ÁREA
Química de Alimentos
Autores
Farias, V.P. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE RONDÔNIA) ; Ascheri, D.P.R. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS) ; Ascheri, J.L.R. (CTAA/EMBRAPA)
RESUMO
Objetivou-se a comparação dos amidos de fruta-do-lobo (FL) e lírio-do-brejo (LB) como substituto do amido de milho (M) para a obtenção de filmes, aquecidos em micro-ondas e termoprensados. Dos amidos se determinaram a amilose, análise microscópica, raios X e viscosidade. As pastas filmogênicas com o sem adição de plastificante foram irradiadas por 10 s e termoprensadas. Análises físico- químicas e mecânicas dos filmes foram realizadas. Os resultados mostraram que o amido de FL tem um futuro promissor como sucedâneo do amido de milho, podendo substituir até 100% na elaboração de filmes. A adição de 30% de glicerol e 3% de ácido cítrico na mistura FLM formou filme fino, solúvel, impermeável, resistente e menos elástico que os demais filmes elaborados.
Palavras Chaves
Propriedades reológicas; Propriedades mecânicas; Soluções filmogênicas
Introdução
Com o ritmo atual acelerado do desmatamento da Amazônia e de outras regiões, o mundo apresenta perdas irreparáveis do seu bioma, cedendo áreas desmatadas para a atividade pecuária e a monocultura. No Brasil, parte desse problema pode ser revertido fazendo uso do seu bioma. O amido dos rizomas do Hedychium coronarium (lírio-do-brejo) e dos frutos da Solanum lycocarpum (fruta-de-lobo) é passível de extração e podem ser aproveitados na indústria, principalmente em produtos pouco exigentes de amido de milho que tem a sua importância primaria na alimentação animal e no uso industrial. As características de um filme biodegradável incluem transferência de umidade reduzida, boa resistência mecânica, transparência e outros (GUTIÉRREZ et al., 2015). O estudo das propriedades dos filmes a base de amidos não-tradicionais, subsidiará a identificação de materiais para o desenvolvimento de novas estruturas biodegradáveis. Além disso, possibilitará a inclusão de aditivos para melhorar a adesão e estabilidade da matriz (RODRIGUES et al., 2021). As propriedades dos filmes a base de amidos nativos dependem do teor de amilose, da concentração de sólidos, etc. (LIU e HAN, 2005). O teor de amilose e o tamanho dos grânulos do amido podem variar dentro de uma mesma variedade botânica (HUAXI et al., 2011) e podem afetar as propriedades funcionais do amido e de seus derivados (TAO et al., 2019). Os filmes se formam após a secagem de uma solução filmogênica que contém o amido gelatinizado adicionado ou não de plastificante (ALTMANN et al., 2018). Na formação dos filmes, a contribuição das propriedades mecânicas por um único amido é limitada. O amido de milho forma filmes de baixa resistência à tração e permeabilidade ao vapor de água (TEKLEHAIMANOT et al., 2020), porém, estas podem ser melhoradas misturando o amido com outros tipos de amido que possam compensar o tamanho dos grânulos e a concentração ideal de amilose, ou com agentes plastificantes para adquirir filmes com apropriada textura e resistência. Agentes plastificantes ajudam a interromper a formação de dupla hélice da amilose com a amilopectina e de se ligar entre si, formando ligações cruzadas, reduzindo a interação entre as estruturas do amido, conferindo maior flexibilidade ao filme (CORRADINI et al., 2008). O uso do glicerol melhora propriedades mecânicas dos filmes (RADI et al., 2017) e o ácido cítrico pode melhorar a resistência ao vapor de água devido a sua estrutura multicarboxílica onde pode ocorrer esterificação em seus três grupos carboxílicos e os grupos hidroxila do amido. Esse ácido orgânico funciona como agente de ligações cruzadas, reforçando as ligações de hidrogênio, melhorando as propriedades dos filmes (SHI et al., 2008). Dentre as possibilidades na elaboração dos filmes, o processo “casting” é o mais conhecido. Sua desvantagem está no tempo gasto no preparo da solução filmogênica e no gasto de tempo e energia durante a secagem dessa solução (RIBEIRO et al., 2017). O uso de micro-ondas apresenta vantagens como a diminuição do tempo de gelatinização do amido e da quantidade de plastificante no preparo das soluções filmogênicas. Este processo acelera significativamente as reações químicas devido à absorção seletiva de energia na faixa de micro-ondas por moléculas polares, reduzindo o tempo reacional (SHEN et al, 2017). A gelatinização do amido usando micro-ondas e aliada a processos rápidos de formação de filmes podem reduzir os custos de produção. A termoprensagem tem por vantagem, além de diminuir o custo e tempo de secagem da solução filmogênica, a utilização de água como agente plastificante (PORNSUKSOMBOON et al., 2016). Considerando que o amido de milho aliado a amidos não-convencionais podem apresentar potencial vantagem na produção sustentável e valorização de amidos regionais (ZHU, 2020), o presente trabalho teve por objetivo de comparar os amidos de fruta-do-lobo e do lírio-do-brejo como substituto parcial ou total do amido de milho para a obtenção de filmes biodegradáveis em função do tipo de amido e plastificante, pré-gelatinizados em micro-ondas e termoprensados.
Material e métodos
Os amidos da FL, LB e M foram caracterizados quanto ao teor de amilose aparente (RINCÓN e PADILLA, 2004), microscópio eletrônica de varredura TM 3000 e ótica Leica DM E, difração de raios X (AXS D8 Advance) e viscosidade de pasta (RVA 4) (ASCHERI et al., 2014). A seleção de pastas filmogênicas de amido foi realizada com a finalidade de alcançar condições específicas de pré-gelatinização do amido [M, FL, FL e suas misturas MFL e MLB, em proporções 1/1 (m/m)], em menores quantidades de água e tempo de aquecimento em micro-ondas, registrando-se observação subjetiva (formação de grumos) e análise microscópica como respostas. As pastas filmogênicas foram elaboradas misturando 2,0 g de amido em água (1,0 e 2,0 mL) e irradiados em micro-ondas (5 e 10 s). Os filmes foram elaborados a partir de pastas filmogênicas previamente selecionadas adicionadas ou não de plastificante. As pastas filmogênicas sem adição de plastificante foram considerados como adicionais do esquema fatorial 23, onde os níveis do primeiro fator (tipo de amido) foram as misturas MFL e MLB, enquanto que o segundo e terceiro fatores foram os plastificantes glicerol e ácido cítrico em concentrações de 30 e 40% v/m e 2 e 3% v/m, respectivamente. A termoprensagem foi realizada em prensa hidráulica, prensando-se 2,0 g de pasta filmogênica entre duas folhas de teflon, em tempo, temperatura e prensagem de 2 min, 120 °C e 1,5 t, respectivamente. A espessura (, em mm) do filmes foi considerada como variável resposta com o intuito de selecionar filmes que representem o efeito da substituição do amido de milho e da adição de plastificantes sobre as propriedades físico-químicas e mecânicas dos filmes. A espessura foi medida com um micrômetro manual externo. A solubilidade em água foi determinada segundo GONTARD et al., (1994). A permeabilidade ao vapor de água foi determinada segundo a norma E96-95 da ASTM (1992). E, as propriedades mecânicas dos filmes: força (F, em N), elongação na ruptura (ELO, em %) e resistência à tração (RT, em MPa), foram realizadas utilizando um texturômetro (Brookfield, CT3 50K) seguindo o método D5488-94de1 da ASTM (2002). Os dados obtidos das variáveis analisadas foram submetidos à análise de variância e teste de medias Duncan a nível de 5% de probabilidade. Todas as análises estatísticas foram realizadas usando o TIBCO Software Inc. (2022).
Resultado e discussão
Os amidos de M e FL e LB apresentaram 27,5% e 34,7% de TAA, respectivamente. Os
grânulos de M (Figura 1A) apresentaram formas poligonais com diâmetros de 12,3
µm, de FL (Figura 1B) apresentaram formas elipsoides truncadas e irregulares com
diâmetro de 12,5 µm e de LB (Figura 1C) foram elipsóides assimétricos e
achatado, com diâmetro de 31,2 μm.
Os picos de difração de raios X de M foram localizados em 15,1-15,2°, 17,1-
17,3°, 18,0-18,3° e 23,0-23,1° (Figura 2A), sendo do tipo A. LB (Figura 2C)
apresentou difração do tipo B, enquanto FL foi do tipo C devido ao forte pico de
difração em 15,1°, 17,0°, 19,6°, 24 ,4° e um pico largo entre 22° e 24° (Figura
2C).
As análises de viscosidade de pasta mostraram que M, FL e LB apresentaram valor
de temperatura de empastamento (TP) e viscosidade máxima (VM) de 74, 70,7 e 76,6
°C e de 2.924,2, 4.413,9 e 5.755,7 cP, respectivamente (Figura 3). TP
correlacionou bem com TAA, isto é, TAA inibiu o inchamento dos grânulos causando
aumento de TP (JUHÁSZ e SALGÓ, 2008). SANTOS et al. (2016) em cultivares de
batata observaram que quanto > TAA < VM, porém, neste estudo se viu tendência
negativa, no entanto, houve tendência positiva de VM com o tamanho dos grânulos,
isto é, grânulos pequenos são mais resistentes ao intumescimento (HOSSEN et al.,
2011). A quebra de viscosidade de M foi de 894,7 cP, menor que FL (1158,9 cP) e
LB (1086,0 cP). Durante o ciclo de resfriamento FL apresentou maior
retrogradação (614,6 cP) que M (1028,3 cP) e LB (2086,7 cP) devido à amilose,
isto é, durante o resfriamento a amilose lixivia formando zonas cristalinas
(WANG et al., 2015).
No micro-ondas tem se notado que 5 s não foi suficiente para pré-gelatinizar os
amidos, obtendo-se uma pasta heterogênea e grumosa, porém, com 10 s se formou
uma pasta homogêneas e sem grumos. A Figura 1 confirma a pré-gelatinização que,
inicialmente, os amidos apresentaram superfície lisa e sem orifícios ou
rachaduras (Figura 1A a 1C). Porém, após a irradiação, os grânulos de M e FL
absorveram abundante água e colapsaram (Figura 1D e 1E, respectivamente),
enquanto que LB resistiu a esse fenômeno (Figura 1F), devido às diferenças de
tamanho dos grânulos e do TAA. LB necessitou maior quantidade de energia para
seu total gelatinização. M e FL (Figuras 1D e 1E) e suas misturas (Figuras 1G e
1H) mostraram que alguns grânulos incharam e se danificaram, mas a maioria
sofreu gelatinização, devido aos grânulos pequenos desses amidos que apresentam
maior afinidade à água, absorvendo maior quantidade de calor em menor tempo de
irradiação que a maioria dos grânulos de LB.
Quanto à espessura dos filmes tem-se notado que o filme MFL apresentou espessura
fina (0,07 mm), semelhante do filme de M (0,11 mm), e de FL (0,08 mm), inferindo
que o amido de milho pode ser substituído pelo amido de FL, produzindo filmes
finos. Contrariamente, a espessura do filme de MLB foi 0,13 mm, > o de M, porém,
próximo do filme de LB (0,14 mm). Isto ocorreu porque o amido de LB contém
grânulos maiores. Estas observações inferiram que a espessura dos filmes está
associada ao tamanho dos grânulos.
Houve diferenças entre os tratamentos adicional x fatorial. A espessura dos
filmes obtidos por meio dos tratamentos fatoriais, foi maior que dos filmes dos
tratamentos adicionais. O aumento da espessura se deve ao tamanho dos grânulos,
pois, grânulos pequenos gelatinizados preenchem espaços vazios deixados pelos
grânulos maiores, aumentando a área de contato com os plastificantes.
O efeito da mistura de MLB dentro de 30% de glicerina e 2% de ácido cítrico,
40% de glicerina e 2 e 3% de ácido cítrico sobre a variação da espessura foi
maior que de MFL. Em cada nível de plastificantes, MFL formou filmes de menor
espessura (≤ 0,18 mm) que MLB (0,25 ≥ espessura ≤ 0,30 mm). A espessura dos
filmes aumentou com o aumento da glicerina em 2% de ácido cítrico devido à ação
dos plastificantes sobre a estrutura do amido, eles preenchem os espaços vazios
intermoleculares dos filmes. No entanto, a espessura aumentou com o aumento do
ácido cítrico em 40% de glicerina, fato também atribuído ao plastificante
(TARIQUE et al., 2021).
É importante mencionar que a espessura foi maior quando fixada a glicerina a 40%
(0,1 mm < espessura < 0,25 mm, Figura 5B). Em 30% de glicerina, a espessura
variou de 0,15 mm a 0,25 mm, no entanto, ambos níveis de glicerina produziram
filmes de similar espessura. Ao fixar o amido em MFL, a espessura foi muito
menor (0,1 mm < espessura < 0,16 mm) que fixado em MLB que foi de es´pessura de
0,21 mm.
Os resultados de solubilidade dos filmes variaram de 7,94 a 77,39%. A adição de
plastificantes aumentou significativamente a solubilidade (> 30%) em relação aos
demais (< 15%). Esse fato se deve à alta afinidade dos plastificantes com a
água; o caráter hidrofílico resultou no aumento da mobilidade das
macromoléculas, facilitando o acesso da água no filme, permitindo o aumento de
sua solubilidade (Matta Junior et al., 2011). Pva variou de 1,04 10-6 a 4,63 10-
6 g (m s Pa)-1. Com a adição plastificantes Pva diminuiu devido à presença do
ácido cítrico, ele forma uma rede mais densa que evita a expansão do amido,
tendo como consequência a redução do fluxo de vapor de água através do filme,
interferindo a interação da glicerina com o amido, diminuindo seu efeito
expansivo (REDDY e YANG, 2010). Pelo teste Duncan tem se observado que não houve
diferenças entre as propriedades mecânicas dos filmes de M, FL e MFL. No
entanto, a força aplicada em filmes contendo plastificante foi maior, sendo
maior com ácido cítrico (6,58 N para MFL contendo 30% de glicerina e 3% de ácido
cítrico e 4,58 N para MFL contendo 30% de glicerina e 2% de ácido cítrico).
Conclusões
Conclui-se, neste trabalho, que o amido extraído dos frutos da fruta-do-lobo características suficientes para atuar como sucedâneo do amido de milho, podendo substituir até 100%, na elaboração de filmes biodegradáveis contendo ou não plastificantes. Os melhores filmes biodegradáveis obtidos foram elaborados a base de amido de milho, fruta-do-lobo e de sua mistura: amidos de milho e fruta-do- lobo (MFL). Todavia, a adição de plastificante melhorou as propriedades mecânicas desses filmes, obtendo-se, assim, o melhor filme entre eles a mistura dos amidos de milho e fruta-do-lobo adicionados de 30% de glicerol e 3% de ácido cítrico, obtendo-se um filme com espessura de 0,15 mm, mais solúvel (78%), menos permeável [1,04 g (m s Pa)-1], mais resistente (7 N) e menos elástico (1 %).
Agradecimentos
Agradecemos à universidade Estadual de Goiás por ceder as instalações dos Laboratórios de Pesquisa de Química. PIBIC/CNPq e à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) pelas bolsas concedidas.
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