AVALIAÇÃO DA ESTABILIDADE TÉRMICA DE BLENDAS DE CELULOSE BACTERIANA/POLI(VINIL ÁLCOOL) INCORPORADOS COM LICOPENO

ÁREA

Química de Materiais

Autores

Alves de Lima, A.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Fonseca Caetano, V. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Vinhas, G.M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO)

RESUMO

A celulose bacteriana (CB) é um biopolímero que apresenta grande potencial para diversas aplicações e pode ter suas propriedades modificadas a partir da incorporação de outros componentes, como polímeros ou compostos ativos. Neste trabalho foram produzidas blendas de filmes de CB com poli(vinil álcool) (PVA) puro e incorporadas com licopeno visando avaliar a influência do aditivo na estabilidade térmica do material. Os resultados mostraram que as blendas produzidas se apresentaram com características similares e que a adição do licopeno atribuiu uma coloração avermelhada às blendas. Verificou-se também que a incorporação do licopeno na matriz polimérica da blenda CB/PVA diminuiu a estabilidade térmica do material, mas não inviabilizando sua aplicação como filmes para alimentos.

Palavras Chaves

Celulose bacteriana; Poli(vinil álcool); Licopeno

Introdução

Os biopolímeros são polímeros produzidos por organismos vivos e que são constituídos por unidades monoméricas como ácidos nucleicos, sacarídeos e aminoácidos (GEORGE et al, 2020). Apresentam características vantajosas que o tornam aplicáveis em vários setores, como compatibilidade, renovabilidade, atoxidade, biodegradabilidade, sustentabilidade, além de serem ecológicos (UDAYAKUMAR et al, 2021). Dentre os biopolímeros, destaca-se a celulose bacteriana (CB) que apresenta características superiores a celulose vegetal, como alto módulo de Young, alta absorção de água, alta pureza química, alta cristalinidade, boa biocompatibilidade e biodegradabilidade, fácil de cultivar em vários substratos, e forma e textura controláveis, e, portanto, tem ampla aplicação em alimentos, cicatrização de feridas, biomedicina, etc. (WU et al, 2021). A CB pode ter suas aplicações ampliadas a partir da incorporação de polímeros, reforços e compostos ativos, assumindo assim novas propriedades (FERNANDES et al, 2020). O poli (vinil álcool) (PVA), é um exemplo de polímero que pode atribuir a CB uma melhor relação custo-desempenho, devido a suas características como alta estabilidade química, biodegradabilidade e ambientalmente estável (KHAN et al, 2021). Tem-se, ainda, os compostos ativos, como extratos naturais, pigmentos, óleos essenciais etc. que podem adicionar as blendas uma atividade antimicrobiana e/ou antioxidante (HAMEDI et al, 2017). Neste trabalho foram produzidas blendas de CB/PVA e CB/PVA aditivadas com licopeno (LIC) e avaliadas suas estabilidades térmicas perante a incorporação do aditivo, visando aplicações como filmes ativos antioxidantes na área alimentícia.

Material e métodos

Produção das membranas: O microrganismo utilizado para produção da celulose bacteriana foi Glucanoacetobacter hansenii. O PVA utilizado foi da marca Neon e o licopeno (LIC) da marca Sunflower. Para manter a manutenção do microrganismo foi utilizado o meio Hestrin & Scharamm (HS) (1954), composto por 18g de ágar, 20g de glicose, 5g de peptona bacteriana, 5g de extrato de levedura, 2,7g de Na2HPO4, 1,15g de C6H8O7 e 1g de MgSO4 por litro de água com o pH ajustado para 5,0. Para o preparo do inóculo e meio de crescimento das membranas foi utilizado o meio salino (Souza et al, 2020). O inóculo foi preparado com 0,6 g/L das bactérias, 1% de etanol e incubado por 3 dias. O meio de produção das membranas CB/PVA foi produzido a partir de 10% de inóculo, 1% de etanol, 10 g/L de PVA e incubado por 20 dias. Para o meio de produção das membranas CB/PVA/LIC utilizou-se o mesmo meio de produção das membranas CB/PVA com adição de 4,3 g/L de licopeno. Após o processo de crescimento das membranas, as blendas de CB foram coletadas e lavadas em água corrente. Para a remoção completa dos resíduos de bactérias restantes, as membranas foram esterilizadas por 20 minutos na autoclave. Após o resfriamento das membranas, essas foram secas à -2ºC por 15 dias. Análise termogravimétrica (TGA): As membranas secas foram analisadas através do equipamento Mettler Toledo modelo TGA-2 nas seguintes condições: faixa de temperatura de 30 a 600°C; taxa de aquecimento de 10 a 10°C / min sob atmosfera de nitrogênio. Os pesos das amostras variaram de 2 a 3 mg de celulose bacteriana seca.

Resultado e discussão

Membranas: As membranas desenvolvidas apresentaram-se opacas e homogêneas, com diâmetro de 5,3cm e coloração avermelhada na presença do licopeno. As espessuras foram de 0,03 e 0,04mm para CB/PVA e CB/PVA/LIC, respectivamente. Na Figura 1 é ilustrado as membranas úmidas e secas. As massas úmidas de CB/PVA e CB/PVA/LIC apresentaram os rendimentos de 21,992 e 16,501 g/L, respectivamente. As massas secas CB/PVA e CB/PVA/LIC apresentaram os rendimentos de 0,349 e 0,372 g/L, respectivamente. A perda de água para as membranas CB/PVA e CB/PVA/LIC foi de 99,98 %. A perda de água significativa é um resultado esperado, visto que segundo Duarte et al. (2019), a CB pode absorver até 100 vezes sua própria massa de água. Análise termogravimétrica (TGA): A análise de TGA foi conduzida para investigar o comportamento térmico das membranas CB/PVA e CB/PVA/LIC. Na Figura 2 é apresentado as curvas de TGA e derivada de TGA (DTG), com as temperaturas em que foi observado um evento de degradação térmica. Conforme apresentado na Figura 2, o perfil de degradação das membranas demonstrou ser diferente da CB pura, devido a presença de PVA e licopeno (TOMÉ et al, 2010). No primeiro evento de ambas membranas, houve picos resultantes da evaporação da água residual (70-150°C). No segundo evento, houve a decomposição do grupo hidroxila da cadeia lateral do PVA em CB/PVA. Porém, em CB/PVA/LIC houve, também, o início da decomposição do licopeno. E no terceiro evento, houve a quebra de ligações de hidrogênio do composto e a degradação térmica dos integrantes da membrana, como sugerido por Wahid et al. (2019) e Assis et al. (2020).

Figura 1 - Membranas úmidas e secas de CB/PVA e CB/PVA/LIC.


Figura 2- Curva de análise termogravimétrica (TGA) (a) e curva da derivada de TGA (DTG) (b).

Conclusões

As membranas CB/PVA e CB/PVA/LIC apresentaram, aproximadamente, o mesmo percentual de adsorção de água (10,24% e 10,43%, respectivamente). Confirmando que o licopeno não alterou as condições de adsorção de água de CB/PVA. Contudo, as temperaturas de degradação máxima de CB/PVA foram alteradas. A membrana CB/PVA/LIC demonstrou uma menor estabilidade térmica com picos de degradação em 240°C e 294°C. Verificou-se que a inserção do licopeno diminuiu a estabilidade térmica da membrana. A menor estabilidade térmica pode ser atribuída a influência de, por exemplo, iluminação, tratamento térmico e oxigênio que são fatores que atuam na estabilidade do licopeno. Entretanto, as membranas CB/PVA e CB/PVA/LIC poderiam ser aplicadas no setor alimentício, mesmo com as diferentes estabilidades térmicas.

Agradecimentos

Ao aporte financeiro concedido pela Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes) e FINEP por meio do Programa de Recursos Humanos da ANP para o Setor de Petróleo, Gás e Biocombustíveis (PRH 30.1-ANP).

Referências

ASSIS, R.Q. et al. Biodegradable packaging of cellulose acetate incorporated with norbixin, lycopene or zeaxanthin. Industrial Crops and Produts, v. 147, p. 112212, 2020.
CAZON, P.; VAZQUEZ M. Bacterial celulose as a biodegradable food packaging material: review. Food Hydrocolloids, v. 113, p. 106530, 2021.
DUARTE, É. B. et al. Celulose bacteriana propriedades, meios fermentativos e aplicações, Embrapa Agroindústria Tropical, Fortaleza, 2019.
FERNANDES, I. A. A. et al. Bacterial cellulose: From production optimization to new applications. International Journal of Biological Macromolecules, v. 164, p. 2598-2611, 2020.
GEORGE, A. et al. A comprehensive review on chemical properties and applications of biopolymers and their composites. International Journal of Biological Macromolecules, v. 154, p. 329–338, 1 jul. 2020.
GHADERI, J. et al. Polymer blending effects on the physicochemical and structural features of the chitosan / poly (vinyl alcohol) / fish gelatin ternary biodegradable films. Food Hydrocolloids, v. 95, p. 122-132, 2019.
HAMEDI, H. et al. A novel bioactive edible coating based ons odium alginate and galbanum gum incorporated with essencial oil of Ziziphora persica: The antioxidante and antimicrobial activity, and application in food model. Food Hydrocolloids, v. 72, p. 35-46, 2017.
HESTRIN, S.; SCHARAMM, M. Synthesis of celulose by Acetobacter Xylinum 2. Preparation of freeze-dried cells capable of polimerizing glucose to celulose. The Biochemical Journal, v. 58, n. 2, p. 345-352, 1954.
KAMAL, T. et al. Bacterial cellulose as support for biopolymer stabilized catalytic cobalt nanopaticles. International Journal of Biological Macromolecules, v. 135, p. 1162-1170, 2019.
KHAN, S. A. et al. Performance investigation of ZnO/PVA nanocomposite film for organic solar cell. Materials Today: Proceedings, 25 jun. 2021.
KIZILTAS, E.E.; KIZILTAS, A.; GARDNER D.J. Synthesis of bacterial celulose using hot water extrated wood sugars. Carbohydrate Polymers, v. 124, p. 131-138, 2015.
KOSSEVA, M.R. et al. Biopolymers produced from food wastes: a case study on biosynthesis of bacterial cellulose from fruit juice. Food Industry Wastes, p. 225-254, 2020.
POLMAN, E. M. N.; GRUTER, G.-J. M.; PARSONS, J. R.; TIETEMA, A. Comparison of the aerobic biodegradation of biopolymers and the corresponding bioplastics: a review. Science of the Total Environment, v. 753, p. 141953, 2021.
SOUZA, K.C.; VINHAS, G.M.; CAMPELO, J.M.; LIMA, I.S.M. Meio de cultura à base de sais e fonte de carbono simples para produção de celulose bacteriana e usos. INPI: BR102020012400-5, Depósito:18/06/2020.
TOMÉ, L.C. et al. Preparation and characterization of bacterial cellulose membranes with tailored surface and barrier properties. Cellulose, v. 17, n. 1, p. 1203-1211, 2010.
UDAYAKUMAR, G. P. et al. Biopolymers and composites: Properties, characterization and their applications in food, medical and pharmaceutical industries. Journal of Environmental Chemical Engineering, v.9, n. 4, p. 105322, 1 ago. 2021.
WAHID, F. et al. Reusable ternary PVA films containing bacterial cellulose fibers and e-polylysine with improved mechanical and antibacterial properties. Colloids Surfaces B, v. 183, p. 110486, 2019.
WU, Y. et al. In-situ fermentation with gellan gum adding to produce bacterial cellulose from traditional Chinese medicinal herb residues hydrolysate. Carbohydrate Polymers, v. 270, p. 118350, 15 out. 2021.
ZHIJIANG, C.; GUANG, Y. Bacterial cellulose/collagen composite: characterization and first evaluation of cytocompability. Journal of Applied Polymer Science, v. 120, n. 5, p. 2938-2944, 2011.