EFEITOS DA ADIÇÃO DO PLASTIFICANTE GLICEROL SOBRE AS PROPRIEDADES DE FILMES DE AMIDO DE FRUTA-PÃO (Artocarpus altilis) K. C. A. Garcia¹, A. D. Coellho², W. A. Silva³ 1- Departamento de Engenharia de Alimentos Universidade Federal de São João del-rei, Campus Sete Lagoas CEP: 35702-031 -Sete Lagoas- MG Brasil, telefone: (32) 9 8888-0229- e-mail: (acerbi.karen@gmail.com). 2- Departamento de Engenharia Agronômica - Universidade Federal de são João del-rei, Campus Sete Lagoas - CEP: 35701-219 - Sete Lagoas - MG Brasil, telefone: (31) 9 7315-8607- e-mail: (duartecoelho.adriane@gmail.com). 3- Departamento de Engenharia de Alimentos Universidade Federal de são João del-rei, Campus Sete Lagoas - CEP: 35701-219 - Sete Lagoas - MG Brasil, telefone: (31) 9 8410-8070- e-mail: (was@ufsj.edu.br). RESUMO Com o grande aumento na preocupação com o meio ambiente, a produção de filmes biodegradáveis vem sendo uma boa alternativa para a produção de embalagens. A fruta pão (Artocarpus altilis) possui grandes concentrações de amido e por isso vem sendo empregada na produção de filmes biodegradáveis. O objetivo deste trabalho foi avaliar o comportamento de filmes biodegradáveis em função das concentrações de amido de fruta pão (3% e 6%) e glicerol (2,5%, 5%, 7,5%, 10%, 12,5%, 15%, 20% e 30%). A elaboração dos filmes foi realizada pelo processo casting. Os filmes com 6% de amido demonstraram diferenças significativas para espessura, parâmetros de coloração e transparência. As concentrações de amido e de glicerol afetaram significativamente a gramatura dos filmes. Pode-se concluir que quanto maior a concentração de amido, maior será a opacidade e menor a transparência dos filmes. ABSTRACT With the increase in the concern about the environment, the production of biodegradable films has been a good alternative for the production of packaging. The breadfruit (Artocarpus altilis) contains high concentrations of starch and, therefore, it has been used in the production of biodegradable films. This study aimed to evaluate the behavior of biodegradable films on the basis of starch concentrations of breadfruit (3% and 6%) and glycerol (2.5%, 5%, 7.5%, 10%, 12.5%, 15%, 20% and 30%). The films preparation was carried out by the casting process. The films with 6% of starch show significant differences in thickness, color and transparency parameters. The starch and glycerol concentrations significantly affected the weight of the films. It can be concluded that a higher concentration of starch causes a high opacity and low transparency of the films. PALAVRAS-CHAVE: filme biodegradável; casting; embalagens. KEYWORDS: biodegradable film; casting; packaging. 1. INTRODUÇÃO
O amido é uma molécula complexa, de alto peso molecular e é considerado um polissacarídeo de difícil solubilização, extraído de diversas fontes naturais, como mandioca, milho, batata e diversas outras espécies. Possui em sua composição a amilose, que consiste em um polissacarídeo de cadeia linear e a amilopectina, de cadeia ramificada. Os grânulos de amido em contato com água em temperaturas elevadas se expandem, o que provoca a ruptura dos grânulos, dando origem ao gel, processo esse denominado gelatinização. Para a produção de filmes biodegradáveis a utilização do amido se torna interessante, apesar das grandes possibilidades para este tipo de embalagem, faltam pesquisas relacionadas á sua produção em larga escala. Com o aumento da preocupação na preservação do meio ambiente, o desenvolvimento de embalagens com recursos mais renováveis está cada vez mais em alta. As diversas fontes botânicas de amido são algumas das soluções para o grande problema do descarte de embalagens, assim como a disponibilidade deste recurso ao redor do mundo. A produção de filmes através do amido gera grandes possibilidades para a produção de embalagens biodegradáveis. Segundo Davis e Song, (2006), existem diversas características que podem influenciar na formação dos filmes de amido, como a fonte botânica e concentração do amido, espessura dos filmes, plastificantes, entre outros fatores. Para o desenvolvimento de soluções filmogênicas a partir do amido, se torna necessária a adição de plastificantes que auxiliem na melhora das características do filme. Plastificantes são aditivos que segundo Gontard et al., (1993), proporcionam mobilidade molecular e flexibilidade dos filmes em função da interação com as cadeias de amido. O glicerol é um dos plastificantes mais utilizados na produção de filmes com amido. No ano de 2007, um seminário internacional, em Naji nas Ilhas Fiji, foi realizado sobre pesquisas e desenvolvimentos para a fruta-pão. Estudos reforçam a necessidade de diversificação das aplicações/usos do amido da fruta-pão Beyer (2007); Nwokocha e Williams, (2011); Ma et al., (2012); Zhang et al., (2014). A fruta pão (Artocarpus altilis) é originária de ilhas do sul do Oceano Pacifico. No Brasil a fruta pão se alastrou pelo nordeste do país, Amazônia e por alguns lugares do Sudeste, sendo bastante utilizada como fonte de carboidrato. Usualmente, os frutos são ricos em carboidratos (53% -76% amido), vitaminas B1, B2, C, cálcio, fósforo, ferro e baixo teor de gorduras (Beyer, 2007). Por possuir uma grande concentração de amido, a fruta pão se torna um alvo interessante no campo de pesquisa de filmes biodegradáveis. Os filmes biodegradáveis podem ser produzidos por um processo denominado casting. No processo casting, com o aumento da temperatura e a formação do gel, a amilose e amilopectina se desprendem e solubilizam na água. Posteriormente com a condução da secagem, ocorre à reorganização dos grânulos e com isso a formação de filmes de amido. 2. MATERIAL E MÉTODOS 2.1. Material: Amido de fruta-pão do estoque de amido do Laboratório de Embalagens, do Departamento de Engenharia de Alimentos da UFSJ; Glicerol ( 99,5%, Sigma-Aldrich Brasil) e água destilada. 2.2. Métodos:
Preparo das soluções filmogênicas: As soluções filmogênicas foram produzidas, conforme metodologia de Silva et al. (2007), com algumas modificações: Amido de fruta-pão (concentração 3% e 6%) adicionado em béquer e o volume final (100 ml) completado com água destilada. Após, a mistura foi submetida a aquecimento (95ºC) em chapa aquecedora magnética e mantida sob esta condição de temperatura por 5 minutos. A solução gelificada foi resfriada até 35 ºC, quando o plastificante (glicerol) foi incorporado nas concentrações de 2,5%, 5%, 7,5%, 10%, 12,5%, 15%, 20% ou 30%. A mistura foi homogeneizada em agitador magnético por 10 minutos. Após, a solução foi resfriada até temperatura ambiente (±25 ºC). Soluções filmogênicas sem adição de glicerol foram utilizadas como tratamentos controle, todos os tratamentos foram constituídos de 3 repetições em triplicatas. 2.3. Caracterização das soluções filmogênicas As soluções filmogênicas foram caracterizadas quanto aos parâmetros de coloração L, a, b e E com equipamento colorímetro Modelo CR400 (Konica Minolta, Japão); claridade das soluções filmogênicas leitura da percentagem de luz transmitida a 660 nm com espectrofotômetro Shimadzu UV/Visível Modelo UV-1800. Água destilada foi utilizada como referência. 2.4. Produção dos filmes a partir das soluções filmogênicas Os filmes foram produzidos pelo processo casting em que: uma alíquota (20 ml) de solução filmogênica foi tomada e disposto-espalhada em placa de poliestireno cristal (90 x 110 mm) de forma a cobrir toda a superfície interna da base da mesma. Após, o conjunto (placa contendo solução) foi colocado em estufa com circulação de ar, à temperatura de 35ºC (±2 ºC) por 36 horas para secagem, reticulação e formação da película/filme. Os filmes foram retirados e acondicionados em dessecador para posterior caracterização. 2.5. Caracterização dos filmes Os filmes foram caracterizados quanto aos parâmetros: Espessura (µm) determinada com auxílio de micrômetro digital (resolução 0,001 mm, DIGIMESS, São Paulo, Brasil), com a realização de 5 leituras diretas em amostras dos filmes obtidos. Gramatura (g/m 2 ) amostras de filmes com áreas determinadas foram pesadas em balança analítica Shimadzu. O peso (g) obtido foi dividido pela área (m²) e o resultado expresso em g/m². Parâmetros de cor L, a, b e E leitura direta em amostras dos filmes com equipamento colorímetro Modelo CR400 (Konica Minolta, Japão), conforme Silva et al. (2007). A análise dos resultados se resume a diferença total da presença das cores, representada pelo E. O cálculo foi realizado com o auxílio da Equação 1 apresentada a seguir: (Equação 1) Transparência dos filmes a taxa de transmissão de luz foi determinada em transmitância a 600 nm (T600) em equipamento espectrofotômetro Shimadzu UV/visível, modelo UV-1800. A espessura das amostras de filmes foi considerada para determinar a transparência, conforme Equação 2, proposta por Han e Floros (1997):
(Equação 2) 2.6. Análise dos resultados O experimento foi conduzido em delineamento inteiramente casualizado (DIC) com três repetições em triplicatas. Os tratamentos foram constituídos de 2 concentrações de amido (3%, 6%), plastificante (glicerol 2,5%, 5%, 7,5%, 10%, 12,5%, 15%, 20% e 30%). Foram realizados tratamentos controle, sem adição de plastificantes e os dados obtidos foram submetidos à análise de variância (ANOVA) no software R versão 3.1.2 (2014), de acordo com o esquema fatorial. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os parâmetros de cor analisados determinam a diferença da presença de cores definidas, as soluções filmogênicas foram caracterizadas de acordo com os parâmetros de coloração L, a, b e E. Observando estes parâmetros é possível perceber que quanto maior o valor encontrado em E, mais opaca é a solução. A porcentagem de amido adicionada para a formação da solução filmogênica influência de forma significativa nos parâmetros de coloração, demonstrando que quanto maior a quantidade de amido adicionada (6%), maior a diferença total de cor ( E). Os resultados obtidos para as médias na ANOVA foram 118,68 para as soluções com 6% e 93,34 para as soluções com 3%. A adição de plastificantes a soluções filmogênicas implica em mudanças nas características do filme produzido, na caracterização das soluções pode-se perceber que houve uma interação significativa entre o amido e glicerol presentes na análise de claridade das soluções. Os filmes analisados apresentaram médias de espessura com diferenças significativas apenas para a porcentagem de amido, demonstrando que a quantidade de glicerol adicionada não influencia na mesma. Os filmes com 6% de amido apresentaram médias de espessuras superiores aos filmes com 3% de amido, sendo que os filmes obtiveram respectivamente, 235,2 µm e 94,9µm. O amido de frutapão possui altos teores de amilose e amilopectina que após a secagem se reorganizam e desta forma quanto maior a porcentagem de amido presente, maior será a espessura dos filmes após a secagem. Houve interação significativa entre os teores de amido e concentrações de plastificante. Os filmes apresentadas gramaturas entre 1077,511 g/m². Os parâmetros de coloração e a transparência dos filmes obtiveram diferença significativa apenas entre a quantidade de amido (3% e 6%). Para a transparência, os filmes com maior porcentagem de amido (6%) apresentaram uma maior opacidade -11,79 e valor inferior ao encontrado para os filmes com 3% de amido (-46.5). A diferença total de cor ( E) nos filmes apresentou médias entre 135,5253 e 131,4089 para 3% e 6%, respectivamente. 4. AGRADECIMENTOS
A Fundação de Amparo à Pesquisa de Minas Gerais (FAPEMIG), ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), a Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP) e ao Programa Institucional de Bolsas de Iniciação Científica (PIBIC). 5. CONCLUSÕES A adição do plastificante glicerol na elaboração dos filmes biodegradáveis não alterou significativamente os resultados para as análises de espessura, parâmetros de coloração e transparência. As diferentes concentrações de amido demonstraram resultados significativos em todas as análises realizadas, demonstrando desta forma que quanto maior a concentração de amido presente maior será a opacidade das soluções e menor será sua transparência. Assim como os itens citados anteriormente, a espessura se altera com as mudanças na concentração de amido. Em função dos resultados, o parâmetro gramatura é influenciado pela concentração de amido e de plastificante. 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Beyer, R. Breadfruit as a candidate for processing. Acta Hort. (ISHS), 757: p.209214 (2007) Disponível em: http://www.actahort.org/books/757/757_28.htm. Davis, G.; Song, J.H. (2006). Biodegradable packaging based on raw materials from crops and their impact on waste management. Industrial Crops and Products, v.23, p.147161. Gontard, N.; Guilbert, S.; Cuq, J. L. (1993). Water and glycerol as plasticizers affect mechanical and water vapor barrier properties of an edible wheat gluten film. Journal of Food Science, v.58, n.1, p.206-211. Han, J.H.; Floros, J.D. (1997). Casting antimicrobial packaging films and measuring their physical properties and antimicrobial activity. Journal of Plastic Film Sheeting, v.13, n.4, p.287-298. Ma, H.; Pan, Z.; Li, B.; Atungulu, G.G.; Olson, D.A.; Wall, M.M.; Mchugh, T.M. (2012). Properties of extruded expandable breadfruit products. LWT - Food Science and Technology, v.46, n.1, p.326 334, Nwokocha, L.M; Williams, P.A. (2011). Comparative study of physicochemical properties of breadfruit (Artocarpus altilis) and white yam starches. Carbohydrate Polymers, v.85, p.294 302. Silva, W.A. Da; Pereira, J.; Carvalho, C.W.P. De; & Ferrua, F.Q. (2007). Determinação da cor, imagem superficial topográfica e ângulo de contato de biofilmes de diferentes fontes de amido. Ciência e Agrotecnologia, v.31, n.1, p.154-163. Zhang, L.; Cai, W.; Shan, J.; Zhang, S.; Dong, F. (2014). Physical properties and loading capacity of gelatinized granular starches. Industrial Crops and Products, v.53, p.323 329.