Comparação da espessura, solubilidade e testes mecânicos em filmes biodegradáveis: Efeito do glicerol e amido

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1 Comparação da espessura, solubilidade e testes mecânicos em filmes biodegradáveis: Efeito do glicerol e amido Verônica Soares Machado 1 * (PG), Raquel Cintra de Faria (PG) 1, Jéssica Antônia Andrade Alves (PG) 1, Diego Palmiro Ramirez Ascheri (PQ) 2, André José de Campos (PQ) 3 1 Mestranda em Engenharia Agrícola, UEG Câmpus Anápolis de Ciências Exatas e Tecnológicas Henrique Santillo; veronicasm09@hotmail.com 2 Engenheiro de Alimentos, Prof. Pós-Doutor, UEG Câmpus Anápolis de Ciências Exatas e Tecnológicas Henrique Santillo; 3 Engenheiro Agrônomo, Professor Doutor, UEG Câmpus Anápolis de Ciências Exatas e Tecnológicas Henrique Santillo. Resumo: O amido é extraído da parte subterrânea da planta e é considerado a maior reserva de energia em todas as plantas, sendo abundante em sementes, raízes e tubérculos. O amido tem grande importância comercial, podendo ser usado pela indústria de alimentos, outra aplicação que tem se mostrado promissora é a produção de biofilmes ou filmes comestíveis, por apresentar boas propriedades funcionais, por ser um abundante na natureza, seu baixo custo e suas propriedades mecânicas. Neste aspecto o objetivo deste trabalho foi analisar diferentes tipos de biofilmes, caracterizando quanto sua espessura, solubilidade em água e testes de deformação, foi utilizado dois tipos de amidos Hedychiumcoronarium e Swartziburchelli, e três concentrações de plastificantes o glicerol 10, 20 e 40 %. Os dados obtidos das variáveis analisadas foram submetidos à análise de variância (P<0,05), e quando significativos foi realizado teste de comparação de médias Tukey, a 5% de probabilidade Palavras chave: Swartziaburchelli. Hedychiumcoronarium. Plantas do Cerrado. Propriedades físicoquímicas. Filmes biodegradáveis. Introdução O amido é a maior reserva de energia em todas as plantas, sendo abundante em sementes, raízes e tubérculos, apresentando-se na forma de grânulos com formato e tamanho diferentes dependentes da sua fonte. A funcionalidade dos amidos está diretamente ligada a duas macromoléculas amilose e amilopectina, que são responsáveis pela sua organização física e propriedades físico-químicas e funcionais (ASCHERI et al., 2010). Amidos convencionais apresentam grande importância comercial, principalmente aqueles extraídos milho, batata, arroz e mandioca que são muito usados pela indústria de alimentos para fornecer textura, servir como espessante,

2 proteger os alimentos durante o processamento. Outra aplicação do amido que vem ganhado destaque é produção de filmes comestíveis, por apresentar boas propriedades funcionais, baixo custo, ser renovável e abundante no meio ambiente (GOMES, 2014). Entretanto, estes amidos convencionais também estão sendo utilizados para a produção de combustíveis o que os tornam competitivo, por esse motivo há necessidade de estudar outros tipos de amidos extraídos de plantas nativas que possam de certa forma, minimizar a demanda de amidos convencionais. As sementes da S. burchellie os rizomas do H. coronariumpodem ser boas alternativas para extração desses tipos de amidos não convencionais aplicados a filmes biodegradáveis. O amido se destaca na produção de filmes biodegradáveis ou comestíveis, por apresenta boas propriedades funcionais, baixo custo, ser renovável e abundante no meio ambiente (OLIVEIRA et al., 2011). Por esse motivo no presente trabalho foram extraídos amidos de sementes da S. burchellie dos rizomas do H. coronarium para a elaboração de filmes biodegradáveis, empregando três diferentes concentrações de glicerol, estudando o efeito amido x glicerol nas variáveis espessura, solubilidade e testes mecânicos. Material e Métodos Os experimentos foram conduzidos no laboratório de Secagem e Armazenamento de Produtos Vegetais e de Pesquisa do Campus UNUCET Henrique Santilo, da Universidade Estadual de Goiás (Anápolis-GO), onde foram produzidos e caracterizados filmes comestíveis elaborados com amidos das. Burchellie H. coronarium e glicerol. O amido de foi extraído de sementesdo fruto da S. burchelli que foram colhidos de plantas sadias localizadas no Cerrado goiano, no perímetro rural do município de Porangatu (GO), com latitude S, longitude W e altitude de 396 m; os frutos foram selecionados quanto sua integridade (verdes e maduros, de diferentes tamanhos), lavados e cortados ao meio para retirada da semente. Para a extração do amido seguiu-se o esquema descrito por Leonel et al. (2002), com modificações. Após a seleção das sementes, elas foram moídas em

3 moinho de facastipo CROTON, modelo MA580 (MARCONI, Piracicaba, Brasil), provido de malha de 1 mm. A massa leitosa obtida foi lavada com água e passada em peneiras de aço (Bertel, Caieiras, Brasil) de 250 a 75 mµ, separando o amido por decantação. O amido decantado foi filtrado a vácuo e desidratado em estufa com circulação (Marconi, MA033, Piracicaba, Brasil) de ar à 45 C, por 12 h. Em seguida, o amido foi reduzido, manualmente, a partículas finas e armazenado em vidro com tampa hermética. Para a extração do amido do H. coronarium, os rizomas foram descascados fazendo uso de facas de aço inoxidável, picados e recebidos em baldes plásticos contendo uma solução de metabissulfito (5 g/l de água), numa proporção de um quiligrama de matéria-prima por dói litros de solução de metabissulfito. A moagem foi feita fazendo uso do moinho de facas, obtendo-se uma massa. Esta foi passada em peneiras de 0,149 e 0,044 mm, com sucessivas lavagens com água corrente para separação do amido e posterior decantação em bacias plásticas. A purificação do amido foi realizada utilizando álcool absoluto para remoção de matéria graxa, seguida de filtrado á vácuo e desidratada a 45 C por 12 h. O amido desidratado permaneceu 12 h em dessecador contendo sílica-gel como agente dessecante e em seguida foi reduzida a pó utilizando gral e pistilo e, peneirada em peneira de 0,350 mm, obtendo-se assim a amostra seca para análise. Os filmes foram elaborados baseando-se na técnica de espalhamento que consistiu em preparar soluções filmogênicas contendo aproximadamente 2 g de amido para 100ml de água destilada (2%, m/v), utilizando diferentes concentrações de glicerol 10, 20 e 40% em relação à massa de amido. As soluções foram aquecidas até 90±4 C por 5 min. Em seguida, 20ml das soluções filmogênicas foram transferidos para placas de Petri acrílicas de 8 cm de diâmetro, seguido de desidratação em estufa a 30±2 C por 24 h. Os filmes secos foram condicionados em dessecador até sua caracterização.

4 Figura 1. Filme comestível de S.burchelli Sugeriu-se um delineamento experimental fatorial completo 2 x 3 em triplicata, sendo o fator amido constituído pelos amidos de H. coronariume S. burchelli e o fator glicerol constituído pelos níveis de concentração de 10, 20 e 40%, combinados de acordo com a Tabela 1. As variáveis respostas foram a espessura, solubilidade e testes mecânicos dos filmes comestíveis. Tabela 1.Tratamentos empregados na elaboração dos filmes comestíveis a base de amidos não convencional e glicerol. Tratamentos Amido não convencional Glicerol (%) T1 H. coronarium 10 T2 H. coronarium 20 T3 H. coronarium 40 T4 S. burchelli 10 T5 S. burchelli 20 T6 S. burchelli 40 A espessura foimedida utilizando um micrômetro manual externo (Digimess, São Paulo) com precisão 0,001 mm, em três pontosdistintos, sendo um deles o central do filme. A solubilidade em água foi determinada segundo Gontard et al., (1992), calculada de acordo com a Equação (1): PI PF % MS 100 (1) PI Onde: PI= peso inicial do filme; PF= peso final do filme.

5 Os testes mecânicos foram realizados utilizando um texturômetrobrookfield (CT3 50k), segundo método padrão D828 95a da American Society for TestingandMaterials (ASTM, 1995), obtendo-se como resultados de testes de perfuração e deformação à ruptura. Resultados e Discussão Os filmes elaborados possuem variação em sua espessura, apresentando médias entre 0,0129 e 0,0819 mm (Tabela 2). De acordo com teste F a 5% os níveis das variáveis Amido e Glicerol apresentam diferenças significativas com valores de F iguais a 402,0 e 49451,1, respectivamente. Também, houve interação entre as variáveis Amido (A) x Glicerol (G) apresentando valor de F igual a 6967,7, indicando que a espessura dos filmes depende do tipo de amido e sua interação com os níveis de glicerol. Tabela 2. Valores médios de espessura dos filmes Tratamento T1 T2 T3 T4 T5 T6 Medias 0,0129 f 0,0149 e 0,0212 d 0,0252 c 0,0543 b 0,0819 a * Médias seguidas da mesma letra não diferem estatisticamente pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade A solubilidade em água é uma propriedade importante dos filmes biodegradáveis no que se refere ao seu emprego. ASCHERI, et al., (2010) encontrou solubilidade entre 38 e 43% em filmes biodegradáveis elaborados com rizomas do lírio-do-brejo e glicerol. De acordo com teste F a 5% os níveis das variáveis Amido e Glicerol apresentam diferenças significativas com valores de F iguais a 4563,61 e 1742,18, respectivamente. Pelo teste Tukey da Tabela 3, pode-se observar que todos os filmes elaborados aplicando os tratamentos da interação A x G diferiram entre si, apresentando a maior solubilidade em água para o tratamento 6 (92,65), seguido pelos tratamentos 5 a 1 que apresentaram valores de 88,74 a 24,07.

6 Tabela 3. Valores médios de solubilidade em água dos filmes Tratamento T1 T2 T3 T4 T5 T6 Medias 24,07 f 43,53 e 63,36 d 71,16 c 88,74 b 92,65 a * Médias seguidas da mesma letra não diferem estatisticamente pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade A deformação na ruptura mede a porcentagem de extensão sofrida pelo filme antes da sua ruptura, ou seja, a capacidade de elasticidade do filme. De acordo com teste F a 5% os níveis das variáveis Amido e Glicerol apresentam diferenças significativas com valores de F iguais a ,3 e ,2, respectivamente. Pelo teste Tukey da Tabela 4, pode-se observar que os tratamentos 1 e 2 dos filmes elaborados aplicando os tratamentos da interação A x G, não apresentaram diferença estatística entre si, onde apresentam menor deformação na ruptura, seguidos pelos tratamentos 3 a 6 que apresentam valores de 12,77 a 23,43. Tabela 4. Valores médios de deformação na ruptura dos filmes Tratamento T1 T2 T3 T4 T5 T6 Medias 4,37 a 4,43 a 12,77 b 17,20 c 18,53 d 23,43 e * Médias seguidas da mesma letra não diferem estatisticamente pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade O teste de perfuração, é utilizado para medir a força necessária para se romper o filme. Segundo THOMAZINE et al., (2005) O plastificante diminui a tensão entre as ligações químicas existentes entre a amilose e a amilopectina. De acordo com teste F a 5% os níveis das variáveis Amido e Glicerol apresentam diferenças significativas com valores de F iguais a 35245,1 e 20846,3, respectivamente. Pelo teste Tukey da Tabela 5, pode-se observar que os tratamentos 1 e 2 dos filmes elaborados aplicando os tratamentos da interação A x G, não apresentam diferença

7 estatística entre si, onde apresentam menor firmeza. Já o tratamento 6 apresentou maior firmeza 497,30, seguidos pelos tratamentos 3 a 5 que apresentam valores de 110,33 a 173,33. Tabela 5. Valores médios no teste de perfuração dos filmes Tratamento T1 T2 T3 T4 T5 T6 Medias 103,00 e 104,00 e 110,33 d 117,50 c 173,33 b 497,30 a * Médias seguidas da mesma letra não diferem estatisticamente pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade Considerações Finais A partir do teste mecânicos, de espessura e de solubilidade, conclui-se que o obteve resultados satisfatórios para posterior utilização dos filmes biodegradáveis, tais como aplicação, em embalagem para alimentos, pode-se observar que as propriedades, mecânicas e físicas dos filmes, estiveram interinamente ligadas ao tipo de amido e concentração de glicerol. Agradecimentos Agradeço ao apoio da Universidade Estadual de Goiás UEG, e ao apoio financeiro da Capes. Referências ASCHERI, D.P.R.; MOURA, W.S.; ASCHERI, J.L.R.; CARVALHO, C.W.P. Caracterização física e físico-química dos rizomas e do amido do lírio-do-brejo (Hedychiumcoronarium). Pesquisa Agropecuária Tropical, v.4, n. 2, p , ASCHERI, D.P.R; MORAIS, C.C; ASQUIERI, E.R; CARVALHO, C.W.P; ACHERI, J.L.R. Characterizationofstarchextractedfromthe roots ofcissussimsianaroem. &SchultCaracterização do amido extraído das raízes dacissussimsianaroem. &Schult.Semina: CiênciasAgrárias, v. 35, n. 2, p , 2014

8 ASTM - AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS Standard test methods for tensile properties of thin plastic sheeting (D a) In: Annual Book of ASTAM Standards. Philadelphia: ASTM, BARBOSA, L.S. Caracterização dos frutos e sementes da Swartziaburchelli, extração ecaracterização do amido e sua aplicação na cobertura de morangos p. Dissertação(Mestrado em Engenharia Agrícola) Universidade Estadual de Goiás, Anápolis/GO, GOMES, M.A. Caracterização de filmes comestíveis do amido fosfatado da SwartziaBurchellipara aplicação pós-colheita em tomate cereja Dissertação (Mestrado em Engenharia Agrícola), Universidade Estadual de Goiás, GONTARD, N; GUILBERT, S.; CUQ, J.L. Ediblewheatglutenfilms: influence of the main process variables on film properties using response surface methodology. J.Food Sci. V. 57 (1), p LEONEL, M.; SARMENTO, S.B.S.; CEREDA, M.P. Processamento da araruta (Maranta arundinacea) para extração e caracterização da fração amilácea. Brazilian Journal of Food Technology, v.5, p , MALI, S.; EIRAS, G.E; YAMASHITA, F. Filmes de amido: propriedades e potencial de utilização. Semina: Ciências agrarias, V.31, n1, p , OLIVEIRA, L. F, ASCHERI, D. P. R, ASCHERI, J. L. R. Desenvolvimento, caracterização de filmes comestíveis de fécula de Mangarito (Xanthosomamafaffa Schott) e sua aplicação em frutos de jabuticaba. Centro de pesquisa de processamento de alimentos (CEPPA), Curitiba, v. 29, n. 2, p , TESTER, R.F.; QI, X.; KARKALAS, J. Hydrolysis of native starches with amylases. Animal Feed Science and Technology, v.130, n.1-2, p.39-54, set, THOMAZINE, M.T.; SOBRAL, P.J.A.; CARVALHO, R.A.Physical properties of gelatin films plasticized by blends of glycerol and sorbitol. Journal of Food Science, Chicago, v. 70, n. 3, p , 2005.