RECOBRIMENTO DE SEMENTES DE FEIJÃO (Phaseolus Vulgaris L. ) COM FILMES BIODEGRADÁVES DESENVOLVIDOS A PARTIR DA MISTURA DE CARBOXIMETILCELULOSE E ALGINATO DE SÓDIO Aline F. de Oliveira 1 *, Valdir Soldi 2, Cristian B. da Silveira 3, Jefferson L.M.Coimbra 4, Cileide M. M. Coelho 5, Aquidauana Miqueloto... 1* Departamento de Química da UFSC, 88040-900, Florianópolis/SC line@qmc.ufsc.br; 2 Departamento de Química da UFSC - vsoldi@1mc.ufsc.br; 3 Depto. de Solo - UDESC a2cbs@cav.udesc.br ; 4 Depto de itotecnia UDESC a2jlmc@cav.udesc.br, 5 Depto de Fitotecnia UDESC a2cmm@cav.udesc.br; 6 Depto de Fitotecnia - UDESC aquidauanamiqueloto@yahoo.com Coating of bean seeds (Phaseolus vulgaris L.) with biodegradable films developed starting from sodium carboxymthylcellulose and sodium alginate The aim of the present work was to study the possible interference of biodegradable coating films in beans seeds. The biopolymers used for the coating process were sodium carboxymethylcellulose, sodium alginate and the blend 50/50. To verify the miscibility among the biopolymers FTIR analysis was used. The concentration for the forming solution of coating film was 2% (w/v). After the coating process the seeds were dry at temperature of 35 C for 20 hours. The coating process in the seeds was confirmed by scanning electron microscopy (SEM). The covered seeds were submitted to germination tests and vigor for evaluation of the possible interference of the film coating. The results suggested the absence of differences among the seeds with and without coating films in tests of germination and vigor. Introdução O sucesso de uma lavoura está na utilização de sementes de alta qualidade. As condições de ambiente como temperatura e umidade, e a ação de fungos presentes na semente e no solo podem prejudicar a germinação e o estabelecimento das plântulas no campo. Desta forma, o tratamento de sementes, eliminando os patógenos presentes nestas ou protegendo-as contra a ação de patógenos do ambiente (solo ou armazém), tem grande importância no desenvolvimento de plantas vigorosas e sadias (1). O recobrimento de sementes, ou peliculização, consiste na deposição de uma camada fina e uniforme de um polímero à superfície da semente. Pode ser utilizado conjuntamente com o tratamento químico e biológico um material protetor em quantidade muito precisa e com impacto mínimo sobre o meio ambiente (2). O interesse no desenvolvimento de filmes ou coberturas biodegradáveis, deve-se principalmente aos problemas de impacto ambiental provocados pela degradação muito lenta das embalagens convencionais de alimentos. Cria-se ainda a oportunidades para novos mercados para matérias-primas renováveis, principalmente as derivadas de produtos agrícolas, na produção de filmes (3-5). O filme biodegradável pode agir como uma barreira a elementos externos tais como umidade, óleo e gases e, conseqüentemente, confere maior proteção ao produto revestido, aumentando assim seu tempo de armazenamento. Entre as propriedades funcionais dos filmes
biodegradáveis podem ainda ser mencionados o transporte de gases (O 2 e CO 2 ) e de solutos; a retenção de compostos aromáticos e o transporte e a incorporação de aditivos alimentícios, tais como, nutrientes, aromas, pigmentos ou agentes antioxidantes e antimicrobianos. A utilização da técnica de recobrimento de sementes com uma camada polimérica fina e uniforme de filme, para minimizar a perda dos aditivos aplicados, pode representar boa alternativa para a agricultura (6). As sementes com esse recobrimento têm, praticamente, forma e tamanho iguais à semente sem cobertura, com ganho mínimo de massa. Aos filmes e, conseqüentemente, às sementes, podem ser incorporados pesticidas, nutrientes, corantes e outros aditivos (7). As coberturas biodegradáveis enriquecidas com nutrientes, além de melhorar a emergência das plântulas, também podem auxiliar no seu crescimento. Os agricultores, porém, têm sido reticentes em adotar novos métodos, que alterem hábitos consagrados de manejo das plantações (8). A composição do material de recobrimento das sementes pode influenciar a germinação, inibir o ressecamento das raízes, controlar a infestação por pragas e auxiliar na fertilização do solo nas proximidades da semente. Entre os exemplos de culturas beneficiadas, podem ser citados o algodão e o feijão, com aumento de 20% a 30% no índice de germinação (9). Para a formação de películas biodegradáveis utilizads neste trabalho utilizou-se dois polissacarídeos: a carboximetilcelulose de sódio e o alginato de sódio. A carboximetilcelulose (CMC) é um polímero natural, éter de celulose, que possui a estrutura baseada no polímero de β(1 4)-D-glucopiranose da celulose e O alginato de sódio (AS) é um polissacarídeo de origem natural derivado principalmente de algas marinhas marrons, tem uma característica estrutural que consiste em cadeias lineares de β(1 4)-D-ácido manurônico e α(1 4)-L-ácido gulurônico (10). Tanto o CMC quanto o AS possuem alta capacidade de formação de filmes, formação de gel e hidrogel (após reação de reticulação com cátions bi e tri valentes) (11,12). Além da semelhança estrutural entre eles, ampliam-se os campos de aplicação destes polímeros, promovem a aplicação destes em processos de liberação de princípios ativos, na indústria alimentícia como filmes comestíveis protetores (5), na área agrícola como agente de liberação de pesticidas e nutrientes (13) entre outras aplicações. O objetivo do presente trabalho foi avaliar os efeitos do recobrimento, desenvolvidos a partir dos biopolímeros carboximetilcelulose, alginato de sódio e a mistura de composição 50/50, em sementes de feijão, assim como avaliar a germinação, vigor das sementes recobertas com estes filmes.
Experimental Preparo dos Filmes e recobrimento das sementes O processo de recobrimento de sementes de feijão foi realizado para as soluções formadoras de filmes nas composições CMC/AS: 100/0, 50/50 e 0/100, com uma concentração total de 2% (m/v). Em uma primeira etapa do trabalho, foi utilizado etanol (10-30%) para que a secagem do recobrimento nas sementes fosse mais rápida, não houve diferença significava entre os filmes com e sem etanol, optando-se em utilizar as soluções poliméricas em apenas água destilada. Depois de agitação da solução filmogênica por 24 horas as sementes foram recobertas. Foram utilizados em média cerca de 1 ml de solução polimérica para cada 100 sementes. Depois de recobertas as sementes foram secas em estufa com circulação de ar em uma temperatura de 35 C. As sementes recobertas foram classificadas de acordo com o tratamento de recobrimento utilizado, tendo como denominações, Pol. 1, Pol. 2 e Pol 3, as sementes recobertas com os filmes nas composições CMC/AS: 100/0, 50/50 e 0/100 respectivamente. Espectroscopia de Infravermelho Para análise da miscibilidade entre os dois polímeros foram realizadas análise de FTIR. Os filmes para análises foram feitos nas composições nas composições CMC/AS: 100/0, 50/50 e 0/100 com uma concentração total de 0,2% (m/v). A análise foi realizada em um equipamento Perkim Elmer, modelo 16 PC. Microscopia Eletrônica de Varredura A Morfologia do recobrimento de sementes de feijão foi avaliada utilizando microscopia eletrônica de varredura ( Microscópio modelo Philips XL 30 equipado com microssonda de energia dispersiva de fabricação EDAX). As análises das superfícies dos recobrimentos nas composições CMC/AS 100/0, 50/50 e 0/100 foram avaliadas. As amostras foram fixadas em suportes e recobertas com ouro. Análises de microssonda de Energia dispersiva, com mapeamento do elemento Na + presente na composição dos polímeros foram realizadas para comprovar a presença do recobrimento. Teste de germinação e vigor Estudos de germinação e vigor foram feitos em uma estufa preparada para germinação, com uma temperatura de 25 C e umidade relativa controlada de 98-100%. Foram feitas duas repetições de 50 sementes para cada tratamento. As sementes foram colocadas em rolos de papel toalha
germitest umedecido com água. Os rolos foram mantidos na estufa por cinco dias, quando foram avaliadas a germinação e o vigor das plântulas normais. O teste de germinação foi realizado com as sementes recobertas nas composições de filme CMC/AS 100/0 e 50/50 e os testes de vigor foram realizados com filmes CMC/AS nas composições de 100/0, 50/50 e 0/100, analisando o comprimento da radícula após germinação. Resultados e Discussão Espectroscopia de Infravermelho Os espectros de FTIR mostrados na Figura 1 para os componentes puros e blenda 50/50 confirmam a grande similaridade das estruturas químicas dos dois biopolímeros. CMC 50/50 AS 1325 603 1597 1324 1063 668 1603 1300 1036 623 1608 1036 1500 1000 500 Comprimento de onda (cm -1 ) Figura 1: Espectros de Infravermelhos dos filmes puros, carboximetilcelulose e alginato de sódio e da blenda CMC/AS 50/50 Podem-se observar pela análise da Figura 1, as bandas referentes ao estiramento assimétrico e simétrico do COO -, em torno de 1610 e 1420 cm -1, respectivamente, com um deslocamento de banda para 1597 CMC e 1414 cm -1 no caso do alginato. As bandas referentes a estas absorções na blenda 50/50 estão com deslocamento mais próximos as absorções do alginato puro. As bandas em 1325 cm -1 (CMC) e 1300 cm -1 (AS) referentes ao estiramento C-O tem deslocamento na blenda 50/50 para 1324 cm -1, ficando mais próximo a absorção do CMC. Estes deslocamentos, mesmo que pequenos, são indícios da miscibilidade entre os polímeros no filme de composição 50/50.
Recobrimento das sementes Após o processo de recobrimento das sementes de feijão é possível notar visualmente um brilho nas sementes recobertas. Porém, para comprovar o recobrimento foram realizadas análises por microscopia eletrônica de varredura. Microscopia Eletrônica de Varredura Na Figura 2 encontram-se as micrografias das superfícies das sementes de feijões (a) sem recobrimento e recobertas com as soluções poliméricas nas composições CMC/AS (b) 100/0, (c) 50/50 e (d) 0/100. a b c d Figura 2: Micrografias das superfícies dos feijões, (a) sem recobrimento e recobertas com as soluções poliméricas, CMC/AS (b) 100/0, (c) 50/50 e (d) 0/100. Pela análise das micrografias nota-se pouca diferença entre as superfícies. Para caracterizar melhor o recobrimento foram feitas análises por microssonda de energia dispersiva (EDS) já que há na composição dos polímeros um elemento, Na +, que se pode quantificar através desta técnica. Os espectros obtidos para as sementes de feijão sem recobrimento (a) e recobertas com as soluções recobrimento, Pol. 1 (b), Pol. 2 (c) e Pol. 3 (d),encontram-se na Figura 3.
a b c d Figura 3: Espectros obtidos através da microssonda de energia dispersiva (EDS) para a superfície dos feijões sem recobrimento (a) e recobertas com as soluções poliméricas nas composições CMC/AS 100/0 (b), 50/50 (c) e 0/100 (d), Pol. 1 Pol. 2, e Pol. 3 respectivamente. Pela análise dos espectros obtidos pela microssonda de energia dispersiva obtidos pode-se comprovar para a semente de feijão sem recobrimento (a) uma quantidade mínima de íons Na. No caso das sementes de feijão recobertas (b, c e d) pode-se comprovar a presença de íons Na + em maior quantidade que a semente sem recobrimento, comprovando a presença de filme polimérico. Germinação Os resultados dos ensaios de germinação obtidos para as sementes sem recobrimento (testesmunha) e sementes recobertas com CMC (Pol.1), com a blenda (Pol. 2) e AS (Pol.3) encontram-se nas Tabelas 1 e 2.
Tabela 1. Resumo da análise de variância, indicando graus de liberdade (GL) e os quadrados médios para o caráter germinação de sementes, em três tratamentos (Polímero 1, Polímero 2, e testemunha) em feijão. Fonte variação Graus de liberdade Quadrado médio polímeros 2 89,34 ns erro 57 54,55 Média geral 89,26 ns = não significativo (P > 0,05 de probabilidade pelo teste F). Os resultados da análise de variância para o caráter germinação de sementes em feijão, incluídos na Tabela 1, demonstram que não houve diferenças significativas, pela estatística F, entre os níveis do fator polímeros. De modo que os diferentes polímeros avaliados apresentam efeitos semelhantes sobre o caráter avaliado, comparativamente ao tratamento utilizado como testemunha. Tabela 2. Médias do caráter germinação de sementes de três tratamentos (dois polímeros e uma testemunha). Tratamento Média Número Contraste Diferença L.I L.S Pol.1 92,0 1 1 vs. T 4,44 ns -1,302 10,19 Pol.2 88,8 2 2 vs. T 1,21 ns -3,915 6,342 Testemunha 87,6 3 ns = não diferem pelo teste de Dunnet t a 5% de probabilidade (P>0,05). Os dados inseridos na Tabela 2 corroboram que, para caráter de germinação de sementes em feijão os diferentes polímeros avaliados não possuíram efeito significativo sobre a germinação de sementes em feijão. Vigor Os resultados dos testes de vigor obtidos para as sementes sem recobrimento (testesmunha) e sementes recobertas com CMC (Pol.1), com a blenda (Pol. 2) e AS (Pol.3) encontram-se nas Tabelas 3 e 4. Tabela 3. Resumo da análise de variância, indicando graus de liberdade (GL) e os quadrados médios para o caráter comprimento da radícula (mm), em quatro tratamentos (Polímero 1, polímero 2, polímero 3 e testemunha) em feijão. Fonte variação Graus de liberdade Quadrado médio polímeros 3 18,89 ns erro 395 10,72 Média geral 8,41 ns = não significativo (P > 0,05 de probabilidade pelo teste F).
Os resultados da análise de variância para o caráter comprimento da radícula (mm) em feijão, incluídos na Tabela 3, demonstram que não houve diferenças significativas, pela estatística F, entre os níveis do fator polímeros. De modo que os diferentes polímeros avaliados apresentam efeitos semelhantes sobre o caráter comprimento da radícula, comparativamente ao tratamento utilizado como testemunha. Tabela 4. Médias do caráter comprimento da radícula (mm) de quatro tratamentos (polímeros).. Tratamento Média Número Contraste Diferença L.I L.S Pol.1 8,01 1 1 vs. T 0,8450 ns -0,2473 1,9373 Pol.2 8,98 2 2 vs. T 0,3770 ns -0,7153 1,4693 Pol.3 8,51 3 3 vs. T -0,1219 ns -1,2169 0,9731 Testemunha 8,14 4 ns = não diferem pelo teste de Dunnet t a 5% de probabilidade (P>0,05). Pela avaliação dos resultados obtidos no teste de vigor, constatou-se que não houve diferença entre os tratamentos realizados. Pode-se dizer, que a cobertura das sementes não afeta o vigor das mesmas apresentando potencial uso como cobertura protetora das sementes. Conclusões Através da análise de FTIR comprovou-se a miscibilidade entre os dois biopolímeros, sendo que a blenda de composição 50/50 pode ser aplicada em processos de recobrimento. Análises de MEV juntamente com a miscrossonda de energia dispersiva comprovaram a presença dos biopolímeros nos filmes de recobrimento. O recobrimento de sementes com os filmes utilizados não afetou sua qualidade em termos de capacidade de germinação e de vigor, fato de extrema importância para futuros trabalhos visando a incorporação de agentes ativos para a proteção das sementes a ataques de pragas. Agradecimentos Os autores agradecem a UFSC, UDESC e CNPq Referências Bibliográficas 1. J. O. M. Mente Importância do tratamento de sementes. In: Semana de atualização em patologia de sementes, 2., 1991, Piracicaba. Anais... Piracicaba: ESALQ/FEALQ, 1991, 2003. 2. L. Baudet; W. Peres Revista Seed News. janeiro/fevereiro 2004, ano. VIII, n. 1. 3. P.S. Tanada-Palmu; C.R.F. Grosso Boletim do CEPPA,.20, n.2, 291, 2002. 4. P.S. Tanada-Palmu; C.R.F. Grosso Research Advances in Agricultural & Food Chemistry, 3, 53, 2002.
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