Análise na influência do glicerol em biofilmes de gelatina bovina.

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Materiais

Autores

de Araújo Peixoto, P.H. (UFERSA) ; Assis Saldanha, R.D. (UFERSA) ; da Silva Junior, M.Q. (UFERSA) ; Pereira Gonçalves, F.C. (UFERSA) ; Alves Pereira, K.R. (UFERSA) ; de Freitas Fonseca, M.H. (UFERSA) ; Moreira Barbosa, L. (UFERSA) ; de Lima Leite, R.H. (UFERSA) ; Mendes Aroucha, E.M. (UFERSA) ; Gomes dos Santos, F.K. (UFERSA)

Resumo

Os filmes produzidos foram compostos por gelatina bovina e glicerol utilizando um planejamento experimental variando-se o teor de glicerol em relação à massa fixa de gelatina utilizando a técnica casting. Misturou-se a gelatina bovina e a água destilada, de modo que a hidratação deu-se por sessenta minutos, então adicionou-se o glicerol, para que a solução fosse aquecida e misturada, antes de secar até formar os filmes. O objetivo deste trabalho foi obter e caracterizar os filmes de gelatina bovina e glicerol. Os resultados mostram que a adição de glicerol resultou numa redução na resistência à tração e módulo de Young, ao passo que aumentou-se o alongamento na ruptura. Os resultados indicam que estes filmes biodegradáveis poderiam ser utilizados como embalagens para diversas aplicações.

Palavras chaves

Filmes ; Biodegradáveis; Embalagens

Introdução

A prática de embalar alimentos permite a criação de uma barreira física entre o meio exterior e o comestível, estendendo a vida útil de itens perecíveis, em especial daqueles sujeitos à ação oxidativa e microbiológica. Diferentes tipos de materiais são empregados nas embalagens de alimentos, podendo-se destacar os materiais feitos à base de petróleo, especialmente os plásticos, que apresentam propriedades favoráveis em relação à papel, alumínio, aço, vidro e etc. se comparados em termos de estabilidade, robustez e peso (DUIS et al., 2016). Entretanto, como dito por Suderman e colaboradores (2018), a utilização de plásticos causa sérios problemas ambientais devido a geração de resíduos não biodegradáveis. Quando se degrada, o plástico se transforma em microplásticos com diferentes densidades, composição, cor e forma (DUIS et al., 2016). A presença desses materiais no meio ambiente causa impactos negativos na vida marinha e nos processos ecológicos: sua ingestão pelos animais aquáticos pode causar problemas intestinais, respiratórios e entre outros; sua alta concentração em ambiente aquático interfere na incidência da luz solar na água (dificultando a sobrevivência de algas e outros seres vivos) e sua ingestão pelos seres humanos pode provocar doenças respiratórias e cardiovasculares (PRATA, 2018; GUZZETTI et al., 2018; LU et al., 2019). Para contornar esses problemas, diversos trabalhos têm estudado a substituição dos plásticos convencionais (oriundos de fontes fósseis) por biodegradáveis (provenientes de fontes renováveis) A utilização de biopolímeros, que são biodegradáveis, apresenta-se como uma alternativa de menor impacto ambiental em relação à produção de resíduos plásticos (SOO E SARBON, 2018). Geralmente os biopolímeros utilizados na produção de filmes biodegradáveis são polissacarídeos ou proteínas. Dentre as proteínas estudadas encontram-se: proteína de soja, proteína do leite e gelatina (NAZMI, ISA and SARBON, 2017). O uso de gelatina bovina na produção de filmes para revestir alimentos tem sido exaustivamente estudado devido às boas propriedades funcionais apresentadas, protegendo os alimentos da secagem, exposição à luz e ao oxigênio. Porém, apresentou limitações quanto à proteção contra a umidade (BAKRY, ISA, and SARBON, 2017). A adição de plastificantes como o glicerol aos materiais biopoliméricos permite a melhora das propriedades mecânicas dos filmes produzidos. Estudos apontam que com a variação gradativa da concentração de glicerol nos filmes de gelatina, diferentes valores de resistência à tração foram obtidos (NOR et al., 2017). Tendo em vista tudo o que foi exposto, esse trabalho visa desenvolver biofilmes poliméricos por meio do método de solução a base de gelatina bovina com a adição de glicerol como plastificante, em diferentes percentuais em relação a quantidade de gelatina, objetivando avaliar a utilização dos biofilmes em embalagens, analisando suas propriedades mecânicas.

Material e métodos

1.1.Materiais A gelatina bovina foi adquirida da empresa Barbosa Irmãos LTDA (Brasil), a água destilada e glicerol (Dinâmica Química Contemporânea, São Paulo, Brasil), foram utilizados na produção dos biofilmes. 1.2.Planejamento experimental Foi realizado um planejamento experimental com a variação da quantidade de glicerol para um valor de matéria seca fixado em 3%, resultando em 6 experimentos. As variáveis independentes utilizadas foram, as composições de gelatina bovina e glicerol. Enquanto as variáveis dependentes avaliadas foram limite de resistência a tração (LRT), módulo de elasticidade (ME) e alongamento na ruptura (Al). O planejamento experimental com valores reais pode ser observado na Tabela 1. Tabela 1 – Matriz do planejamento experimental com valores reais. Filme - Gelatina + Glicerol Pontos Gelatina Glicerol 1 3g 0,45 g 2 3g 0,6g 3 3g 0,75g 4 3g 0,9g 5 3g 1,05g 6 3g 1,2g Fonte: Autoria própria, 2019. 1.3. Procedimento de preparação de filme Os filmes foram produzidos a partir do método casting à 3% de massa seca. Os materiais foram pesados em uma balança analítica de precisão digital (AY220 da Marte) com resolução de 0,0001g do Laboratório de Processos Químicos da Universidade Federal Rural do Semiárido (UFERSA). A hidratação da solução de gelatina bovina foi realizada pela dissolução do pó de gelatina (3g) em 50 ml de água destilada por uma (01) hora. Após a hidratação adicionou-se 50 ml de água destilada juntamente com as porcentagens de glicerol (15%, 20%, 25%, 30%, 35% e 40%), e à solução foi submetida à 60°C com agitação de 600 rpm (Ref. 752A da Fisatom) por aproximadamente 50 minutos. Em seguida, as misturas foram postas em bandejas (15 mm x 15 mm) e encaminhadas para secagem em uma estufa com renovação de ar (TE-394/1 da TECNAL) do Laboratório de Análise Química da UFERSA a uma temperatura de 50°C durante 5 h. 1.4.Medição da espessura dos biocompósitos As espessuras dos corpos de prova foram obtidas em cinco pontos aleatórios com um micrômetro digital da Mitutoyo com resolução de 0,001 mm. As médias desses valores foram utilizadas para determinação das propriedades mecânicas de cada corpo de prova. 1.5.Ensaio Mecânico Os corpos de prova com dimensões de 20 mm x 100 mm, foram ensaiados para aquisição das propriedades mecânicas (limite de resistência a tração, módulo de elasticidade e alongamento na ruptura) de acordo com a norma ASTM D3039M em uma máquina universal de ensaios (DL 10000 da EMIC) do Laboratório de Ensaios Mecânicos da UFERSA, com uma célula de carga de 5kN a uma temperatura de 23°C, com uma velocidade de ensaio de 5 mm/min. Cinco corpos de prova foram ensaiados para cada composição do plano central de mistura. 1.6.Análise Estatística A partir dos dados obtidos foram analisados utilizado o software Excel®, onde é realizado uma análise estatística, com o auxílio do programa sigmaplot foi realizada a regressão quadrática das curvas de ME, AL, LRT, assim obtiveram-se as equações da curvas e o R² das mesmas.

Resultado e discussão

1. Propriedades Mecânicas Em um filme biodegradável deve existir determinada resistência mecânica e alongamento apropriado que possibilite a coesão e integridade durante o emissão ou acessão de esforços. Em testes realizados foram obtidos valores de algumas variáveis, Limite de Resistência à Tração (LRT), Módulo de Elasticidade (ME) e Alongamento na Ruptura (Al), os valores médios e dispersivos dos corpos de prova de cada ponto estão dispostos na Tabela 2. PONTOS LRT (MPa) ME (MPa) Al (%) 1 26,19 ± 10,55 469,68 ± 109,54 4,12 ± 1,89 2 24,78 ± 3,12 297,62 ± 24,98 11,25 ± 4,48 3 20,04 ± 5,44 225,14 ± 15,37 4,61 ± 2,02 4 11,47 ± 0,26 63,58 ± 28,01 55,34 ± 14,03 5 2,15 ± 0,83 5,13 ± 2,19 65,59 ± 11,75 6 1,72 ± 0,21 3,03 ± 0,56 71,47 ± 0,01 O biofilme de gelatina com Ponto 1 apresenta valores de tensão máxima, módulo de elasticidade e alongamento na ruptura de 26,19 Mpa, 469,68MPa e 4,12%, respectivamente, corroborando com Fakhoury et al., 2012. O ponto 2 apresentou uma diminuição de 5,7% na tensão máxima, uma diminuição de 37% no módulo de elasticidade e um aumento de 273% no alongamento na ruptura quando comparado aos valores obtidos pelo ponto 1, portanto a incorporação do plastificante favoreceu a um aumento significativo no alongamento do biofilme. Entre os pontos 2 e 3 observou-se ainda uma redução de 19% no LRT, uma redução de 24% no módulo de elasticidade e uma inesperada redução no alongamento percentual, corroborando com (AL-HASSAN & NORZIAH, 2012). Entre os pontos 3 e 4 verificou-se uma redução de 57% no LRT, uma redução de 72% no Módulo de elasticidade e um aumento de mais de dez vezes no alongamento de ruptura, corroborando com (SOO & SARBON, 2018). Entre os pontos 4 e 5, observou-se uma diminuição de mais de 5 vezes no LRT e de mais de 12 vezes no módulo de elasticidade, com um aumento de 18% no alongamento percentual. Finalmente, entre os pontos 5 e 6, observou-se uma diminuição de 20% no LRT e de 41% no Módulo de elasticidade, ao passo que apresentou um aumento de 9% no alongamento de ruptura, corroborando com Rezaei and Motamedzadegan (2015). Esse comportamento foi observado ao longo dos pontos, ou seja, o aumento significativo da elongação (AL%) com o acréscimo gradativo de glicerol nos pontos observados, ao passo que a Tensão máxima (LRT) e o módulo de elasticidade (ME) diminuíram significativamente (ABEDINIA et al., 2018). No entanto, após o ponto 2 era esperado o aumento do percentual de elongação no ponto 3, o que não se concretizou na prática, havendo uma diminuição ao invés. Tais comportamentos são novamente observados como mostram as figuras abaixo, além disso, as equações abaixo descrevem o modelo observado. ME=665,5797-209,5912x+16,1772x^2 R²=0,9915 AL=-9,4281+8,0602x+1,0954x^2 R²=0,9243 LRT=32,270-39967x-0,2404x² R²=0,9736

Módulo de Elasticidade e Alongamento na Ruptura ao longo dos pontos.


Limite de Resistência à Tração ao longo dos pontos.

Conclusões

Nesta análise foram avaliados os diferentes valores de concentração de glicerol em uma massa seca fixa de gelatina bovina para se obter os filmes homogêneos. Os filmes foram caracterizados mecanicamente a partir do ensaio de tração, do qual se pôde obter valores de Limite de Resistência a Tração (LRT), Módulo de Elasticidade (ME) e Alongamento na Ruptura (Al). Com a caracterização foi possível observar que o LRT diminui de acordo com o aumento da concentração de glicerol. Assim como a Tensão limite, o ME decresce de acordo com a elevação da concentração de glicerol. Por fim, o Al foi influenciado positivamente a partir da elevação teor de glicerol. Os modelos utilizados para análise foram significativos e confirmaram que o teor de glicerol interfere nas propriedades mecânicas analisadas como visto nos gráficos observados. A partir desse estudo é possível observar que os filmes gelatina bovina podem melhorar o seu desempenho com a adição de determinadas concentrações de glicerol permitindo o desenvolvimento de filmes para uso como embalagem de diversas aplicações.

Agradecimentos

Referências

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BAKRY, N. F., ISA, M. I. N., & SARBON, N. M. Effect of sorbitol at different concentrationson the functional properties of gelatin/carboxymethyl cellulose (CMC)/chitosan composite films. International Food Research Journal, 24(4), 1753-1762, 2017

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