de fibra 0,076±0,003* 15,97± 0,77 ns 10% de fibra 0,104 ± 0,002 14,44 ± 0,71 *e ns, significativo e não significativo, respectivamente, na mesma coluna pelo teste t (p 0,05). A espessura do filme é uma característica física importante, pois ao utilizálo como embalagem deve-se levar em consideração o tipo, volume e peso do alimento a ser armazenado. Os filmes de amido formulados com 10% de fibra apresentaram maior espessura em relação aos filmes sem fibra (Tabela 2), fato que pode ser atribuído ao maior teor de sólidos secos presentes após a secagem dos filmes. A solubilidade dos filmes em água é uma propriedade importante. As diferentes aplicações podem exigir insolubilidade em água para aumentar a integridade do produto e a resistência à água para diminuir taxas respiratórias de frutas (GONTARD et al., 1994). A solubilidade em água dos filmes variou de 14,44 a 15,97% e não houve diferença significativa nos filmes quando adicionado 10% de fibras, o que pode ser atribuído a adição de fibras em pequenas concentrações, o que foi relatado também por DUFRESNE; VIGNON (1998) e AVÉROUS; FRINGANT; MORO (2001). Em geral, a adição de fibras nos filmes de amido interferiu na cor, opacidade e na espessura, no entanto não influenciou na solubilidade dos mesmos. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq, Brasil), à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) e à Fundação de Ampara à Pesquisa do Estado do rio Grande do Sul (FAPERGS) pelo apoio Financeiro 542

6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ADKINS, G. K., & GREENWOOD, C. T. The isolation of cereal starches in the laboratory. Starch/Stärke, v. 7, p , AVÉROUS, L.; FRINGANT, C.; MORO, L. Plasticized starch-cellulose interactions in polysaccharides composites. Polymer, v. 42; p ; DUFRESNE, A.; VIGNON, M. R.; Improvement of starch film performances using cellulose microfibrils. Macromolecules, v. 31, p , GONTARD, N., DUCHEZ, C., CUQ, J., GUILBERT, S. Edible composite films of wheat gluten and lipids: Water vapor permeability and other physical properties. International Journal Food Science Technology, v. 29, p , HENRIQUE; C. M.; CEREDA; M. P.; SARMENTO; S.B. S.; Características físicas de filmes biodegradáveis produzidos a partir de amidos modificados de mandioca. Ciência e Tecnologia de Alimentos; v. 28; n. 1; p ; HUNTERLAB. The color management company. Universal software, version 3.2. Reston, JOHAR N.; AHMAD I. Morphological, thermal, and mechanical properties of starch biocomposite films reinforced by cellulose nanocrystals from rice husks. BioResources, v. 7, p , MALI, S.; GROSSMANN, M. V. E.; YAMASHITA, F. Filmes de amido: produção, propriedades e potencial de utilização. Ciências Agrárias, v. 31, n. 1, p , MÜLLER C.M.O., LAURINDO J.B., YAMASHITA F. Effect of cellulose fibers addition on the mechanical properties and water vapor barrier of starch-based films. Food Hydrocolloids, v. 23, p , VEIGA-SANTOS, P.; OLIVEIRA, L. M.; CEREDA, M. P.; ALVES, A.J.; SCAMPARINI, A. R. P. Mechanical properties, hydrophilicity and water activity of starch-gum films: Effect of additives and deacetylated xanthan gum. Food Hydrocolloids, v. 19, p , YU, L.; DEAN, K.; LI, L.; Polymer blends and composites from renewable resources.; Progress in Polymer Science, v. 31; p ; WURZBURG, O. B. Cross linking starches. In: Wurzburg, O. B. Modified starches: properties and uses. Boca Raton: CRC Press, p ZULUAGA, R.; PUTAUX, J. L.; CRUZ, J.; VÉLEZ, J.; MONDRAGON, I.; GAÑÁN, P. Cellulose microfibrils from banana rachis: Effect of alkaline treatments on structural and morphological features. Carbohydrate Polymers, v. 76, p ,