ANÁLISE DA CRISTALINIDADE DE ESPUMAS DE AMIDO TERMOPLÁSTICO DE DIFERENTES FONTES AMILÁCEAS

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Materiais

Autores

Bergel, B.F. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL) ; Machado da Luz, L. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL) ; Avelleda, C.E. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL) ; Campomanes Santana, R.M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL)

Resumo

Espumas feitas a partir de termoplástico de amido (TPS) são potenciais substitutos de embalagens de uso único. Estas espumas podem ser obtidas a partir de diversas fontes de amido. O objetivo deste trabalho foi realizar um estudo sobre a cristalinidade do amido em espumas de termoplásticos de amido de diferentes fontes amiláceas (batata, milho e mandioca), propriedade que influência diretamente nas propriedades físicas e mecânicas do material. As espumas TPS foram feitas a partir da proporção mássica de amido/glicerol/água de: 62/5/33 (% m/m). Os resultados da difração de raios X indicam diferenças na cristalinidade das espumas TPS com diferentes tipos de amido. A espuma TPS com amido de milho apresentou maior cristalinidade que as demais espumas.

Palavras chaves

TPS; Cristalinidade; Amido

Introdução

Uma espuma de termoplástico de amido (TPS) é facilmente produzida por meio da compressão de uma massa de amido, água e plastificante em um molde fechado e aquecido por poucos minutos. Este método favorece a produção de espumas de diversas formas como copos e bandejas, pois o material ganha a forma do molde (SHOGREN, R. L. et al., 1998; SHOGREN, R. L.; LAWTON, J. W.; TIEFENBACHER, K. F., 2002; SHOGREN, R. L. et al., 1998 (2)) Soykeabkaew, Thanomsilp e Suwantong (2015) explicam que durante o processo o amido gelatiniza formando uma massa espessa, enquanto que a água desta massa evapora rapidamente fazendo com que a pasta se expanda. Esta expansão faz com que a pasta de amido preencha o molde e a água residual evapora até que a espuma TPS esteja gradualmente seca. A rápida evaporação da água é a responsável pela estrutura em forma de espuma do material. A forma e a espessura da espuma que se procura produzir podem ser controladas facilmente escolhendo a geometria do molde. Para a obtenção de espumas bem formadas é necessária uma composição de massa e um volume de massa adequada. Também é preciso temperatura e tempo de processamento adequado, parâmetros que geralmente estão na faixa de 180-250 °C e 125-300 segundos, respectivamente (CINELLI et al., 2006; SOYKEABKAEW; THANOMSILP; SUWANTONG, 2015). Cada amido provindo de diferentes fontes possui características próprias. Uma das diferenças mais importantes é o teor de amilose e amilopectina, os dois principais componentes que formam o amido. Embora estas duas macromoléculas sejam formadas por meros de glicose, as duas possuem conformações diferentes, enquanto que a amilose possui cadeia linear, a amilopectina possui cadeia ramificada. A variação destes dois componentes nos diferentes tipos de amido pode causar alterações nas espumas de amido resultantes. Alguns estudos indicam que quanto maior o teor de amilose do amido, maior será a densidade e a resistência à tração da espuma TPS (GUINESI et al., 2006; LIMA et al., 2012; TESTER; KARKALAS; QI, 2004). Fatores como a dimensão dos grânulos e a proporção de amilose e amilopectina do amido influenciam significativamente a formação de espumas (GLENN; HSU, 1997). Durante o processo de formação da espuma as moléculas de amilose, por serem lineares, tendem a se organizar e a se orientar paralelamente, formando uma fase cristalina. As principais estruturas cristalinas observadas na recristalização do TPS são chamadas de tipo V e B. A cristalinidade de tipo V ocorre pela cristalização da amilose em conjunto com lipídios ou polióis residuais presentes no TPS. A estrutura cristalina do tipo B é associada principalmente com a cristalização da amilose, embora a amilopectina também cristalize no tipo B em presença de plastificantes, principalmente o glicerol (CORRADINI et al., 2005; HULLEMAN et al., 1999; SHOGREN, R. L. et al., 1998). O objetivo deste trabalho foi avaliar a cristalinidade de espumas TPS feitas a partir de amido de batata, mandioca e milho.

Material e métodos

Produção das espumas TPS: As espumas TPS foram produzidas a partir de amido, água e glicerol. Foram utilizados amido de batata, amido de mandioca e amido de milho. Os componentes foram misturados em temperatura de 70° C até a pasta se tornar homogênea. O produto obtido foi colocado em um molde pré-aquecido. Este molde foi colocado em prensa hidráulica modelo Solar SL11, onde ocorreu o processo de compressão e termo expansão da pasta de amido. Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier: Para avaliar a estrutura química da superfície das espumas TPS, utilizou-se a espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (equipamento Perkin-Elmer frontier), utilizando o acessório ATR (FTIRATR). Para a análise, foram cortados pequenos pedaços das espumas TPS. As leituras foram feitas por transmitância no intervalo de 4000-650 cm-1, 30 scans, à temperatura ambiente, de acordo com a ASTM E 1252. Difração de Raios-X: A cristalinidade das espumas obtidas foi avaliada utilizando-se a técnica de difração de raios-x. A análise foi feita em um difratômetro Siemens, gerador Kristallofex-805. Os parâmetros utilizados foram: radiação Kα do Cobre (Cu, λ = 1,54 Angstrons), voltagem de 40 kV e corrente de 17,5 mA. A varredura foi feita entre os ângulos 2θ = 3° e 40°, com um tamanho de passo de 0,05°. O índice de cristalinidade (IC) foi calculado, quando possível, a partir da área dos picos dos difratogramas (SOARES et al., 2014) utilizando a seguinte equação: IC= ((AT- AA)/AT).100 Onde AT é a área total, enquanto que AA é a área amorfa do difratograma.

Resultado e discussão

Composição química das espumas TPS: A Figura 1 apresenta os espectros de absorção na região do infravermelho das espumas TPS de batata, mandioca e milho. As bandas principais observadas nos espectros das espumas TPS foram: Uma banda larga no intervalo entre 3400- 3200 cm-1 e uma banda em 1642 cm-1 atribuído ao estiramento e a deformação angular de ligações O-H, respectivamente; uma banda entre 3000-2900 cm-1 correspondente ao alongamento de ligações C-H; uma banda no intervalo de 1400-1300 cm-1 correspondentes às vibrações simétrica e assimétrica de ligações C-H; as bandas entre 1200-1000 cm-1 são picos característicos do amido e de outros polissacarídeos e são atribuídos a vibrações em ligações C-O-C. A partir destes resultados nota-se que não houve diferença aparente entre as espumas TPS feitas a partir dos amidos de batata, mandioca e milho. O resultado era esperado, uma vez que a principal diferença entre estes amidos é o teor de amilose e amilopectina, macromoléculas que possuem os mesmos grupos funcionais e que diferem apenas na forma estrutural (LIMA et al., 2012; WOKADALA; EMMAMBUX; RAY, 2014). Cristalinidade das espumas TPS: Na Figura 2 são apresentados os difratogramas de raios-x das espumas TPS produzidas com diferentes fontes amilaceas. Nota-se na imagem que as espumas preparadas com amido de batata, mandioca e milho possuem um padrão amorfo, indicando que a estrutura cristalina original dos grânulos de amido foi destruída no processo de gelatinização e, posteriormente na formação da espuma TPS. A espuma TPS de milho apresenta base amorfa, porém possui pequenos picos em aproximadamente 6,80°, 11,90°, 13,25°, 18,50° e 20,75°, indicando que uma parte do material recristalizou. Isso se deve ao maior teor de amilose do milho em relação a batata e a mandioca, pois amidos com maior teor de amilose possuem maior facilidade em recristalizar-se. A amilose cristaliza-se rapidamente em estruturas do tipo B e V (Corradini et al., 2005; Hulleman et al., 1999; Shogren et al., 1998). As estruturas cristalinas do tipo V são formadas apenas pela cristalização da amilose com lipídios e geralmente possuem picos característicos em aproximadamente 12,6°, 13,2°, 19,4° e 20,6°, sendo que o pico em 19,4° é o mais intenso e característico (van Soest e Essers, 1997; Zobel, 1988), enquanto que as estruturas cristalinas do tipo B possuem máximo característico em 16,8° e estão associadas tanto a cristalização da amilose quanto da amilopectina (CORRADINI et al., 2005). Nota-se que os picos da estrutura tipo V são semelhantes aos encontrados para a espuma TPS de milho. A formação de complexos amilose-lipídio explica a maior densidade e a estrutura celular destas espumas. O índice de cristalinidade da espuma TPS de milho foi de 6,15%.

Espectros de Infravermelho das espumas TPS de (a) milho, (b) mandioca e (c) batata.


Difratogramas de raios-x das espumas TPS de (a) milho, (b) mandioca e (c) batata.

Conclusões

No presente trabalho foi estudada a influência de diferentes tipos de amido na cristalização de espumas TPS. A espectroscopia no infravermelho mostrou que as espumas feitas com batata, mandioca e milho possuem os mesmos grupos funcionais. Já a difração de raio-x mostrou que espumas TPS de milho apresentam maior cristalinidade em comparação com espumas TPS de batata e mandioca. Este resultado indica que há diferenças na estrutura de espumas de amido de diferentes fontes amilaceas, o que consequentemente podem causar diferenças nas suas propriedades mecânicas e físicas.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao CNPQ pelo financiamento deste projeto de pesquisa.

Referências

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