CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA DE BIOFILMES ELABORADOS COM AMIDO DE MANDIOCA, GELATINA, PBAT E ÓLEO ESSENCIAL DE ALFAVACÃO

Transcrição

1 CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA DE BIOFILMES ELABORADOS COM AMIDO DE MANDIOCA, GELATINA, PBAT E ÓLEO ESSENCIAL DE ALFAVACÃO (Ocimum officinalis) OU DE FUNCHO (Foeniculum vulgaris) BRITO, Rafael Mizubuti*; BALAN, Geane Cristiane*; SAKANAKA, Lyssa Setsuko*; UENO, Claúdio Takeo*; YAMASHITA, Fábio** *Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Londrina, Brasil; **Universidade Estadual de Londrina, Londrina, Brasil. rafael_mizubuti@yahoo.com.br Resumo/Abstract Biodegradable materials are considered an innovative solution to the plastic waste pollution. The aim of the experiment was elaborate a biofilm with cassava starch, PBAT, gelatin, glycerol and essential oil (Ocimum officinalis or Foeniculum vulgaris) and select one thru the highest mechanical properties. The mechanical properties were evaluate by the tensile and perforation tests and data submitted to ANOVA and Tukey (5% significance). Films containing alfavacão essential oil proportioned the highest values to the force necessary to the rupture in perforation and tensile test. Palavras-chave: Embalagem, teste de tração, teste de perfuração. Introdução Os materiais plásticos produzidos a partir de polímeros sintéticos acumulam no ambiente a uma taxa de 25 milhões de toneladas por ano; conseqüentemente, três alternativas são consideradas para reduzir o impacto ambiental, estas que são: a incineração, a reciclagem ou o uso de polímeros biodegradáveis [1]. As recentes pesquisas nacionais e internacionais visam desenvolver materiais biodegradáveis envolvendo a mistura de polímeros sintéticos com biopolímeros com características que permitam a sua utilização como embalagens em resposta a sua dificuldade de reciclagem [2], [3]. Os biopolímeros são materiais poliméricos classificados estruturalmente como polissacarídeos, poliésteres ou poliamidas e podem ser divididos em quatro grupos: produtos de biomassa; derivados de microrganismos; derivados de biotecnologia e de produtos petroquímicos [4]. Os amidos são biopolímeros promissores por serem biodegradáveis, de baixo custo e com alta disponibilidade no mercado [5]. A combinação do amido com poliésteres biodegradáveis como o poli (butileno adipato co-tereftalato) (PBAT), produzidas através da tecnologia de co-extrusão e sopro permite a obtenção de materiais com maior estabilidade 1/6

2 às condições ambientais e, mesmo que os poliésteres empregados apresentem valores comerciais acima dos polímeros convencionais, podem ser considerados como uma alternativa viável, pois permitem a produção em escala industrial [2]. A gelatina é uma proteína de origem animal obtida do colágeno por hidrólise ácida ou básica e no Brasil é produzida em abundância, a baixo custo e com propriedades funcionais adequadas para a fabricação de biofilmes [6]. Geralmente os biofilmes produzidos a partir de proteínas apresentam propriedades mecânicas melhores que as dos filmes à base de polissacarídeos [7]. O glicerol é um aditivo que atua como plastificante na matriz e melhora a flexibilidade e processabilidade de polímeros e diminui as características de tensão de deformação, dureza, densidade, viscosidade e cargas eletrostáticas e aumenta a resistência a fratura e a constante dielétrica [8]. Adicionado ao filme ou coberturas comestíveis os óleos essenciais promovem propriedades antioxidantes e/ou antimicrobianas que aumenta a vida de prateleira e reduz ou inibe o crescimento de microrganismos patogênicos [9]. De acordo com este panorama, o objetivo do trabalho foi elaborar filmes biodegradáveis com amido de mandioca, PBAT, gelatina, glicerol e óleos essenciais e selecionar a composição de melhor resistência mecânica. Materiais e Métodos Material Para a produção dos filmes foram utilizados: amido de mandioca nativo (Indemil, Brasil), glicerol (Synth), gelatina comercial e óleo essencial de alfavacão (Ocimum officinalis L.) e de funcho (Foeniculum vulgare Mill). O polímero sintético biodegradável utilizado foi o PBAT, produzido pela BASF (Alemanha) com o nome comercial de Ecoflex S BX Métodos Produção dos filmes Os filmes contendo amido de mandioca, glicerol, gelatina, PBAT e óleo essencial foram produzidos com uma extrusora de laboratório marca BGM modelo EL-25 (rosca: d = 25mm, C = 700mm) operando a 40 rpm, com perfil de temperatura de 20 C / 120 C / 120 C / 130 C / 130 C. Tabela 1. Composições dos filmes Filmes PBAT (%) Gelatina (%) Óleo E. (%) A ,4* B ,4** C 20 2,5 0,4* D 20 2,5 0,4** *óleo de alfavacão. **óleo de funcho 2/6

3 A tabela 1 apresenta os tratamentos com as respectivas composições dos filmes em termos de PBAT, amido, gelatina e quantidade de óleo essencial adicionado. As respostas foram submetidas a analise de variância (ANOVA) e teste de comparação de médias de Tukey (0,05). Resultados Propriedades mecânicas: testes de tração e perfuração Os testes de tração foram realizados utilizando-se um texturômetro marca Stable Micro Systems modelo TA TX2i, de acordo com o método da American Society for Testing and Material [10]. As amostras foram cortadas (100 mm x 2,5 mm) e previamente condicionadas a 58% de UR (NaBr brometo de sódio) a 25 C por 48 horas. A distância entre as garras foi de 50 mm e a velocidade de tração de 0,83 mm/s. As propriedades de tração determinadas foram força máxima (Ft) em MPa, a elongação na ruptura (E%) em porcentagem e o módulo de elasticidade (Y) em MPa, com sete repetições por tratamento. No mesmo equipamento foi realizado os testes de perfuração foram obtidos os valores da deformação máxima (D) do filme em mm até o ponto de ruptura causado pela sonda em mm e a força máxima (Fp) exercida até a perfuração em N, e a espessura (Esp) dos filmes em mm, com dez repetições por tratamento. A tabela 2 demonstra os resultados do teste ANOVA para o teste de tração. Tabela 2. ANOVA para o teste de tração Resposta analisada Fcal p-valor Ft (MPa) 7, * E (%) 1,95 0,15 Y (MPa) 33, * Fp (N) 13,88 4x10-5 * D (mm) 5,80 2,41x10-3 * Esp (mm) 20, * *valores significativos (p<0,05) A Tabela 3 demonstra os resultados do teste de Tukey para o ensaio de tração. Tabela 3. Teste de comparação de médias de Tukey. Ft (MPa)* E (%) Y (MPa)* 1,21 (C) a 0,83 (D) a 0,23 (C) a 1,11 (A) ab 0,60 (B) a 0,21 (A) b 1,10 (B) ab 0,57 (A) a 0,21 (B) b 0,98 (D) b 0,56 (C) a 0,18 (D) c *Colunas com letras minúsculas diferentes apresentam diferença mínima significativa ao teste de Tukey (5%) A Tabela 4 demonstra os resultados do teste de Tukey para o ensaio de perfuração. Tabela 4. Teste de comparação de médias de Tukey. Fp (MPa)* D (mm)* Esp (mm)* 16,00 (C) a 3,95 (A) a 0,37 (D) a 13,81 (B) ab 3,76 (C) ab 0,36 (C) ab 12,95 (A) b 3,53 (D) b 0,33 (A) b 10,43 (D) c 3,46 (B) b 0,29 (B) c *Colunas com letras minúsculas diferentes apresentam diferença mínima significativa ao teste de Tukey (5%) 3/6

4 Discussão De acordo com a Tabela 2, não houve diferença significativa entre pelo menos dois tratamentos somente para a reposta elongação resultantes do ensaio mecânico de tração, as demais respostas apresentaram significância. A Tabela 3 apresenta os resultados do teste de Tukey para o ensaio de tração, com valores médios e codificação de acordo com a Tabela 1. A Ft diferiu significativamente entre o filme elaborado D e o filme C com uma diferença de 0,23 MPa, possivelmente devido às menores interações intermoleculares resultante de menor compatibilidade entre a gelatina, o amido, o glicerol e o polímero sintético na matriz, em função da troca da natureza do óleo essencial. No trabalho de Davanço; Tanada-Palmu e Grosso [11], ao trabalharem com filmes de gelatina notaram que ao aumentar o comprimento da cadeia de lipídio adicionado, a resposta a resistência mecânica a tração era menor, em torno de 53,4 MPa. O módulo de elasticidade diferiu entre os filmes C de maior valor, para os filmes A e B e com o filme D. O resultado está coerente com os valores de Ft e os observados por Mali et al [12] que obtiveram valores ente MPa em filmes plastificados com 40g de glicerol/100g amido, sendo os valores atribuídos ao efeito plastificante que diminui a densidade da matriz sob tensão, o que poderia indicar que o óleo essencial de funcho possuiria este efeito. No teste de perfuração os valores para a Fp seguiu a tendência dos valores registrados para a Esp para a amostra C e A, comportamento também observado por Sobral [7], que ao trabalhar com filmes de proteínas miofibrilares notou que a força necessária para a perfuração crescia linearmente com a espessura dos filmes com R2 > 0,83, devido à quantidade de matéria seca da superfície. Contudo, a deformação máxima foi maior nos filmes A e C, que estão de acordo com os valores apresentados para Ft e Y, pois filmes mais resistentes são menos flexíveis e apresentam menor deformação na ruptura. Conclusão Através do trabalho realizado conclui-se que filmes elaborados com a adição de gelatina e óleo essencial de alfavacão são mais resistentes ao estresse de tração e de perfuração do que filmes elaborados com apenas a adição do óleo essencial. Dentre os óleos, o proveniente de funcho propicia filmes mais frágeis e de maior poder de deformação. 4/6

5 Agradecimentos Carbohydrate Polymers, v. 45, n. 3, p O presente trabalho foi realizado com o apoio da UTFPR e da FUNDAÇÃO ARAUCÁRIA -Fundação de Apoio à Educação, Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico (pela bolsa concedida a GCB). Referências [1] Jbilou, F.; Galland, S.; Ayadi, S.; Berlard, L.; Dole, P.; Desjardin, P.; Bayard, R.; Degraeve, P. (2011) Biodegradation of corn flour-based materials assessed by enzymatic, aerobic, and anaerobic tests: Influence of specific surface area. Polymer testing, v. 30, n. 1, p [2] Mali, S., Grossmann, M. V. E., Yamashita, F. (2010) Filmes de amido: Produção, propriedades potencial utilização. SEMINA: Ciências Agrárias, v. 31, n. 1, p [3] Curvelo, A. A., Carvalho, A. J. F. de, Agnelli, J. A. M. (2001) Thermoplastic stach-cellulosic fibers composites: Preliminary results. [4] Avérous, L., Boquillon, N. (2004) Biocomposites based on plasticized starch: thermal and mechanical behaviours. Carbohydrate Polymers, v. 56, n. 2, p [5] Zullo, R., Iannace, S. (2009) The effects of different starch sources and plasticizers on film blowing of thermoplastic starch: Correlation among process, elongational properties and macromolecular structure. Carbohydrates polymers, v. 77, n. 2, p [6] Carvalho, R. A. (1997), Desenvolvimento e caracterização de biofilmes a base de gelatina. Dissertação de mestrado, Faculdade de Engenharia de Alimentos, Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Campinas. 128 p. [7] Sobral, P. J. A. (2000) Influência da espessura de biofilmes à base de proteínas miofibrilares sobre suas propriedades funcionais. Pesquisa Agropecuária Brasileira, v. 35, n. 6, p [8] Vieira, M. G. A., Silva, M. A., Santos, L. O., Beppu, M. M. (2011) Natural-based plasticizers and biopolymer films: A 5/6

6 review. European Polymer Journal, v. 47, n. 1, p pasticizing effect. Carbohydrate polymer, n. 60, v. 1, p [9] Oussalah, M., Caillet, S., Salmiéri, S., Saucier, L., Lacroix, M. (2004) Antimicrobial and antioxidant effects of milk protein-based film containing essential oils for the preservation of whole beef muscle. Journal of Agricultural Food Chemistry, n. 52, v.1, p [10] American Society for Testing and Materials - ASTM. (1995), Standard test methods for tensile properties of thin plastic sheeting (D ). Annual Book of ASTM Standards. Philadelphia: ASTM. [11] Davanço, T., Tanada-Palmu, P., Grosso, C. (2007), Filmes compostos por gelatina, triacetina, ácido esteárico ou capróico: efeito de ph e adição de surfactantes sobre a funcionalidade dos filmes. Ciência e Tecnologia em Alimentos, v. 27, n. 2, p [12] Mali, S., Sakanaka, L. S., Yamashita, F., Grossmann, M. V. E. (2005), Water sorption and mechanical properties of cassava starch films and their relation to 6/6