MICROENCAPSULAMENTO DE ÓLEO ESSENCIAL DE CAPIM LIMÃO EM POLI(ÁLCOOL VINÍLICO) RETICULADO COM GLUTARALDEÍDO

Transcrição

1 MICROENCAPSULAMENTO DE ÓLEO ESSENCIAL DE CAPIM LIMÃO EM POLI(ÁLCOOL VINÍLICO) RETICULADO COM GLUTARALDEÍDO Fernanda V. Leimann, Narriman de Siqueira, Aline G. Nunes, Ricardo A. F. Machado, Ariovaldo Bolzan* Universidade Federal de Santa Catarina - Centro Tecnológico Departamento de Eng. Química e Eng. de Alimentos, Laboratório de Controle de Processos - LCP Campus Universitário Trindade, Caixa Postal: 476, CEP: Florianópolis/SC, *abolzan@enq.ufsc.br Microencapsulation of lemongrass essential oil in glutaraldehyde crosslinked Poly(vinyl alcohol) Essential oils and their components are gaining increasing interest because of their relatively safe status and also because are considered a source of antioxidant, antifungal and antimicrobial compounds. Microencapsulation can prevent the volatilization and oxidation of essential oils and flavors protecting them from the environment and allowing a controlled or a sustained release. Cross-linked Poly(vinyl alcohol) can be used as a sustained release micro-matrice for essential oils. In this work, PVA microcapsules containing lemongrass (Cymbopogom citratus) essential oil were produced by the simple coacervation method. The microcapsules were chemical crosslinked whit glutaraldehyde. The degree of swelling obtained to PVA hydrogel was up to 6,9 g water /g polymer and the particle size distribution was evaluated. Introdução Atualmente as microcápsulas desempenham muitas funções em diferentes setores. Com a proteção da parede polimérica das microcápsulas o tempo de vida útil de um composto volátil pode ser bastante aumentado, ou seja, o tempo de prateleira de muitos produtos alimentícios e cosméticos é prolongado. As microcápsulas podem também proteger materiais sensíveis dos efeitos da radiação ultravioleta, umidade ou do contato com oxigênio. Muitos agentes ativos presentes nos cosméticos e alimentos são compostos instáveis como os óleos essenciais ou flavors, podendo reagir com outros componentes da formulação, são irritantes para a pele ou tecido, podem volatilizar-se ou simplesmente oxidar-se. O encapsulamento dos ativos é capaz de aumentar a estabilidade destes compostos no meio, protegendo-os de reações, além de permitir sua liberação controlada. O Capim limão (Cymbopogom citratus), conhecido popularmente como erva-cidreira, capimcidreira, capim-cheiroso, capim-cidrilho, capim-ciri, grama-cidreira ou capim-santo, é uma planta herbácea, aromática, perene, originária da Índia, de clima tropical e da família Gramineae (Poaceae). Seu óleo essencial é predominantemente constituído de mirceno, neral, geranial e outros compostos, sendo utilizado contra gripes, disenteria, dores de cabeça e também como calmante e antiespasmódico; além disso, possui atividade antimicrobiana (Pereira, 24). Polímeros hidrofílicos com reticulação são frequentemente usados como materiais de formação da parede de confinamento em sistemas de liberação controlada, providenciando uma rede

2 macromolecular polimérica permanente ou temporária, através da qual a liberação difusional do ingrediente ativo ocorre. O Poli(álcool vinílico) (PVA) pode ser reticulado com glutaraldeído (GA), por exemplo, ou com outros dialdeídos formando assim um hidrogel. O PVA deve ser reticulado para que possa ser utilizado em uma variedade de aplicações, especificamente nas áreas de ciências médicas e farmacêuticas (Bachtsi e Kiparissides, 1996). A coacervação é uma técnica utilizada em geral para encapsular óleos e flavors. Microcápsulas são produzidas por coacervação (simples ou complexa) pela indução da separação de fases de um hidrocolóide seguida pela deposição da fase recentemente formada em torno de um composto ativo, suspendido ou emulsionado, no mesmo meio de reação. Na coacervação simples, um aumento na concentração do eletrólito, adicionado ao meio de reação, diminui a solubilidade das cadeias poliméricas na fase aquosa, induzindo assim a deposição do polímero sobre o composto ativo. Após este processo podem ser adicionados agentes reticulantes que enrijecem a membrana formando o que é chamado de hidrogel. A liberação do material encapsulado em um hidrogel se dá por inchamento da matriz polimérica na presença de água. Durante o inchamento ou intumescimento do hidrogel, há um relaxamento das cadeias poliméricas, permitindo que o composto ativo difunda através dos espaços entre as estruturas tridimensionais das cadeias para o meio. Vários trabalhos relatam o uso de hidrogéis para microencapsulamento de óleos por coacervação. Dentre eles, Bachtsi e Kiparissides (1996) avaliaram a liberação de óleo Santosol de microcápsulas de PVA reticuladas com GA, produzidas por coacervação. Oliveira (24) estudou processos de produção de partículas de hidrogéis (ágar, alginato e quitosana) encapsulando ativos, dentre eles o D-pantenol, para o desenvolvimento de novos produtos cosméticos com aplicações no tratamento capilar. Maji et al., (26) microencapsularam óleo de Zanthoxylum limonella em gelatina reticulada com GA, por coacervação complexa, para aplicação como repelente de insetos. O objetivo deste trabalho foi obter microcápsulas de PVA reticuladas com GA contendo óleo essencial de capim limão (Cymbopogom citratus). Foram avaliadas a distribuição de tamanho e as características do hidrogel formador da parede das microcápsulas bem como sua morfologia. Experimental Reagentes O PVA utilizado foi fornecido pela Polysciences, Inc. sendo denominado de PVA 1 - M w = 78 Daltons, Grau de Hidrólise = 88 % molar e PVA 2 - M w = 6 Daltons, Grau de Hidrólise = 8 % molar. O óleo essencial de Capim limão foi adquirido da empresa Ferquima. O hidróxido de sódio utilizado para correção do ph das amostras foi fornecido pela Vetec em grau p.a. O ácido sulfúrico p.a., utilizado como catalisador da reticulação do PVA com o GA, foi fornecido pela Ecibra. Os

3 demais reagentes utilizados foram fornecidos pela Nuclear, sendo: Ácido acético glacial p.a., etanol p.a., metanol p.a., solução de GA (%) e sulfato de sódio anidro p.a.. Determinação do ponto de turvamento Para determinação do ponto de turvamento, foi preparada uma solução aquosa de PVA na concentração de 2% (p/v) e uma solução aquosa de sulfato de sódio anídro (Na 2 SO 4 ) na concentração de 2% (p/v). Então foram colocados 15 ml de solução de PVA em diferentes tubos de ensaio que foram levados a um banho termocriostático com temperatura igual a 5 C. Em seguida a solução de Na 2 SO 4 foi adicionada aos tubos de ensaio em volumes predeterminados de acordo com a proporção mássica entre PVA:Na 2 SO 4 utilizada no teste (1:1 ou 1:2). Após a homogeneização das misturas, a temperatura do banho termocriostático foi aumentada a uma taxa de 1 C/min e foi observado o comportamento do PVA a cada 5 C, até que a mistura deixasse de apresentar transparência e se tornasse opaca. Produção das microcápsulas de PVA contendo óleo essencial de capim limão Para produção das microcápsulas foram colocados 6 ml de solução aquosa de PVA 2% (p/v) em um reator de vidro encamisado de ml. Em seguida foram adicionados 6 ml de óleo essencial de capim limão e a mistura foi mantida a C e 5 rpm por 2 minutos. Então foram adicionados 6 ml de solução de Na 2 SO 4 2% (p/v), sendo que a proporção mássica utilizada entre PVA e Na 2 SO 4 foi de 1:1. A temperatura então foi aumentada de 1 C/min até que o valor desejado fosse atingido. Após o sistema atingir a temperatura de reação, foi adicionada a solução reticulante, composta por,17% (v/v) de H 2 SO 4, 16,7% (v/v) de metanol, 5% (v/v) de ácido acético glacial e solução de glutaraldeído %. A quantidade de solução de glutaraldeído % adicionada foi calculada de acordo com a razão de ligação cruzada (X) descrita por Peppas e Wright (1996). A mistura foi mantida por até 24 h. Ao final da reação as microcápsulas foram filtradas, lavadas com solução de Na 2 SO 4 2% (p/v) e armazenadas também em solução de sal sob refrigeração. Determinação do grau de inchamento A determinação do grau de inchamento foi feita através da retirada de uma amostra de cerca de 2 ml do meio de reação ao final do experimento. O ph da amostra foi determinado com um phmetro e então corrigido com uma solução,1 N de NaOH para 7,. Então a amostra foi colocada em uma ampola de papel alumínio e seca em estufa de convecção forçada por 24 h. Em seguida o filme formado foi colocado em etanol para extração do óleo essencial por 24 h. Após este período o filme foi novamente seco em estufa e então pesado em uma balança com precisão de ±,1 g sendo essa a massa inicial da amostra para determinação do EDS. Então o filme foi colocado em 5 ml de

4 água e deixado inchar até que entrasse em equilíbrio (48 h). Após atingido o equilíbrio o filme foi colocado sobre um papel filtro para que o excesso de água fosse retirado e então foi novamente pesado sendo essa a massa final do filme. O grau de inchamento foi calculado de acordo com a equação (1). ( massa polímero inchado massa polímero seco) Grau deinchamento = [ g água / g polímero ] (1) massa polímero seco Caracterização morfológica das microcápsulas Foi utilizado um microscópio biológico trinocular modelo L-2A uma câmera acoplada para obtenção de fotos das microcápsulas. As imagens foram analisadas com aumentos de 4, e 4 vezes. Distribuição de tamanho das microcápsulas Os diâmetros das microcápsulas foram determinados através das imagens obtidas no microscópio citado anteriormente, para tanto foi utilizado o software Size Meter. Em seguida a média dos diâmetros determinados no software foram avaliadas graficamente com relação ao número de medidas, até que um valor constante de média fosse obtido. Então a distribuição de tamanho das microcápsulas foi construída. Resultados e Discussão Para que fosse determinada a proporção de PVA:Na 2 SO 4 e também a temperatura de produção das microcápsulas, o ponto de turvamento foi avaliado para o PVA 1 e PVA 2. Os dados obtidos estão apresentados na Tabela 1. Tabela 1 Ponto de turvamento para soluções de PVA 1 e PVA 2. PVA PVA:Na 2 SO 4 5 C C 15 C 2 C C 3 C 35 C 4 C 45 C PVA 1 1:1 T T T T T T O O O 1:2 T T T O O O O O O PVA 2 1:1 T T T T T T O O O 1:2 T T T O O O O O O O Opaco; T Transparente. Como pode ser observado na Tabela 1, para uma maior concentração de eletrólito no meio a separação de fases ocorre em temperaturas menores. Porém concentrações elevadas de sal tendem a formar agregados de PVA, o que acaba desestabilizando o mecanismo de formação da membrana em torno das gotas de óleo, por isso a proporção mássica adotada entre o polímero e o eletrólito para os experimentos foi de 1:1. Além disso a concentração de PVA igual a 2% (p/v) foi selecionada de acordo com resultados prévios obtidos por Bachtsi, Boutris e Kiparissides (1996)

5 que estudaram a distribuição de tamanho para microcápsulas de PVA, com diferentes massas molares e graus de hidrólise (GH), contendo óleo de silicone. Os autores concluíram que concentrações maiores que 2% (p/v) de PVA não apresentam grandes alterações na distribuição de tamanho das gotas e no diâmetro médio de Sauter (d 32 ). Isto ocorre pois há um limite de tensão interfacial para concentrações elevadas de PVA. Em geral a dependência da distribuição do tamanho das gotas diminui com o aumento da concentração de estabilizante. Na Tabela 2 são apresentadas as condições experimentais adotadas para obtenção das microcápsulas de PVA contendo óleo essencial de capim limão (Cymbopogom citratus). Tabela 2 Condições experimentais de microencapsulamento. Experimento PVA X [%] T [ C] t reação [h] A 1, B 1, C 2, D 1, E 2,1 5 O grau de inchamento está relacionado com a razão de ligação cruzada (X), isso pode ser observado na Figura 1 onde são apresentados os valores de grau de inchamento do PVA reticulado, com relação aos experimentos apresentados na Tabela 2. Grau de inchamento [g água / g polímero] A B C D E Figura 1 Grau de inchamento de equilíbrio dos hidrogéis obtidos. O grau de inchamento do hidrogel de PVA produzido no experimento A, apresentou valor igual a 18,3 g água /g polímero. Este valor é elevado e o comportamento resultante deste hidrogel não é desejável para as microcápsulas, pois a liberação do óleo ocorreria muito rapidamente e não haveria sustentação da dosagem durante liberação. Então a razão de ligação cruzada do PVA com o GA foi aumentada em vezes, assim foi obtido um grau de inchamento sete vezes menor no experimento B (2,6 g água /g polímero ).

6 O aumento de temperatura não reduziu o grau de inchamento para o PVA 1 (experimentos B e D), pois o valor obtido em horas de reação do experimento C foi de 3,1 g água /g polímero, ou seja, praticamente o mesmo valor obtido no experimento E, que foi realizado somente até as horas de reação e foi obtido um grau de inchamento de 4 g água /g polímero. Quando comparamos o PVA 1 com o PVA 2, o menor grau de inchamento obtido foi para o PVA 2 que possui menor massa molar e menor GH. De acordo com Peppas, et al. (2), isso se deve à maior quantidade de grupos acetato (ou menor grau de hidrólise) do PVA 2, pois existem mais grupos hidrofóbicos diminuindo as interações entre as pontes de hidrogênio dos grupos hidrofílicos (hidroxilas). Esta interação é mais fraca no PVA 1 pois seu grau de hidrólise é maior, ou seja, é mais hidrofílico. Na Figura 2 é apresentada a morfologia das microcápsulas obtidas nos experimentos da Tabela 2. É possível observar que algumas microcápsulas do experimento A não apresentam forma esférica definida. Isto ocorreu pelo baixo grau de reticulação aplicado ao experimento. Após sete dias de armazenamento as microcápsulas aglomeraram-se. Figura 2 Morfologia das microcápsulas obtidas nos experimentos.

7 As microcápsulas dos experimentos B, C D e E apresentaram formas esféricas sem deformação. Porém formaram-se aglomerados, pois a reticulação deve ter acontecido também entre as cadeias de PVA de diferentes microcápsulas, unindo umas as outras. As microcápsulas dos experimentos C e E apresentam os menores diâmetros. A distribuição de tamanho das microcápsulas produzidas nos experimentos B, C, D e E é apresentada na Figura 3. Os experimentos B e D apresentaram uma larga faixa de distribuição, de até 115 µm. Os experimentos C e E, onde foi utilizado o PVA de massa molar e GH menores, apresentaram uma faixa mas estreita de distribuição. A maior porcentagem de microcápsulas encontra-se entre e 3 µm, para todos os experimentos. 14 % Microcápsulas % Microcápsulas Diâmetro [µm ] Maiores Diâmetro [µm ] Maiores 3 35 % Microcápsulas % Microcápsulas Diâmetro [µm ] Maiores Diâmetro [µm ] Maiores B C D E Figura 3 Distribuição de tamanho das microcápsulas produzidas nos experimentos B, C, D e E. De acordo com Bachtsi, Boutris, e Kiparissides (1996), tipos de PVA com alta massa molar e parcialmente hidrolisados adsorvem de maneira mais forte à interface óleo/água, e assim diminuem a tensão interfacial do sistema produzindo gotas menores. Além disso o diâmetro médio das gotas também pode ser diminuído pelo aumento de grupos acetato, ou seja, pela diminuição do grau de hidrólise. Uma quantidade maior de grupos acetato diminui a resistência ao quebramento das gotas de óleo, permitindo assim a que ocorra a diminuição do seu diâmetro médio. Podemos concluir que o PVA 2, com grau de hidrólise de 8% permitiu que fossem obtidas microcápsulas com menores diâmetros.

8 Conclusões Foram produzidas com êxito as microcápsulas de PVA contendo óleo essencial de capim limão (Cymbopogom citratus). Nos experimentos onde a razão de ligação cruzada utilizada foi de,1%, as microcápsulas apresentaram morfologia esférica. Já o experimento com grau de reticulação igual a,1% produziu microcápsulas com elevado grau de inchamento e morfologia deformada. O PVA de massa molar igual a 6 e GH de 8 % molar apresentou melhores resultados de grau de inchamento e distribuição de tamanho das microcápsulas devido à sua maior quantidade de grupos hidrofóbicos. Agradecimentos Os autores agradecem o apoio financeiro do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) ao trabalho. Referências Bibliográficas 1. A. P. C. de Oliveira, Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, A. R. Bachtsi; C. J. Boutris; C. Kiparissides Journal of Applied Polymer Science. 1996, 6, A. R. Bachtsi; C. Kiparissides Journal of Controlled Release. 1996, 38, T. K. Maji; et al. Bioresource Technology. 27, 98, N. A. Peppas; S. L. Wright Macromolecules. 1996, 29, N. A. Peppas et al. European Journal of Pharmaceutics And Biopharmaceutics. 2, 5, R. S. Pereira et al. Revista de Saúde Pública. 24, 38, 326.