EFEITOS DO PLASMA EM FILME DE CELULOSE BACTERIANA

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Materiais

Autores

Goiana, M.L. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ) ; Fernandes, F.A.N. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ) ; Azeredo, H.M.C. (EMBRAPA INSTRUMENTAÇÃO) ; Rosa, M.F. (EMBRAPA AGROINDÚSTRIA TROPICAL)

Resumo

Filmes de celulose bacteriana (CB) têm estrutura hidrofílica, o que prejudica sua aplicação para a maioria dos alimentos. O objetivo do trabalho é avaliar o efeito do tratamento com plasma no caráter hidrofílico de filmes de CB. Foi testado o plasma a vácuo com ar sintético nos fluxos de 10mL/10min (CB-F-MÍN) e 30mL/30min (CB-F-MÁX). As amostras foram caracterizadas por medida de ângulo de contato, solubilidade e FTIR. Houve leve aumento do ângulo de contato de CB-F-MÁX em relação ao controle (51- 50°), e insolubilidade (85-83%), respectivamente. O espectro de FTIR mostra redução de intensidade na banda relacionada ao grupo OH do filme. A faixa de fluxos estudada, aponta à uma mudança no caráter hidrofílico, sugerindo que o vácuo do sistema de plasma pode ter atuado nessa região dos filmes.

Palavras chaves

Plasma a frio; Biopolímeros; Embalagens de alimentos

Introdução

O plasma a frio induz diversos processos químicos e físicos no volume plasmático e na interface plasma- polímero, que modificam as propriedades da superfície. O processo é operado usando vários tipos de gases ou combinações que afetam sua eficiência (GUO et al., 2015). Além disso, destaca-se como um dos métodos inovadores utilizados com sucesso para a indústria de embalagens devido a variadas aplicações, tais como esterilização de superfície, funcionalização e outras modificações (MISRA et al., 2015). A celulose excretada por bactérias (celulose bacteriana) evidencia-se por ser um polímero nanoestruturado, produzidos pelo gênero Komagataeibacter. Apresenta boa estabilidade térmica, área superficial elevada, biodegradabilidade e propriedades mecânicas singulares, com diferentes campos de aplicação: áreas biomédicas, farmacêuticas, têxtil e indústria de alimentos. Mas por ser um material altamente hidrofílico, apresenta fraca barreira a vapor de água, o que limita sua aplicação para embalagens (CALDERÓN et al., 2018). Portanto, o trabalho tem como objetivo avaliar a influência do tratamento com plasma a frio no caráter hidrofílico sobre o filme de celulose bacteriana.

Material e métodos

1.Preparo dos filmes As membranas de CB foram gentilmente fornecidas pela Seven Indústria de Produtos Biotecnológicos Ltda (Brasil). Passaram por oxidação (SAITO et al., 2007), e tratamento mecânico em moinho coloidal (Meteor Rex Inox I-V-N, São Paulo, Brasil) por 10 minutos, obtendo-se CB nanofibrilada (CBNF). A técnica de casting foi utilizada para a produção do filme, utilizando 1% de CBNF e 50% de glicerol, essa proporção em base seca da matriz. Em seguida homogeneizada em Vitamix (modelo Vita Prep 3) a 24.000 rpm por 15 minutos, ultrassonicada a uma potência de 60Hz durante 2 minutos (modelo Unique/Desruptor DES500), e seca em estufa a 50 °C por 48 horas. 2.Aplicação do plasma O tratamento de plasma a frio foi através de sistema a vácuo (modelo Plasma ETCH) usando ar sintético como gás ionizado. O filme foi colocado dentro da câmara e exposto a dois fluxos: 10 mL/10 minutos e 30 mL/30 minutos, chamados de mínimo (CB-F-MÍN) e máximo (CB-F-MÁX), respectivamente. 3.Análises realizadas As amostras foram caracterizadas por medida de ângulo de contato (GBX Intrumentation Specifique), no instante em que a gota de água toca a superfície dos filmes. A análise de solubilidade foi segundo Pena-Serna e Lopes-Filho (2013), e os espectros de FTIR foram realizados no modo de reflexão atenuada em equipamento Perkim-Elmer.

Resultado e discussão

Os resultados de ângulo de contato e insolubilidade estão expressos na Tabela 1. Após o tratamento, as amostras mantiveram-se íntegras. Observa-se que houve pouca variação do ângulo de contato entre as amostras controle e tratadas com os dois fluxos, o que significa que, nas condições estudadas, o tratamento por plasma não alterou o caráter hidrofílico dos filmes. Os resultados estiveram abaixo de 90° e assim, pode-se considerar que a superfície é molhada pelo líquido (hidrofílica); valores acima caracterizam as superfícies como hidrofóbicas (IOST et al., 2010). Quando analisados os dados de material insolúvel, percebe-se um aumento no filme tratado com maior fluxo (tabela 1), que se manteve íntegro após a análise. A solubilidade dos filmes em água é uma importante propriedade, dependendo da sua aplicação pode requerer insolubilidade, para proteger a integridade do produto ou a resistência à água (MATTA et al., 2011). Praticamente não houve diferença entre os espectros (figura 1) de superfície (CB-F-MIN) e (CB-F-MAX) do filme tratado com plasma. E em alguns pontos, também não se diferenciou da superfície do filme controle (CB-C). Observou-se bandas comuns aos filmes de CB, como na faixa de absorção em torno de 3344 cm-1, atribuído ao alongamento do grupo hidroxila. O filme tratado com plasma mostrou um deslocamento na faixa em torno de 2919-2853 cm-1, atribuído a distensão de ligações CH. O vácuo utilizado durante o tratamento pode promover a evaporação das moléculas de água do filme, por isso a redução de intensidade na banda relacionada ao grupo OH da água. O tratamento de plasma frio com sistema à vácuo foi utilizado para modificações de materiais (SARANGAPANI et al., 2017), indicando que um maior tempo de exposição traria modificações mais desejadas nos espectros.

Tabela com valores de ângulo de contato e insolubilidade dos filmes controle e tratados com plasma


Figura com os espectros de FTIR dos filmes de CB controle e tratados com plasma.

Conclusões

O processo de plasma a frio com sistema à vácuo manteve íntegro, e com a mesma aparência o filme de CB. A faixa de fluxos estudada, aponta à uma mudança no caráter hidrofílico do material, indicado na redução de intensidade na banda relacionada ao grupo hidroxila da água, sugerindo que o vácuo do sistema do plasma pode ter atuado nessa região.

Agradecimentos

Á FUNCAP, EMBRAPA AGROINDÚSTRIA TROPICAL e UFC pelo suporte científico.

Referências

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GUO, J., HUANG, K., WANG, J. Bactericidal effect of various non-thermal plasma agents and the influence of experimental conditions in microbial inactivation: a review. Food Control, v.50, p.482–490, 2015.

IOST, C. A. R., RAETANO, C. G. Tensão superficial dinâmica e ângulo de contato de soluções aquosas com surfatantes em superfícies artificiais e naturais. Eng. Agríc. Jaboticabal, v. 30, n. 4, p. 670-680, 2010.

MATTA J. R., MANOEL D. DA., SARMENTO, S. B. S., SARANTOPOULOS, C. I. G. L., ZOCCHI, S. S. Propriedades de barreira e solubilidade de filmes de amido de ervilha associado com goma xantana e glicerol. Polímeros, vol.21, n.1, p.67-72, 2011.

MISRA, N. N., KAUR, S., TIWARI, B. K., KAUR, A., SINGH, N., & CULLEN, P. J. Atmospheric pressure cold plasma (ACP) treatment of wheat flour. Food Hydrocolloids, v. 44, p. 115-121, 2015.

PENA-SERNA, C., & LOPES-FILHO, J. F. Influence of ethanol and glycerol concentration over functional and structural properties of zein – oleic acid films. Materials Chemistry and Physics, 142, 580 – 585, 2013.

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SARANGAPANI, C., DEVI, R. Y., THIRUMDAS, R., TRIMUKHE, A. M., DESHMUH, R. R., ANNAPURE, U. S. Physico-chemical properties of low-pressure plasma treated black gram. LWT Food Sci. Technol., 79, pp. 102 – 110, 2017.