Amido como fonte de novos materiais de base polimérica

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Materiais

Autores

Silveira, N. (UFRGS) ; Vailatti, A. (UFRGS) ; Zucatti, R. (UFRGS) ; Leite, D. (UFRGS)

Resumo

O objetivo principal do trabalho é apresentar a evolução das pesquisas envolvendo tratamentos enzimáticos, químicos e físicos, realizados em diferentes grânulos de amido: da modificação química e cristalina dos grânulos, à preparação de polímeros de amido e sua transformação em hidrogéis termosensíveis. O trabalho, realizado nos últimos anos, destaca a importância deste tipo de carboidrato na produção de novos materiais, aplicáveis na indústria química.

Palavras chaves

amido; cristalinidade; hidrogéis

Introdução

O amido é um polissacarídeo que ocorre como um grânulo semi-cristalino composto por dois homopolímeros de α-D-glicose, amilose e amilopectina. O grânulo de amido contém áreas cristalinas e amorfas, responsáveis pelas propriedades físico-químicas do amido. A possibilidade de modificar quimicamente os grânulos de amido, melhorando as características específicas para seu uso (como tamanho, porosidade e cristalinidade) aumenta a busca de metodologias químicas capazes de causar essas modificações. Além disso, a auto-organização e capacidade de complexação de amilose e amilopectina (polímeros de amido), naturais ou quimicamente modificados, foram recentemente estudadas como a chave para a preparação de sistemas interessantes de bases naturais, como hidrogéis. O objetivo principal é apresentar a evolução do nosso trabalho envolvendo tratamentos enzimáticos, químicos e físicos, realizados em diferentes grânulos de amido: da modificação química e cristalina dos grânulos, à preparação de polímeros de amido e sua transformação em hidrogéis termosensíveis. O trabalho, realizado nos últimos ano (1-5) destaca a importância deste tipo de carboidrato na produção de novos materiais, aplicáveis na indústria química.

Material e métodos

Os principais tratamentos dos grânulos de amido de milho, batata e arroz foram feitos com condições alcalinas (NaOH) ou ácidas (HCl). Foram aplicadas concentrações diferentes (2M, 1M e 0,1M) e tempos (1, 4 e 7 dias) à temperatura ambiente (20 ° C ± 3), incluindo também a aplicação de campo elétrico. O tratamento enzimático também apresentou bons resultados. A extração de amilose/amilopectina a partir de amido foi preparada dissolvendo os grânulos em uma solução DMSO/H2O. As soluções foram agitadas a 30 ° C até a sua dissolução total. A dispersão passou de opaca para translúcida após 30 h e não foram encontrados agregados residuais. Após, a solução foi submetida à sonicação durante 1 min a 100% de amplitude (Digital Sonifier, modelos 250 e 450 - Branson Ultrasonic Corporation), a fim de reduzir a sua massa molecular. Nanopartículas de amido (SNP) preparadas a partir da solução foram feitas reagir através de uma polimerização em emulsão resultando em um copolímero com poli (N-isopropilacrilamida). O mesmo constitui-se de um hidrogel termosensível. A caracterização dos sistemas envolveu Difração de raios-X (D-500 Siemens - 3º e 40º), Espalhamento de raios-X a pequenos ângulos (SAXS 2 - LNLS - CNPEM - Brasil), dispersão de luz (Brookhaven Instruments 9000) e microscopia eletrônica (EVO MA10, Zeiss). Para alguns dados, foram aplicados modelos teóricos.

Resultado e discussão

Durante a hidrólise ácida com HCl, as primeiras ligações de hidrogênio a romper-se situam-se na parte amorfa do grânulo. A amilose (parte amorfa) é mais solúvel do que a amilopectina (parte cristalina), deixando o grânulo mais facilmente. Para os amidos ceroso e regular, as hidrólises a 1M e 7 dias mostraram-se mais eficientes na otimização da cristalinidade dos grânulos. Os resultados indicam um aumento da cristalinidade após o tratamento (33,4% para o amido in natura e 52,5 para o amido tratado (média 8 tratamentos com HCl 0,1M e 2,0 M)(Figura 1). A partir das macromoléculas (amilopectina e amilose) obtidas pela solubilização dos grânulos (4g/L em 90% DMSO/H2O) foi possível a preparação de microgéis termosensíveis. Nanopartículas (NS) foram preparadas, com um Rhde 75 nm, e um perfil semi-cristalino. O padrão de difração de R-X indica estruturas cristalinas do tipo B e V , com picos característicos em q = 3,8, 11,6, 15,1 e 16,3 nm-1. Após, foram desenvolvidos microgéis híbridos de NS com o polímero de N-isopropilacrilamida. Os microgéis NP-co-p(NIPAM) foram preparados, na presença de persulfato de amônio como iniciador e N,N'-metilenobisacrilamida como reticulante. Os microgéis apresentaram Rh entre 220 e 110 nm, antes e após a T de transição de fase, respectivamente. As temperaturas de transição de fase dos microgéis foram de 32,9oC a 32,9oC (Figura 2). Concluiu-se que o aumento da quantidade de NS na síntese dos microgéis leva a um aumento da hidrofilicidade dos mesmos, refletindo-se em um aumento da temperatura de transição de fase, típica de hidrogéis termoresponsivos.

Padrão DR-X do amido AmW e de suas amostras hidrolisadas por 1 dia, sob o efeito de diferentes concentrações molares.


Raio hidrodinâmico (Rh) vs. temperatura para os microgéis sintetizados com diferentes quantidades de NS.

Conclusões

Pôde-se concluir que o tratamento ácido, em condições controladas, dos grânulos de determinadas espécies de amido, leva a uma diminuição de sua cristalinidade, sem dissolução da estrutura do mesmo. Foi possível a preparação de grânulos com propriedade físico-químicas diferenciadas para aplicação, principalmente na área de alimentos. A extração dos polímeros do amido (amilose e amilopectina) permitiu a preparação de novos materiais de interesse industrial como os microgéis termosensíveis, com temperaturas de transição próprias para aplicação médica.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao CNPq, à CAPES, à PROPESQ-UFRGS, ao LNLS e ao CNANO-UFRGS.

Referências

1. Peres, G. L.; Leite, D. C.; Silveira, N.P.Starke (Weinheim), v. 68, p. 1-10, 2016.
2. Ribeiro, A.; Rocha, A.; Soares, R. M. D.; Fonseca, L. P.; Silveira, N.P. CarbohydratePolymers, v. 157, p. 267-274, 2016.
3. Peres, G. L.; Leite, D. C.; Silveira, N.P.Starke (Weinheim), v. 66, p. 1-8, 2015.
4. Gonçalves, P. M.; Noreña, C. P Z.; Silveira, N.P.; Brandelli, A. Lebensmittel-Wissenschaft + Technologie / Food Science + Technolgy, v. 58, p. 21-27, 2014.
5. Silveira, N.P., Hellweg, Th., Leite, D.C., STARCH AS SOURCE OF NEW POLYMERIC ARRANGEMENTS in the 46th World Chemistry Congress, 40a Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química and IUPAC 49th General Assembly, July 7th to 14th, 2017, São Paulo - Brazil