EFEITO DA GRANULOMETRIA DA FARINHA DE CACTO (Opuntia monacantha) NAS PROPRIEDADES FÍSICO- QUÍMICAS DE FILMES DE RESÍDUO DE GELATINA

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1 EFEITO DA GRANULOMETRIA DA FARINHA DE CACTO (Opuntia monacantha) NAS PROPRIEDADES FÍSICO- QUÍMICAS DE FILMES DE RESÍDUO DE GELATINA M. Dick, C. de Campo, A.O.S. Iahnke, A. de O. Rios, S.H. Flôres Instituto de Ciência e Tecnologia de Alimentos (ICTA) Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Av. Bento Gonçalves, 9500 CEP: , Porto Alegre/RS Brasil, Telefone: (55-51) (simone.flores@ufrgs.br). RESUMO O presente estudo investigou o efeito da adição da farinha do cladódio de cacto (Opuntia monacantha) (mesh 60 e 115) nas propriedades físico-químicas de filmes biodegradáveis desenvolvidos a partir de resíduo de cápsulas de gelatina. Os filmes foram produzidos pela técnica de casting. Os resultados indicaram que a incorporação da farinha do cladódio contribuiu para aumentar os valores de umidade e permeabilidade ao vapor de água quando comparados ao filme controle. Em relação à solubilidade em água, não houve diferença significativa entre o filme controle e os filmes adicionados da farinha de cladódio. Assim, a incorporação da farinha do cladódio pode representar uma estratégia no desenvolvimento de filmes a partir do resíduo de cápsulas gelatinosas com diferentes características e aplicações. ABSTRACT This study investigated the effect of adding cactus cladode flour (Opuntia monacantha) (mesh 60 and 115) in the physicochemical properties of biodegradable films based on gelatin capsules waste. The films were developed by the casting technique. The results indicated that the cladode flour incorporation into the films contributed to increase the values of moisture and water vapour permeability when compared to control film. Regarding the solubility in water, there was no significant difference between the control film and the films of added cladode flour. Therefore, the incorporation of cladode flour may represent a strategy on the development of films from the residue of gelatinous capsules with different characteristics and applications. PALAVRAS-CHAVE: filmes biodegradáveis; gelatina; Opuntia monacantha; farinha de cladódio; propriedades físico-químicas. KEYWORDS: biodegradable films; gelatin; Opuntia monacantha; cladode flour; physicochemical properties. 1. INTRODUÇÃO Os plásticos convencionais utilizados em embalagens de alimentos são provenientes de fontes não-renováveis como o petróleo, sendo responsáveis por problemas ambientais. O interesse em filmes biodegradáveis tem aumentado, por representarem uma alternativa sustentável a esses materiais (Azeredo, 2009). Os principais biopolímeros utilizados na produção de filmes biodegradáveis são os polissacarídeos, proteínas e lipídios, além da combinação destes, a fim de produzir filmes com características melhoradas (Fabra et al., 2009). Entre as proteínas, a gelatina tem sido amplamente

2 utilizada, devido a sua abundância, baixo custo e boa capacidade de formar filmes (Arvanitoyannis, 2002). Os resíduos provenientes da produção de cápsulas nutracêuticas representam um problema para a indústria, visto a necessidade de gasto com o seu tratamento e correta disposição, no entanto, constituem uma alternativa viável para a produção de filmes biodegradáveis, por serem compostos por gelatina, glicerol e água (Campo et al., 2016). Filmes de gelatina apresentam algumas limitações para aplicação em embalagens de alimentos, como alta permeabilidade ao vapor de água e tendência a absorver umidade (Bigi et al., 2002). A fim de melhorar estas características, quitosana, óleos essenciais, ácidos graxos e plastificantes têm sido incorporados em filmes biodegradáveis (Jridi et al., 2014; Tongnuanchan et al., 2013; Jongjareonrak et al., 2006). Fibras de origem vegetal também podem ser utilizadas para modificar propriedades mecânicas e de barreira dos filmes biodegradáveis (Encalada et al., 2016). Uma excelente fonte potencial de fibras, mas relativamente pouco conhecida, são os cladódios de várias espécies de Opuntia (Sáenz, 1997). O cacto Opuntia monacantha (Willd.) Haw. pertencente à família Cactaceae, subfamília Opuntioideae, é popularmente conhecida por urumbeba, monducuru ou palmatória. É uma planta frutífera não cultivada, porém relativamente comum na natureza, nativa na costa litorânea do Brasil, principalmente em restingas abertas. Essa espécie é adaptada a solos arenosos e pedregosos, ou seja, pode ser cultivada em áreas que oferecem poucas possibilidades de crescimento para outras frutas e vegetais, sendo assim, pode ser uma fonte complementar de renda para a agricultura familiar (Kinupp, 2007). No estado do Rio Grande do Sul, quando comparada com outras espécies de Opuntia nativas, a O. monacantha apresenta uma distribuição mais ampla, incluindo toda região costeira, e também os morros graníticos da região de Porto Alegre (Kinupp et al., 2011). Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi adicionar a farinha do cladódio do cacto Opuntia monacantha com diferentes granulometrias em filmes biodegradáveis desenvolvidos a partir de resíduos de cápsulas de gelatina, e analisar a influência da sua incorporação nas propriedades físicoquímicas dos mesmos. 2. MATERIAL E MÉTODOS 2.1 Matéria-prima O resíduo da fabricação de cápsulas nutracêuticas de óleo de linhaça foi cedido pelo Laboratório Químico Farmacêutico Tiaraju, situado em Santo Ângelo, Rio Grande do Sul. A composição aproximada do resíduo utilizado é basicamente proteína (gelatina), glicerol e água. Os cladódios da espécie Opuntia monacantha foram coletados na região de Águas Claras, Viamão, Rio Grande do Sul, em novembro de Obtenção da farinha do cladódio A farinha do cladódio do cacto foi obtida através da retirada dos espinhos, lavagem, corte em tiras, e secagem em estufa com circulação de ar (60 C, 20 h). Posteriormente, as tiras secas foram moídas (moinho de facas) e a farinha obtida foi padronizada pela passagem em peneiras de mesh 60 e 115, para obtenção de farinhas de diferentes granulometrias. As farinhas foram embaladas a vácuo e mantidas a -18 C até sua utilização. A composição centesimal aproximada da farinha do cladódio é: 5,13% de umidade, 1,72% de lipídeos, 18,29% de cinzas, 5,17% de proteína, 45,36% de fibra dietética

3 total, 32,86% de fibra dietética insolúvel, 12,50% de fibra dietética solúvel, 29,46% de carboidratos (por diferença) Preparo dos filmes Para a obtenção da solução filmogênica (SF), 40 g de resíduo gelatinoso foram derretidos em banho-maria a 75 C. Em seguida foram adicionados 50 ml de água destilada. A mistura foi mantida sob agitação magnética até homogeneização. Após, 50 ml de uma solução (em água destilada) previamente preparada de farinha de cladódio a 2% p/v (mesh 60 ou mesh 115) foi adicionada e a mistura permaneceu sob agitação por 20 minutos. A SF resultante era composta de 40% (p/v) de resíduo de gelatina e 2% (p/v) de farinha de cladódio (mesh 60 ou mesh 115) em água destilada. A solução filmogênica (0,113 g/cm 2 ) foi acondicionada em Placas de Petri; após, levadas para secagem em estufa com circulação de ar (modelo B5AFD, DeLeo, Brasil) a 35 C por 14 h. Foi utilizado como controle, filme de resíduo de gelatina sem adição da farinha do cladódio (CONT). Previamente à caracterização físico-química, os filmes foram mantidos por 48 h em cuba com umidade controlada (58% UR; 25 ºC) Caracterização dos filmes Propriedades físico-químicas: Amostras de 2 cm de diâmetro de cada filme foram submetidas à secagem em estufa (105 ºC, 24 h) e o teor de umidade foi determinado pela perda de peso. A análise de solubilidade em água foi realizada através da imersão dos filmes secos (obtidos na análise de umidade) em 30 ml de água destilada, mantendo-os sob agitação (25 ºC, 24 h). A solubilidade foi calculada como a porcentagem de matéria seca do filme que se solubilizou após o tempo de imersão (Gontard et al., 1992). Para determinação da permeabilidade ao vapor de água (PVA) foi utilizado o método descrito por Talja et al. (2008) com algumas modificações. Foram utilizadas células de permeabilidade (diâmetro interno: 63,5 mm, altura: 25 mm), as quais foram expostas a um gradiente de umidade relativa de 0-75% (25 ºC), e o ganho de massa foi medido em intervalos de 1 h, 12 h e 24 h. Análises estatísticas: As análises foram realizadas em triplicata, e os resultados foram avaliados através de análise de variância (ANOVA) e teste de Tukey ao nível de significância de 5%, utilizando o software Statistica 12,0 (Statsoft Inc). 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os resultados de umidade, solubilidade em água e permeabilidade ao vapor de água dos filmes são apresentados na Tabela 1. Foi observada uma variação no conteúdo de umidade (24,64-26,98%), indicando que a adição de farinha do cladódio ocasionou aumento na umidade dos filmes, quando comparado ao filme controle, porém não houve diferença significativa entre os filmes com diferentes granulometrias da farinha do cladódio. A permeabilidade ao vapor de água (PVA) é um parâmetro importante para definir as possíveis aplicações de filmes biodegradáveis. Filmes com maior PVA são mais adequados para alimentos com maior teor de umidade, enquanto que filmes com menor PVA, são mais apropriados para produtos mais secos (Sobral & Ocuno, 2000). A partir dos resultados obtidos, verificou-se que o filme controle apresentou valor médio de 0,56 g mm/m 2 h kpa, sendo similar aos resultados obtidos por Niu et al. (2013) (0,45 0,54 70 g mm/m 2 h kpa) para filmes de gelatina de pele de tilápia. Os filmes

4 com adição da farinha do cladódio de mesh 60 e 115 não demonstraram diferença significativa entre si, e ambos filmes apresentaram valor superior ao controle (em torno de 0,70 g mm/m 2 h kpa), indicando que a adição da farinha (mesh 60 ou mesh 115) ocasionou aumento na PVA dos filmes de gelatina. Sendo assim, é possível perceber que a adição de farinha do cladódio do cacto pode contribuir para produzir filmes com diferentes características e aplicações. Tabela 1 Umidade, solubilidade em água e permeabilidade ao vapor de água (PVA) dos filmes elaborados com resíduo de cápsulas de gelatina e farinha de cladódio. Filme Umidade (%) Solubilidade em água (%) PVA (g mm/m 2 h kpa) CONT 24,64 ± 0,74 b 44,54 ± 2,91 a 0,56 ± 0,05 b Mesh 60 26,55 ± 0,51 a 45,63 ± 1,69 a 0,71 ± 0,04 a Mesh ,98 ± 0,98 a 46,21 ± 1,63 a 0,69 ± 0,01 a Os dados apresentados são os valores médios ± desvios padrão. Valores na mesma coluna com letras subscritas diferentes são significativamente diferentes (p 0,05). CONT, filme controle (elaborado com resíduo gelatinoso e sem adição da farinha do cladódio); Mesh 60 e Mesh 115, filmes elaborados com resíduo gelatinoso e incorporados com 2% p/v da farinha do cladódio obtida por peneiras de mesh 60 e mesh 115, respectivamente. Em relação à solubilidade em água, os filmes apresentaram um valor médio de 45%, e não houve diferença significativa entre os mesmos, indicando que a farinha de cladódio não influenciou neste parâmetro. Resultados similares foram encontrados para filmes de resíduo de cápsula de gelatina incorporados de 2% de farinha de beterraba, que apresentaram 44,88% de solubilidade, e também não diferiram em relação ao filme controle (Iahnke et al., 2016). 4. CONCLUSÕES A adição da farinha do cladódio de ambas granulometrias contribuiu para o aumento da umidade e permeabilidade ao vapor de água em relação ao filme controle. No entanto, a adição das farinhas não alterou a solubilidade em água. Esses resultados indicam que é possível obter filmes biodegradáveis de gelatina com diferentes características utilizando a farinha do cladódio do cacto Opuntia monacantha, no entanto, são necessários mais estudos a fim de otimizar suas propriedades, e verificar a interação entre essa farinha e o resíduo de cápsulas de gelatina, através de análises complementares. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Arvanitoyannis, I. S. (2002). Formation and properties of collagen and gelatin films and coatings. In Gennadios (Ed.), Protein-based films and coatings, Boca Raton, CRC Press, pp Azeredo, H. M. C. (2009). Nanocomposites for food packaging applications. Food Research International, 42,

5 Bigi, A., Cojazzi, G., Panzavolta, S., Roveri, N., & Rubini, K. (2002). Stabilization of gelatin films by crosslinking with genipin. Biomaterials, 23, Campo, C., Costa, T. M. H., Rios, A. de O., & Flôres, S. H. (2016). Effect of incorporation of nutraceutical capsule waste of safflower oil in the mechanical characteristics of corn starch films. Food Science and Technology (Campinas). In press. < Encalada, A. M. I., Basanta, M. F., Fissore, E. N., De Nobili, M. D., & Rojas, A. M. (2016). Carrot fiber (CF) composite films for antioxidant preservation: particle size effect. Carbohydrate Polymers, 136, Fabra, M. J., Jimenez, A., Atares, L., Talens, P., & Chiralt, A. (2009). Effect of fatty acids and beewax addition on properties of sodium caseinate dispersions and films. Biomacromolecules, 10, Gontard, N., Guilbert, S., & Cuq, J. L. (1992). Edible wheat gluten films: Influence of the main process variables on film properties using response surface methodology. Journal of Food Science, 57(1), Iahnke, A. O. S., Costa, T. M. H., Rios, A. de O., & Flôres, S. H. (2016). Antioxidant films based on gelatin capsules and minimally processed beet root (Beta vulgaris L. var. Conditiva) residues. Journal of Applied Polymer Science, 133, Kinupp, V. F. (2007). Plantas alimentícias não convencionais da região metropolitana de Porto Alegre, RS. 562 f. Tese (Doutorado em Fitotecnia) Faculdade de Agronomia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre. Kinupp, V. F., Lisbôa, G. N., Barros, I. B. I. (2011). Opuntia elata (arumbeva). In: Coradin, L., Siminski, A.; Reis, A. Espécies nativas da flora brasileira de valor econômico atual ou potencial: plantas para o futuro - Região Sul. Brasília: Ministério do Meio Ambiente, p Niu, L., Zhou, X., Yuan, C., Bai, Y., Lai, K., Yang, F., & Huang, Y. (2013). Characterization of tilapia (Oreochromis niloticus) skin gelatin extracted with alkaline and different acid pretreatments. Food Hydrocolloids, 33(2), Jongjareonrak, A., Benjakul, S., Visessanguan, W., & Tanaka, M. (2006). Effects of plasticizers on the properties of edible films from skin gelatin of big eye snapper and brown stripe red snapper. European Food Research and Technology, 222, Jridi, M., Hajji, S., Ayed, H. B., Lassoued, I., Mbarek, A., Kammoun, M., Souissi, N., & Nasri, M. (2014). Physical, structural, antioxidant and antimicrobial properties of gelatin chitosan composite edible films. International Journal of Biological Macromolecules, 67, Sáenz, C. (1997). Cladodes: a source of dietary fiber. Journal of the Professional Association for Cactus Development, 2, Sobral, P. J. A., & Ocuno, D. (2000). Permeabilidade ao vapor de água de biofilmes à base de proteínas miofibrilares de carne. Brazilian Journal of Food Technology, 3,

6 Talja, R. A., Helén, H., Roos, Y. H., Jouppila, K. (2008). Effect of type and content of binary polyol mixtures on physical and mechanical properties of starch-based edible films. Carbohydrate Polymers, 71(2), Tongnuanchan, P., Benjankul, S., & Prodpran, T. (2013). Physico-chemical properties, morphology and antioxidant activity of film from fish skin gelatin incorporated with root essential oils. Journal of Food Engineering, 117,