ABSORÇÃO DE ÁGUA EM FILMES DE GOMA GUAR RETICULADOS COM 1-ETIL-3-(3-DIMETILAMINOPROPIL) CARBODIIMIDA (EDC)

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1 ABSORÇÃO DE ÁGUA EM FILMES DE GOMA GUAR RETICULADOS COM 1-ETIL-3-(3-DIMETILAMINOPROPIL) CARBODIIMIDA (EDC) Rodrigo S. Banegas 1, Adriana de Melo 1, Valdir Soldi 1 1 Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC, Florianópolis- SC digo_banegas@hotmail.com No presente estudo foi avaliada a reticulação da goma guar (GG) utilizando 1-etil-3-(3-dimetilaminopropil) carbodiimida (EDC). Os filmes reticulados foram avaliados quanto a absorção de vapor de água, intumescimento e solubilidade em água. Os resultados demonstraram que com o aumento do grau de reticulação nos filmes, diminuiu significativamente a absorção de vapor de água e a solubilidade. Palavras-chave: Goma Guar, reticulação, filmes poliméricos. Water absorption on films of guar gum crosslinked with 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC) In this study the crosslinking of guar gum (GG) using 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC), were evaluated. The crosslinked films were analyzed in terms of the vapor water absorption, swelling and water solubility. The results showed that with the increase in the crosslinking degree in the films, vapor water absorption and solubility decrease significantly. Keywords: Guar gum, crosslinking, polymer films. Introdução A modificação química e estrutural de materiais de origem natural ou sintética com vistas a alterar suas propriedades e ampliar o campo de aplicação dos mesmos, tem sido amplamente estudada. Estas modificações visam ainda substituir materiais, por exemplo, os de origem sintética, que apresentam alto desempenho, por materiais que embora não apresentem as mesmas propriedades, apresentam menor custo e podem reduzir o impacto ambiental. Neste contexto, os polímeros naturais têm atraído a atenção de pesquisadores, por serem materiais relativamente baratos, de fácil obtenção e que podem ter suas estruturas e propriedades alteradas pela adição de aditivos, como plastificantes e reticulantes [1-2]. Por exemplo, filmes obtidos a partir de proteínas e polissacarídeos têm sido aplicados em embalagens e recobrimento de alimentos [3]. A goma guar (GG) é um polissacarídeo natural extraído da leguminosa Cyamopsis tetragonolobus, um arbusto originário da índia. É abundante na natureza, solúvel em água e as soluções aquosas são viscosas. GG tem sido utilizada na formação de filmes homogêneos. Sua molécula consiste numa cadeia longa linear de β(1-4) manose com subunidades de α(1-6) galactopiranosídeos ligados, formando um polissacarídeo altamente ramificado (Figura 1) [4].

2 Figura 1 Estrutura monomérica da goma guar. O objetivo deste estudo foi avaliar as propriedades dos filmes formados por goma guar modificados pelo agente reticulante (EDC) utilizado para diminuir a solubilidade da GG em água. Mais especificamente, foram avaliadas as propriedades hidrofílicas do filme, visando a sua aplicabilidade em embalagens e coberturas para alimentos. Experimental Obtenção dos filmes Os filmes foram preparados a partir da GG purificada e dissolvida em água destilada e deionizada, a 1% (m/v) na temperatura ambiente. A solução foi agitada por aproximadamente 24 horas e após este tempo foi espalhada em placa de teflon e o solvente evaporado em capela de exaustão por aproximadamente três dias em condições ambiente. Os filmes obtidos foram retirados das placas e armazenados em dessecadores com sílica para posterior utilização. Processo de reticulação Para obtenção de filmes reticulados com EDC, primeiramente foram preparadas soluções aquosas com GG. Após o período de agitação adicionaram-se quantidades pré-estabelecidas de reticulante (m/m). Após a adição de EDC as soluções foram deixadas em agitação por aproximadamente 5 minutos, em temperatura ambiente, e espalhada em placas de teflon. Para a obtenção dos filmes reticulados seguiu-se o mesmo procedimento descrito no item acima. Determinação da razão de intumescimento Para a determinação do índice de intumescimento foram recortadas amostras reticuladas nas dimensões de 3 cm x 3 cm, e estas foram secas por aproximadamente 24 horas em estufa a vácuo com temperatura de 60 C. Após pesagem os filmes foram imersos em 50 ml de água destilada e deionizada e em tempos pré-determinados a massa foi novamente medida. A pesagem de filmes intumescidos foi realizada após uma leve secagem em papel toalha para absorção do excesso de

3 água. O procedimento foi realizado em triplicata. A razão de intumescimento foi calculada através da Equação 1, onde W t é a massa no tempo t e W 0 é a massa inicial. RI W t = (1) W 0 Absorção de vapor de água Para a análise de absorção de vapor de água, utilizou-se um dessecador com uma solução de Na 2 SO 4 para garantir uma atmosfera com umidade relativa de 98 ± 2 %. Os filmes foram recortados nas dimensões de 2 cm x 2 cm e secos por aproximadamente 24 horas em estufa a vácuo. Após pesagem, as amostras foram colocadas num suporte no interior do dessecador. A pesagem dos filmes foi feita após um período de tempo pré-determinado. O procedimento foi realizado em triplicata e a razão de intumescimento (%) foi calculada via Equação 2, onde W t é a massa no tempo t e W 0 é a massa inicial. % Absorção = ( W W ) t W 0 o 100 (2) Teste de solubilidade em água. Primeiramente os filmes reticulados foram cortados em dimensões de 3 x 3 cm, os quais foram deixados em estufa numa temperatura de 80 C por 24 horas. Os filmes foram colocados em dessecadores por aproximadamente 20 minutos para alcançar o equilíbrio da temperatura, sendo então determinada a massa inicial. Após, os filmes foram imersos em 50 ml de água destilada e deionizada por 24 horas. Os filmes foram removidos da água e novamente secos por 48 horas em estufa com temperatura de 80 C. Novamente os filmes foram colocados em dessecadores para alcançar o equilíbrio de temperatura e após foi determinada a massa final dos filmes. A porcentagem de perda de massa do filme foi calculada de acordo com a Equação 3. W1 W2 Ws = x100 (3) W 1 Resultados e Discussão O processo de reticulação mostrou-se eficiente, uma vez que os filmes inicialmente solúveis em água tornaram-se praticamente insolúveis após o processo de reticulação. Estudos realizados por

4 Nakajima et al. [5] sugerem que na presença de ácido carboxílico o EDC é hidrolisado originando um derivado de uréia como subproduto. O resultado da reação de reticulação é a formação de novas ligações éter e um derivado de uréia como um subproduto [6]. Este processo é responsável pela diminuição da afinidade da GG com a água, diminuindo sensivelmente a sua solubilidade. Considerando que os filmes não reticulados são totalmente solúveis em água, os estudos foram realizados somente nos filmes reticulados. A Tabela 1 fornece os dados da RI e absorção de vapor de água dos filmes reticulados em função do tempo para diferentes concentrações de EDC. A RI diminui com o aumento da porcentagem de EDC, ou seja, diminui conforme aumenta a densidade de ligações cruzadas. A RI diminui em aproximadamente 1,5 vezes quando a quantidade de EDC utilizado na reticulação passa de 10% para 30% (aumento da reticulação). Esta diferença esta associada ao maior caráter hidrofílico do filme de GG / 10% EDC, sendo assim existe uma maior quantidade de hidroxilas livres, as quais através de ligações de hidrogênio interagem fortemente com a molécula de água. Já nos filmes com maior porcentagem de EDC ocorre uma maior reticulação e poucos são os grupamentos hidroxila livres, diminuindo, portanto a hidrofilicidade e como conseqüência o intumescimento. Tabela 1 Valores da RI e Absorção de vapor de água. Razão de Intumescimento (RI) Absorção de Vapor de água (%) 6 horas 12 horas 24 horas * 24 horas 48 horas 96 horas * GG + 10% EDC 4,55 4,75 4,90 95,5 108,3 116,1 GG + 20% EDC 3,25 3,40 3,55 78,0 87,3 91,8 GG + 30% EDC 3,00 3,15 3,20 70,0 75,2 77,2 *Tempo de estabilização da amostra. Os resultados da análise de absorção de vapor de água estão de acordo com o esperado e similar ao comportamento de intumescimento. A absorção estabilizou com 96 horas e a porcentagem de absorção de vapor de água foi calculada utilizando a equação 2. O filme de goma guar com 30% de EDC apresentou a menor absorção de vapor d água, enquanto o filme que possui 10% de EDC absorveu a maior quantidade de vapor d água. As análises de solubilidade em água foram realizadas a partir de 6 amostras de GG com 10%, 20% e 30% de EDC (Tabela 2).

5 Tabela 2 Solubilidade dos filmes em água a 25 C e ph=7,0. Amostra % de Solubilidade GG + EDC 10% 27,65 GG + EDC 20% 25,00 GG + EDC 30% 24,20 Os resultados mostraram uma porcentagem de material solúvel na faixa de % condizente com o processo de reticulação. De acordo com Marquié et al.[7], filmes formados por proteína de algodão são 100% solúveis em água, no entanto, após o processo de reticulação com glutaraldeido a solubilidade diminuiu para somente 30%. Carvalho et al. [8] afirmam que após a reticulação ocorre à diminuição da permeabilidade do solvente no meio, conseqüentemente a solubilidade do sistema é menor. A diminuição da solubilidade do material está associada com a o processo de reticulação do polímero, ou seja, com o aumento da densidade das ligações cruzadas diminui a solubilidade do material em meio aquoso. A solubilidade em água de filmes formados por polímeros de origem natural pode ser uma desvantagem na aplicação do material para revestimento de alimentos. A afinidade pela água aumenta a velocidade de degradação; contudo, esta sensibilidade à umidade pode limitar a sua aplicação [9]. Além disso, é de suma importância que o filme não apresente toxicidade, pois estará em contato direto com o alimento. O polímero estudado é utilizado com estabilizante em alimentos e o EDC é comestível, portanto não há nenhum indício de toxicidade do filme proposto neste trabalho. Conclusões Os resultados sugerem que o EDC foi efetivo no processo de reticulação da goma guar. Foi possível comprovar pelas análises de absorção de vapor de água, razão de intumescimento e solubilidade em água que os filmes apresentam viabilidade na utilização, por exemplo, em embalagens e em processos de recobrimento de alimentos. Agradecimentos CNPq, UFSC, POLIMAT. Referências Bibliográficas 1. C. Jouquand; Y. Aguni; C. Malhaiac; M. Grisel Food Hydrocolloids, 2008, 22, M. A. Barbosa; P. L. Granja; C. C. Barrias; I. F. Amaral Polysaccharides as scaffolds for bone regeneration. 2005, 26,

6 3. L.R Cunha; R. Castro; A.C. Rocha; C.M. Paula; P.A. Feitosa International Journal of Biological Macromolecules. 2005, 37, A. Gamal-Eldeen; H. Amer; W. Helmy Chemico-Biological Interactions. 2006, 161, N. Nakajima; Y. Ikada Bioconjugate Chemistry. 1995, 6, H. C. Liang; W. H. Chang; H. F. Liang; M. H. Lee; H. W. Sung Journal of Applied Polymer Science. 2004, 91, C. Marquie ; C. Aymard; J. Cuq; S. Guilbert Journal of Agricultural and Food Chemistry. 1995, 43(10), R. A. Carvalho; C. R. F. Grosso Food Hydrocolloids. 2004, 18, L. Yu; K. Dean; L. Li Prog. Polym. Sci. 2006, 31, 576.