ÁREA
Química Inorgânica
Autores
Paes, M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ)
RESUMO
O presente trabalho realizado teve como objetivo sintetizar o amido da batata ariá para a produção de embalagens biodegradáveis. Para tal desenvolvimento, foram utilizados dois métodos para a extração do amido da batata: alcalino e aquoso. A partir das análises das propriedades térmicas e hídricas, tais como: Espectroscopia de Infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), Análise termogravimétrica (TGA), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e solubilidade em água, foram comprovadas a consistência e a qualidade do biocompósito. Sendo assim, resultados demonstraram que ambos os amidos (alcalino e aquoso) obtiveram comportamentos semelhantes, indicando que é boa a utilização de ambos para o desenvolvimento de polímeros biodegradáveis.
Palavras Chaves
Biocompósito; Amido ; Biodegradável
Introdução
Atualmente, muito se discute sobre o uso dos polímeros, na busca de opções para melhorar as condições do meio ambiente, e a utilização dos polímeros foi uma alternativa muito questionada. As diversas funções que os polímeros possuem tais como criação de plásticos, fibras e borrachas, deixa-os mais suscetíveis as adaptações necessárias buscando torná-los não tão prejudiciais ao ecossistema. A união de vários monômeros por meio de ligações covalentes, resultam em macromoléculas no processo chamado de polimerização. A formação dos polímeros depende de temperatura e pressão adequadas, para originar os meros da cadeia molecular. Todo processo é feito com a ajuda de um catalizador para controlar a diminuição da energia de ativação. (LIMA et al., 2019) Os polímeros são uma classe versátil e fundamental de macromoléculas que desempenham papéis essenciais tanto na natureza quanto na tecnologia moderna. Compostos por unidades repetitivas chamadas monômeros, os polímeros apresentam uma ampla variedade de propriedades e aplicações, tornando-se componentes indispensáveis em nossa vida cotidiana. (SMITH et al.,2009) Existem muitos tipos de polímeros, entre eles, o biodegradável cuja degradação resulta da ação de microrganismos de ocorrência natural como bactérias, fungos e algas. Os bioabsorvíveis que são também biodegradáveis podem ser assimilados por um sistema biológico, são usados para confeccionar suturas, implantes e fixações ósseas. Os biopolímeros são produzidos por fontes naturais renováveis e não- tóxicos, e podem ser gerados por meio de sistemas naturais – microrganismos, plantas e animais – ou sintetizados quimicamente usando materiais biológicos como matéria-prima, como açúcar, óleos e gorduras. Os polímeros verdes são atribuídos aos que eram sintetizados a partir de fontes fósseis, mas que passaram a ser sintetizados a partir de fontes renováveis, como exemplo o PE verde. Os polímeros oxo-biodegradáveis são os que contém aditivos – compostos de metais de transição - que aceleram sua degradação oxidativa, ou seja, na presença de luz ou calor. (SABOYA et al., 2013) Os polímeros biodegradáveis são um tipo de material polimérico que pode ser decomposto por processos biológicos naturais ao longo do tempo, resultando em produtos finais que não prejudicam o meio ambiente. Eles representam uma alternativa promissora aos plásticos convencionais devido ao seu potencial para reduzir o acúmulo de resíduos plásticos e diminuir os impactos negativos nos ecossistemas. (JAMBECK et al., 2015) Esses polímeros podem ser derivados de fontes renováveis, como amido de milho, cana-de-açúcar, celulose e outras matérias-primas naturais. Também podem ser sintetizados a partir de fontes não renováveis, mas com propriedades que permitem a sua decomposição mais rápida e eficiente em comparação com os plásticos tradicionais. (GEYER et al., 2015) Os diversos polímeros naturais possibilitam amplas finalidades, com disponibilidade de matéria-prima para fabricações. Novas ideias foram iniciadas com o uso desses polímeros, tal como a fabricação de embalagens foi um dos principais alvos desta pesquisa, pois a biodegradação é algo fundamental para o processo de retorno de nutrientes para as plantas, regulação de populações de micro-organismos e fertilização de solos. Logo, utilizou-se o amido da batata-ariá para a síntese de biocompósitos, com o objetivo de desenvolver filmes biodegradáveis, que é uma alternativa viável para a avaliação das propriedades químicas, térmicas, mecânicas, hídricas e morfológicas dos biocompósitos poliméricos.
Material e métodos
Para iniciar a extração aquosa, utilizaram-se dois béqueres, um de 600 ml e outro de 1000 ml, também um liquidificador para facilitar o processo de trituração do mesocarpo com 400 ml de água destilada. Após alguns minutos, despejou-se todo o material presente no liquidificador dentro do béquer de 600 ml, por conseguinte, colocou-se em repouso em um refrigerador durante um período de 18 horas. Logo após, o sólido será reprocessado com um agitador mecânico por 10 minutos, para que, com o coador fino de inox, seja feita a filtração - este processo é repetido três vezes, com adição de 300 ml de água destilada a cada agitação mecânica - no béquer de 1000 ml. Depois, colocou-se novamente no refrigerador por 18 horas, para ocorrer o processo de decantação, após esse período, retira-se o sobrenadante delicadamente, adiciona 200 ml de água destilada para misturar o amido e levar ao processo de filtração a vácuo, utilizou-se um funil de Buchner de porcelana, filtro de papel e kitassato. Por fim, coloca-se na estufa o papel de filtro com o amido retido em uma placa de petri de vidro, deixando secar por um período de 24 horas, a 40°C. O método de extração alcalino consiste nos mesmos passos e materiais da extração aquosa, porém, não se utiliza água no início do processo, usa-se uma solução de hidróxido de sódio (NaOH) 0,25%. Após repetir as etapas do método aquoso, é necessário neutralizar o líquido para prosseguir, utiliza-se uma solução de ácido clorídrico (HCl) 0,1 M. Por conseguinte, retira-se o sobrenadante e adiciona 200 ml de água destilada, algumas gotas de ácido clorídrico serão adicionadas, e com o papel indicador de Ph verificamos as cores que condizem com as cores do valor 7 na tabela presente no verso da embalagem. Por fim, as etapas de filtração e secagem se repetem pelo mesmo período de tempo e mesma temperatura. Para o processo de produção de filmes gelatinosos, utilizaram-se um béquer de 100 ml, um agitador magnético com aquecimento, uma solução de glicerina 50%, placas de petri de plástico e uma micropipeta. Para cada 1 g do amido, usou-se 25 ml de água destilada e 032 μl da solução de glicerina. A agitação aquecida deve encerrar assim que o líquido atingir a textura gelatinosa, por conseguinte, despeja todo o material na placa de petri, leva-se a estufa para a secagem pelo período de 24 horas, a 40ºC. A análise do índice de solubilidade foi realizada a partir de um pequeno pedaço de filme do amido do ariá extraído em meio aquoso, e também em meio alcalino. Ambos os filmes com as respectivas medidas de 1x1 cm2. Para realizar a análise de espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier, foi realizada no Espectrômetro da Thermo, modelo Nicolet IS5, foram utilizados aproximadamente 2 g do amido de ariá aquoso e alcalino, no intuito de identificar as bandas características dos grupos funcionais presente na biomassa utilizada, considerando a região de 4.000 a 400cm-1.
Resultado e discussão
Para calcular o rendimento de amido da batata-ariá, foi retirado apenas do
mesocarpo, aproximadamente 769,97 g. Para ambas as extrações (Aquosa e Alcalina)
foram 384,985 g. Após todo o processo de secagem e pesagem, feito o cálculo,
chegou ao resultado de 10,88% de amido alcalino, cerca de 41,92 g. O amido
aquoso com 10,51%, cerca de 40,49 g. Contudo, era de se esperar que o método de
extração alcalino resultaria em um maior rendimento, porém ambos os mecanismos
chegaram a um resultado aproximado. O rendimento de amido obtido no ariá foi
considerado superior, comparado ao rendimento do cará-roxo (Dioscorea trifida)
que teve de 7,8% para a extração alcalina e 5,65% para a extração aquosa (SANTOS
et al., 2016). Porém, é inferior quando comparado ao rendimento do inhame
variedade São Bento extraído com ácido oxálico e oxalato de amônio obteve
13,96%. (ASCHERI et al., 2012). Os resultados da análise de solubilidade deste
amido foram feitos no intuito de observar o seu comportamento e perdas em água
durante um período de 24 horas, com uma agitação magnética constante. Logo após,
feita a secagem dos filmes usados, também em um período de 24 horas em uma
estufa a 100oc, ficou aproximadamente 90% de ambos os materiais, ou seja, houve
a perda de AL-9,67% e AQ-11,31%. Os valores alcançados são inferiores, quando
comparado ao resultado do cará-roxo (Dioscorea Trifida), que teve perda de
14,12% do filme aquoso e perca de 15,88% do filme alcalino. Viell (2015)
encontrou valores superiores com o amido de mandioca nativo, com 16,63% de
solubilidade a 90°C. Souza (2022) conseguiu alcançar com o amido de babaçu 24%
de perda do filme aquoso e 19,5% do alcalino. A banda larga presente na região
de 3600-3000 observada a 3300 cm-1 corresponde à absorção dos grupos hidroxilas
do amido. Em 1645 cm-1 e 1400-1450 cm-1, essas bandas de absorção indicam,
respectivamente, à água ligada e C-C e C-O-H. As bandas do amido em extração
aquosa mostraram picos menores comparados aos extraídos por meio alcalino. As
bandas localizadas próximas a 1445 cm-1, 1240 cm-1 e 850 cm-1 são demonstradas
como vibrações associadas com grupos de CH2. Absorções em 1360 cm-1 e 1090 cm-1
estão atreladas as variações de grupos C-OH. Conclui-se que, o comportamento é
semelhante independente da biomassa, ou seja, as absorções apresentadas são
características do amido. Com o objetivo de observar o comportamento dos filmes
em altíssimas temperaturas, foi possível através das curvas de TGA e DTG que
permitem determinar as perdas de massa e a estabilidade térmica dos amidos
alcalino e aquoso. No amido aquoso a primeira perda de massa ocorreu entre 34°C
e 85°C, uma vez desidratados, os compostos ficaram estáveis até 296°C. A segunda
perda de massa dos compostos anidros ocorreu entre 296°C e 333 °C,
correspondentes a picos endotérmicos de 314,57 °C que são atribuídos a
decomposição térmica. A última perda de massa ocorreu entre 463°C e 501 °C,
registrada por um pico exotérmico. No amido alcalino extraído com NaOH, teve sua
primeira perda de massa entre 47°C e 79°C, uma vez desidratados, os compostos
ficaram estáveis até 282°C. A segunda perda de massa dos compostos anidros
ocorreu entre 282°C e 323 °C, correspondentes a picos endotérmicos de 314,57 °C
que são atrelados a decomposição térmica que ocorre inicialmente sem processo
oxidativo. A última perda de massa ocorreu entre 448°C e 465 °C, registrada por
um pico exotérmico. A primeira perda próxima a 100 °C corresponde a saída de
umidade, a segunda perda próxima a 180 °C é a degradação da glicerina, a
terceira perda é característica do amido, ou seja, próximo a 250°C ocorre a
decomposição do amido de ariá. O restante é resultado de materiais que não
conseguiram volatilizar na temperatura final de análise (600 °C), tais como as
cinzas. A análise de intumescimento ocorreu no objetivo de avaliar o poder de
absorção de água nos filmes, realizado em intervalos de 2 minutos submersos em
água. Durante o processo, foi evidente que houve absorção de água pelos filmes,
logo após, notou-se um aspecto gelatinoso. Ambos os amidos (AQ e AL)
apresentaram características morfológicas pouco semelhantes, quando observados
em MEV. O amido aquoso apresentou grânulos danificados, alguns com fissuras e
com seu formato oval ou longo. Em contrapartida, o amido alcalino demonstrou
grânulos lisos, sem danificações e sem fissuras. Contudo, ambos os amidos
apresentaram grânulos grandes e pequenos, com tamanho médio de 30μm a 32μm.
Microscopia Eletrônica de Varredura de ambos os \r\namidos.
Espectroscopia no infravermelho por transformada de \r\nFourier do amido da batata-ariá AQ e AL
Conclusões
O presente relatório demonstrou que o amido AQ e AL da batata-ariá, apesar de não ter um rendimento tão alto, na média de 10%, tem um grande potencial na produção de polímeros biodegradáveis, a produção desses biopolímeros busca reduzir a dependência de plásticos derivados do petróleo e mitigar os impactos ambientais associados, com o exemplo dos filmes produzidos, foi possível visualizar a transparência e a ausência de fissuras, demonstrando os atributos para um bom plástico. Somado a isso, o índice de solubilidade que alcançou valores aproximados da literatura, AL- 9,67% e AQ- 11,31%. Além disso, os resultados satisfatórios nas análises térmicas (TG e DTG) foram importantes na verificação da perda de massa em relação a temperatura, alcançando a estabilidade térmica em aproximadamente 250 °C. Observou-se na análise de microscopia eletrônica de varredura – MEV, a diferença entre os grânulos, apresentando as partes afetadas na sua estrutura devido aos diferentes métodos de extrações (AQ e AL), que pode afetar diretamente na estética do filme, mas não interferindo na qualidade do polímero. O percentual de intumescimento foi importante na determinação da semelhança dos bioplásticos já comercializados, atingindo AL-60% e AQ-80%. Contudo, os parâmetros obtidos nas análises realizadas, no amido da batata-ariá, estão próximos aos outros métodos utilizados nos plásticos convencionais, sendo assim, é possível que a metodologia apresentada nesse trabalho seja atribuída na produção de embalagens biodegradáveis.
Agradecimentos
Agradecimento ao Prof. Dr. Carlos Emmerson da Universidade Federal do Pará, que me deu a oportunidade de realizar minha iniciação cientifica com o seguinte projeto submetido, realizado no Laboratório de Óleos da Amazônia -LOA- PCT
Referências
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