ÁREA
Química de Materiais
Autores
Gomes, A.V.R. (UFPB) ; Gomes, R.M. (UFPB) ; Leite, R.H.L. (UFERSA) ; Menezes, F.L.G. (UFERSA) ; Santos, F.K.G. (UFERSA) ; Aroucha, E.M.M. (UFERSA)
RESUMO
A proposta deste trabalho foi analisar os parâmetros de cor a*, b*, L, índice de amarelamento (IA) e índice de brancura (IB) de biocompósitos de amido de milho, cera de carnaúba (CC) e bagaço de cana-de-açúcar (BC). O IA variou entre valores médios de 75,74 e 85,98 e o IB entre valores médios de 45,07 e 50,22, de forma que a cor apresentada pelos biocompósitos foi um amarelo ocre. A adição de BC proporcionou um aumento significativo no parâmetro a* e no IA, enquanto que reduziu o L e o IB dos biocompósitos. A adição de CC promoveu um aumento significativo no valor de b* e do IA, ao mesmo tempo que reduziu o L e o IB dos biocompósitos. Em elevadas concentrações, o tween 80 propiciou uma redução significativa no IA, bem como um aumento significativo no IB dos biocompósitos.
Palavras Chaves
Embalagens; Índice de amarelamento; Índice de brancura
Introdução
O interesse pelo desenvolvimento sustentável tem gerado uma conscientização nas autoridades mundiais e na sociedade, as quais tem buscado alternativas para resolução de problemas como emissões de gases de efeito estufa, energia incorporada, toxidade e esgotamento de recursos (GURUNATHAN; MOHANTY; NAYAK, 2015). A indústria de embalagens plásticas, em especial as de alimentos (CARISSIMI; FLÔRES; RECH, 2018; MENEZES et al., 2021), é a que mais preocupa pela grande produção de resíduos nas últimas décadas, os quais causam impactos adversos na saúde humana e no meio ambiente (PINCELI et al., 2021). Devido a isto, muitas pesquisas tem sido realizadas para produção de embalagens ambientalmente sustentáveis (DEBIAGI; MARIM; MALI, 2015; ENGEL; AMBROSI; TESSARO, 2019; TIRADO, et al., 2019; FERREIRA; MOLINA; PELISSARI, 2020; JAMRÓZ et al., 2022). Dentre esses materiais se destacam os biopolímeros à base de amido devido a sua biodegradabilidade e por ser um recurso abundante e renovável, além de apresentar grupos de hidroxila livres que permitem uma variedade de procedimentos para modificação (MALEKZADEH; TATARI; FIROUZABADI, 2023). Contudo, os biopolímeros à base de amido apresentam baixa resistência mecânica, sendo necessária a adição de fibras lignocelulósicas para melhoria das propriedades mecânicas, formando um novo material conhecido como biocompósito (EDHIREJ et al., 2017; ENGEL; AMBROSI; TESSARO, 2019; GOMES et al., 2019; MALEKZADEH; TATARI; FIROUZABADI, 2023). Além disso esses biopolímeros são altamente hidrofílicos e higroscópicos, havendo a necessidade da adição de lipídios, que são hidrofóbicos, em sua composição, a fim de melhorar a resistência à água (RODRIGUES et al., 2014; CHIUMARELLI; HUBINGER, 2014; FERREIRA; MOLINA; PELISSARI, 2020). Apesar da melhoria nas propriedades mecânicas com a adição das fibras lignocelulósicas, bem como da redução na absorção de água dos biocompósitos com a adição de lipídeos, como a cera de carnaúba (SANTOS et al., 2017), a cor dos biocompósitos deve ser levada em consideração pensando em aplicação na indústria de embalagens, visto que a cor pode ser significativa na aceitação de um produto, seja ele comestível ou não, por parte do consumidor (MALEKZADEH; TATARI; FIROUZABADI, 2023). Para a análise da cor dos materiais, deve-se obter a Faixa de Luminosidade (L*) que varia de 0 (preto/opaco) a 100 (branco), a coordenada a*, que representa verde (negativo) e vermelho (positivo), enquanto que a coordenada b* representa azul (negativo) e amarelo (positivo) (MENEZES et al., 2021). Com esses parâmetros, é possível calcular o índice de amarelamento (IA) e o índice de brancura (IB). Portanto, esse trabalho tem a finalidade de analisar os parâmetros de cor a*, b*, L, IA e IB de biocompósitos de amido de milho, cera de carnaúba e bagaço de cana-de-açúcar em função da variação dos componentes cera de carnaúba, bagaço de cana-de-açúcar e tween 80.
Material e métodos
Os biocompósitos foram produzidos utilizando amido de milho (Unilever, Garanhuns, Brasil), cera de carnaúba tipo I (Agrocera, Russas, Brasil), bagaço de cana-de-açúcar obtido de resíduos agrícolas (Mossoró, Brasil), glicerol (Dinâmica Química Contemporânea, São Paulo, Brasil) e tween 80 (Vetec Química Fina, Duque de Caxias, Brasil). As variáveis dependentes avaliadas foram a faixa de luminosidade (L), a coordenada a*, a coordenada b*, e os índices de amarelecimento (IA) e brancura (IB) dos biocompósitos, enquanto que as variáveis independentes utilizadas foram os percentuais de cera de carnaúba (CC), bagaço de cana-de-açúcar (BC), e tween 80 (T80). As composições utilizadas para produção dos biocompósitos podem ser observadas na Tabela 1. O método utilizado para produção dos biocompósitos foi o de moldagem (casting) utilizando 35% de massa seca. Para pesagem dos materiais foi utilizada uma balança analítica de precisão digital (AY220 da Marte) com resolução de 0,0001g. O amido de milho, glicerol (fixado em 20% em relação ao biopolímero) e água destilada foram misturados sob agitação constante por um agitador magnético com aquecimento LUCA-0851 da Lucadema por aproximadamente 30 minutos, a uma temperatura de 90°C em um banho térmico, até a completa gelatinização do amido. Em outro agitador magnético com aquecimento, a cera de carnaúba e o tween 80 foram misturados sob agitação constante, a uma temperatura de 90°C, até formar uma emulsão, na qual foi adicionada o amido gelatinizado em pequenas quantidades até a completa homogeneização. O pó do bagaço de cana-de-açúcar com granulometria entre 250-841 µm foi incorporado a esta mistura sob agitação constante por meio de um agitador planetário PHP500 TURBO da Philco até a homogeneização completa. Em seguida, as misturas foram prensadas em moldes com 235 mm de comprimento e 135 mm de largura e, após desmoldadas, foram encaminhadas para secagem em uma estufa com renovação de ar (MODELO TE-394/1 da TECNAL) a uma temperatura de 50°C durante 72 horas. Foi realizada uma análise colorimétrica nos biocompósitos usando um colorímetro portátil CR-10 da Konica Minolta com uma metodologia adaptada do estudo de Menezes et al. (2021). Foram realizadas cinco repetições das medidas nos biocompósitos e calculada a média. Foram obtidas a luminosidade (L), a coordenada a* e a coordenada b*. Os índices de amarelecimento (IA) e brancura (IB) dos biocompósitos foram calculados usando, respectivamente, as Equações 1 e 2. IA=(142,86*b)/L (1) IB=100-√((100-L)^2+a^2+b^2) (2) Para comparação dos parâmetros a*, b*, L, IA e IB das diferentes composições dos biocompósitos foi realizada uma análise de variância (ANOVA) e o teste de Duncan para verificar se houve diferença significativa a um nível de significância de 5%, utilizando o software Statistica® 12.5 (StatSoft, Inc., USA).
Resultado e discussão
Na Tabela 1 é possível observar a aparência dos biocompósitos, assim como os
parâmetros de cor a*, b*, L, IA e IB associados à cada ensaio.
Pode-se observar que os efeitos visuais mais pronunciados foram vistos nos tons
vermelho e amarelo, visto que os valores de a* e b* foram todos positivos, sendo
os valores médios entre 5,38 e 11,46, assim como 33,58 e 36,64, respectivamente.
A luminosidade (L) apresentou valores médios entre 60,10 e 65,62, o que
corresponde a um escurecimento com relação à biopolímeros de amido sem reforço
observados em outros trabalhos que apresentam valores como 84,36 (MALEKZADEH;
TATARI; FIROUZABADI, 2023), 90,51 (BOEIRA et al., 2022) e 92,3 (CARISSIMI;
FLÔRES; RECH, 2018). O índice de amarelamento (IA) variou entre valores médios
de 75,74 e 85,98 e o índice de brancura (IB) entre valores médios de 45,07 e
50,22, de modo a cor apresentada pelos biocompósitos foi um amarelo ocre, o que
corresponde à aparência dos biocompósitos observados na Tabela 1. Essa coloração
limita a aplicação desses biocompósitos a embalagens de produtos alimentícios
não afetados pela alteração da cor branca.
Com relação ao parâmetro a*, este aumenta significativamente (p < 0,05) com a
adição do bagaço de cana-de-açúcar, o que pode ser observado nos valores médios
dos biocompósitos dos ensaios 3 (5,38) e 7 (11,20), que apresentam,
respectivamente, 0% e 15% de bagaço de cana-de-açúcar em sua composição. O
aumento na concentração deste componente não proporciona uma variação
significativa no parâmetro a*. O ensaio 3 é estatisticamente diferente de todos
os demais, os quais apresentam a presença de bagaço de cana-de-açúcar. Esse
comportamento também foi observado em outros trabalhos com adição de fibras
lignocelulósicas (NITHIKARNJANATHARN; SAMSALEE, 2022; MALEKZADEH; TATARI;
FIROUZABADI, 2023) e deve-se ao teor de lignina nestas (DEBIAGI; MARIM; MALI,
2015), como é o caso do bagaço de cana-de-açúcar que contém entre 14-23% de
lignina em sua composição (MAHMUD; ANANNYA, 2021).
Quanto ao parâmetro b*, é possível observar seu aumento significativo com a
adição do componente cera de carnaúba nos biocompósitos dos ensaios 1 (0% CC) e
7 (15% CC), que apresentam um valor médio de 33,58 e 35,78. Além disso, todos os
demais ensaios, os quais contém cera de carnaúba, apresentam valores maiores e
estatisticamente diferentes do ensaio 1. Isso pode ser explicado pelo tom
amarelado da cera de carnaúba tipo 1 (SANTOS et al., 2017).
A luminosidade (L) é reduzida de forma significativa com a adição do
bagaço de cana-de açúcar, o que pode ser visto na diferença significativa entre
o biocompósito do ensaio 3, que não apresenta o bagaço de cana-de-açúcar na sua
composição, e os demais que possuem este componente e apresentam um valor de L
menor que o do ensaio 3, que é de 65,62. A redução da luminosidade dos
biocompósitos com a adição de fibras lignocelulósicas deve-se à presença da
lignina em sua estrutura (MALEKZADEH; TATARI; FIROUZABADI, 2023) e foi
igualmente observada em outros trabalhos (CARISSIMI; FLÔRES; RECH, 2018; BOEIRA
et al., 2022; JAMRÓZ et al., 2022; NITHIKARNJANATHARN; SAMSALEE, 2022;
MALEKZADEH; TATARI; FIROUZABADI, 2023).
Com respeito ao IA, houve um aumento significativo em seu valor com a
adição de cera de carnaúba e bagaço de cana-de-açúcar, conforme pode ser
observado nos baixos valores médios dos ensaios 1 (75,74) e 3 (77,50), os quais
são significativamente menores que os demais ensaios que possuem em sua
composição ambos os componentes. O aumento do IA com a adição da cera de
carnaúba é devido ao aumento significativo do valor de b* com a adição deste
componente, o que eleva o valor do índice de amarelamento, conforme observado na
Equação 1. Isso pode ser explicado pelo tom de amarelo inerente à cera de
carnaúba tipo 1 (SANTOS et al., 2017). Enquanto que o aumento do IA com a adição
do bagaço de cana-de-açúcar, deve-se à redução com a adição deste componente no
valor de L, o qual é inversamente proporcional ao índice de amarelamento, como
pode ser visto na Equação 1. Esse comportamento é devido à presença da lignina
nas fibras lignocelulósicas e também foi observado por Nithikarnjanatharn e
Samsalee (2022). É possível observar também uma pequena redução significativa no
IA em elevadas concentrações de tween 80, o que pode ser visto na redução
significativa do valor do IA do biocompósito do ensaio 6 (80,91) em relação aos
dos ensaios 5 (85,98) e 7 (85,05), que possuem, respectivamente, 30%, 0% e 15%
de tween 80 na sua composição.
O índice de brancura (IB) é reduzido com a adição de cera de carnaúba e
bagaço de cana-de-açúcar, conforme pode ser observado nos elevados valores
médios dos ensaios 1 (49,32) e 3 (50,22), os quais são significativamente
maiores que os demais ensaios que apresentam ambos os componentes em sua
composição. Isso pode ser explicado pela redução da quantidade de biopolímero
com a adição dos reforços, visto que o amido de milho é inerentemente branco. De
igual modo, outros trabalhos relataram uma redução significativa no IB com a
adição de fibras lignocelulósicas (BOEIRA et al., 2022; NITHIKARNJANATHARN;
SAMSALEE, 2022). Pode-se visualizar também um pequeno aumento significativo no
IB em elevadas concentrações de tween 80, o que pode ser visto no aumento
significativo do valor do IB do biocompósito do ensaio 6 (47,35) em relação aos
dos ensaios 5 (45,07) e 7 (45,25), que apresentam na sua composição,
respectivamente, 30%, 0% e 15% de tween 80.
Aparência e parâmetros de cor dos biocompósitos \r\n(resultados estão apresentados como média ± \r\nintervalo de confiança a um nível de significância \r\nde 5%).
Conclusões
Os valores de a* e b* foram todos positivos, sendo os valores médios entre 5,38- 11,46 e 33,58-36,64, respectivamente, enquanto que a luminosidade (L) apresentou valores médios entre 60,10 e 65,62. O índice de amarelamento (IA) variou entre valores médios de 75,74 e 85,98 e o índice de brancura (IB) entre valores médios de 45,07 e 50,22, de modo a cor apresentada pelos biocompósitos foi um amarelo ocre. A adição de bagaço de cana-de-açúcar proporcionou, devido à presença da lignina em sua estrutura, um aumento significativo (p < 0,05) no parâmetro a* e no IA, enquanto que reduziu de forma significativa o valor de L e o IB dos biocompósitos. A adição de cera de carnaúba promoveu, em função do seu tom amarelo inerente, um aumento significativo no valor de b* e do IA, ao mesmo tempo que reduziu de forma significativa a luminosidade (L) e o IB dos biocompósitos. Em elevadas concentrações, o tween 80 propiciou uma redução significativa no IA, bem como um aumento significativo no IB dos biocompósitos.
Agradecimentos
Os autores agradecem ao CNPQ, à UFPB e à UFERSA pelo apoio financeiro.
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