Avaliação crítica dos resultados e sugestões para trabalhos futuros
Filmes de polissacarídeos
A glucomanana foi o polissacarídeo que resultou em filmes com melhores propriedades mecânicas e de barreira quando comparada com os outros dois polissacarídeos utilizados na presente pesquisa. E, a presença deste polímero nas misturas melhorou as propriedades dos filmes. A glucomanana é um polissacarídeo não iônico ramificado de alta massa molecular e possui uma excepcional capacidade de captar água gerando soluções com viscosidade muito alta. De fato, soluções ≥ 1% apresentaram-se muito viscosas e somente foi possível formar filmes com soluções de concentração inferior ou igual a 0,75% que permitiram o espalhamento da solução na placa.
Todas as avaliações feitas nos filmes indicaram compatibilidade entre os pares glucomanana e pectina, e falta de compatibilidade da metilcelulose com estes dois componentes. Contudo, na presença simultânea dos três componentes, obtiveram-se filmes com valores de tensão na ruptura e elongação superiores aos componentes puros ou as misturas binárias, isto quanto a concentração de glucomanana (66,7%) foi superior às concentrações de pectina (16,7%) e metilcelulose (16,7%); a superfície deste filme não apresentou separação de fases como observado para os filmes contendo metilcelulose na sua formulação; nas outras formulações a concentração de metilcelulose foi superior a 30%, indicando que a concentração tem efeito sobre a compatibilidade dos componentes. Quando a pectina ou metilcelulose passaram a representar a principal fração do filme, os resultados não foram nada promissores; assim, em se tratando de misturas ternárias de glucomanana, metilcelulose e pectina, as proporções acima mencionadas seriam as indicadas para a produção de filmes. A composição desta formulação é semelhante à composição da parede celular do endosperma de cereais que mostra um alto conteúdo da fração de hemiceluloses e baixa proporção de celulose e pectina. Contudo, outras células como aquelas presentes em frutas e hortaliças mostram conteúdos altos de celulose na composição. Mas, é importante lembrar que a parede celular possui na sua composição celulose sem modificar, e na presente pesquisa foi utilizado um derivado de celulose, que possui grupos metil na sua estrutura.
proporções, especialmente do par glucomanana-pectina, tendo como fração principal a glucomanana. Menor o número de componentes no filme, mais factíveis de serem produzidos os filmes a nível industrial. Por outro lado, a produção de filmes a partir de misturas de polissacarídeos deveria ser feita no intuito de melhorar as propriedades mecânicas dos componentes individuais. Os polissacarídeos não possuem grupos hidrofóbicos como no caso das proteínas, e por isso é esperado que as propriedades de permeabilidade ao vapor de água não sejam melhoradas significativamente, como observado no presente trabalho. A escolha dos polissacarídeos a serem combinados deveria ser feita em base a similaridade estrutural dos componentes. A similaridade na estrutura química determina fundamentalmente sua compatibilidade e faz possível preparar filmes com propriedades singulares.
Todos os filmes foram produzidos a pH 4, que foi escolhido para garantir a eficácia do agente antimicrobiano (sorbato de potássio) que possui um pKa de 4,8; e em pH 4, 86% da molécula esta na forma não dissociada, ou seja 86% da molécula estaria agindo positivamente contra o crescimento dos microorganismos. A etapa de secagem dos filmes demorou três dias, devido à alta viscosidade da glucomanana e porque altas temperaturas de secagem (em torno de 40°C) favorece ram o crescimento de fungos, ainda na presença de conservante. Outros conservantes como os ésteres do ácido para- hidroxibenzóico cuja molécula se dissocia em uma ampla faixa de pH poderiam ser utilizados, e assim avaliar o efeito do pH sobre as misturas. O ajuste do pH é feito na presença de componentes carregados; como no caso da pectina, contudo, a pectina utilizada foi de alto grau de metoxilação, isto é aproximadamente 25% da molécula estava carregada, e os efeitos observados não deveriam ser muito significativos, em função da mudança de pH. A produção de filmes a partir de misturas de polissacarídeos da maioria dos trabalhos científicos é feita sem ajuste de pH. Assim, seria interessante conseguir uma glucomanana com menor ou sem carga microbiana, que torne possível a produção de filmes sem ajuste de pH, ou utilizar conservantes diferentes do sorbato de potássio
Na produção de filmes a partir de misturas de glucomanana e pectina, seria interessante o uso de altas temperaturas para induzir a gelificação da glucomanana na presença ou ausência de álcalis e avaliar as suas propriedades; o gel formado é termicamente estável. A glucomanana é um componente promissor para a produção dos filmes, sua presença nas formulações mostrou-se importante na produção de filmes com
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bom desempenho mecânico. Ela já foi misturada com outros polissacarídeos diferentes da pectina e metilcelulose, e ainda poderia ser misturada com outros polissacarídeos diferentes.
Filmes de polissacarídeos-gelatina
O efeito do pH sobre as misturas dos polissacarídeos pode ser visualizado nesta etapa. Os valores de tensão na ruptura, elongação e de permeabilidade ao vapor de água dos filmes produzidos nos pH 4 e 6 foram significativamente diferentes dos produzidos em pH 5 sendo que as melhores propriedades foram observadas neste último pH. O ajuste do pH foi possível porque o sorbato de potássio mostrou-se eficiente no controle do crescimento de fungos, ainda nestes pHs.
As propriedades mecânicas dos filmes de polissacarídeos foram afetadas pela sua combinação com gelatina, apresentando diminuição até de 20% nos valores de tensão na ruptura e até 40% nos valores de elongação; contudo as propriedades mecânicas dos filmes de gelatina aumentaram em torno de 18% para a tensão na ruptura sem diferenças significativas nos valores de elongação. Entretanto, a combinação de polissacarídeos com gelatina a pH 5 conduziu a filmes com valores de permeabilidade ao vapor de água baixos quando comparados com os filmes produzidos a partir dos componentes individuais, com as outras misturas, e nos outros pHs. A permeabilidade foi diminuída até quase a metade do valor inicial para a proporção 9/1, em pH 5. Diferente dos polissacarídeos, as proteínas possuem grupos hidrofóbicos que dependendo de sua acomodação na rede polimérica podem conduzir a filmes com propriedades de barreira ao vapor de água eficientes. Teoricamente, neste pH não haveria interações favoráveis, e a melhora nas propriedades provavelmente foi resultado da incompatibilidade entre os componentes. As interações entre polissacarídeo e proteínas são avaliadas em sistema de três fases onde a terceira fase é água; e nem sempre isto deve repetir-se em sistemas onde o conteúdo de umidade é baixo como no caso dos filmes, mas, com certeza isto influenciará a acomodação dos componentes no filme seco. A incompatibilidade conduz a uma separação de fases, que foi observada por microscopia eletrônica de varredura na seção transversal dos filmes contendo alta proporção de gelatina; já, nos filmes contendo maior proporção de polissacarídeos, não houve separação de fases evidente. Neste último
polissacarídeos, ou a gelatina interagiu favoravelmente com os polissacarídeos, quando presente em concentrações baixas, como no caso da metilcelulose (filmes de polissacarídeos). A absorção de água destes filmes mostrou uma tendência diferente daquela observada para filmes com baixos valores de permeabilidade; ao invés de absorver menos água, os filmes absorveram mais água. Assim, ainda são necessárias outras avaliações a nível estrutural para explicar as interações presentes nestas misturas. Podem ser utilizadas técnicas como infravermelho, raios X, DSC, para avaliar as possíveis interações entre os componentes; ou static light scattering que determina o segundo coeficiente virial para misturas (parâmetro que quantifica a força relativa das interações proteína-hidrocolóide em soluções diluídas).
Novamente, semelhante as observações feitas para os filmes de polissacarídeos, misturas entre proteínas e polissacarídeos devem contemplar o uso de proporções onde um dos componentes se encontre em maior proporção para obter filmes com propriedades desejáveis.
Um outro trabalho pode contemplar o uso de misturas de glucomanana, pectina e gelatina na elaboração de filmes. Filmes obtidos a partir dos pares glucomanana-gelatina e pectina-gelatina mostraram propriedades melhoradas quando comparados com os componentes puros, e, o presente trabalho também mostrou que o par glucomanana- pectina conduz a filmes com propriedades superiores aos componentes individuais. A isto, pode ser acrescentado o uso de outros processos que incrementem a interação entre os componentes. Estes processos incluem:
Co-drying dos componentes - Blenda de polissacarídeos e proteínas por spray drying das soluções contendo os componentes para formar um pó polimérico co-dried a partir do qual os filmes são produzidos. Polissacarídeos misturados através deste processo têm conduzido a filmes com menores valores de permeabilidade ao vapor de água; maiores valores de tensão na ruptura, modulo elástico, e elongação em relação aos seus equivalente formados a partir de pós blendados a seco (Coughlan et al., 2004).
Crosslinking dos componentes, através de transglutaminase, gama-irradiação, glutaraldeído, íons cálcio, entre outros. Assim, por exemplo, a adição de pequenas quantidades de soro de leite à matriz de quitosana, na presença de transglutaminase,
Avaliação crítica dos resultados e sugestões para trabalhos futuros
resultou em filmes com maior tensão na ruptura, menor elongação, menor permeabilidade ao oxigênio, dióxido de carbono e vapor de água quando comparados com os filmes sem enzima (Di Pierrô et al., 2006). Outros trabalhos que contemplam estas técnicas podem ser encontrados na literatura.
Autoclavaging - Uso de altas temperaturas para incrementar as interações proteína-polissacarídeo. Altas temperaturas geram estruturas menos organizadas, disponibilizando mais grupos funcionais que aumentam o número de interações entre as cadeias. O processo foi utilizado por Letendre et al. (2002) em misturas de pectina- proteína e agar-proteína, utilizando como proteínas caseinato de cálcio e isolado protéico de soro de leite. O processo de autoclaving foi aplicado aos polissacarídeos. Os filmes obtidos apresentaram propriedades mecânicas melhoradas.
Filmes de polissacarídeos, gelatina e lipídios
A glucomanana utilizada nesta última etapa não foi a mesma glucomanana utilizada nas etapas anteriores. Não foi possível uma nova aquisição do material inicial devido a problemas burocráticos decorrentes do processo de importação. A nova glucomanana apresentou viscosidade alta indicando presença de moléculas de maior massa molecular. Não foram feitos outros ensaios para tentar chegar a novas proporções dos componentes, e se trabalhou com as mesmas proporções utilizadas nas etapas anteriores. Os resultados das propriedades mecânicas e de permeabilidade dos filmes com a nova glucomanana foram diferentes e inferiores em relação aos filmes produzidos com a glucomanana inicial. O aumento da massa molecular e a alta viscosidade do material pode ter conduzido a menores interações entre os componentes. Por causa da elevada viscosidade desta nova glucomanana, foi também necessário secar os filmes em temperatura controlada, abaixo de 30°C, o que foi p ossível mantendo o ar condicionado ligado durante os 3 dias de secagem dos filmes para evitar o crescimento de fungos.
A partir destes novos resultados foram produzidos os filmes com adição dos lipídios. Os lipídios utilizados foram todos sólidos à temperatura ambiente; isto deve ter conduzido a filmes com propriedades de barreira mais efetivos. As melhores propriedades foram observadas com o uso de dispersões de surfactantes (éster de sacarose e estearoil lactato de sódio), e seu uso é preferível ao de emulsões por algumas razões: as emulsões
produziram partículas lipídicas sólidas que embora diminuíssem a permeabilidade ao vapor de água dos filmes, tiveram efeito negativo nas propriedades mecânicas; as emulsões foram preparadas com quatro lipídios (incluindo o surfactante), que somados aos outros componentes dos filmes fazem um total de 8 componentes para uma formulação, o que inviabilizaria sua produção a nível industrial; além disso, trabalhar com emulsões contendo lipídios de alto ponto de fusão como no caso da cera de carnaúba, exige controle cuidadoso da temperatura para garantir a produção de emulsões estáveis. Os surfactantes foram utilizados apenas em uma concentração (15% em base ao polímero), em pH 5, e a temperatura ambiente; assim, faz-se necessária a varredura de outras concentrações, pHs e outras temperaturas no intuito de melhorar as interações entre os componentes.
Trabalhos futuros deveriam estar direcionados ao uso de surfactantes de grau alimentício na elaboração de filmes com permeabilidade ao vapor de água baixa, sem detrimento das propriedades mecânicas ou ainda com o melhoramento delas. As propriedades dos filmes dependerão da afinidade que o surfactante tenha pela matriz polimérica, da concentração, e das condições de produção como pH, temperatura, etc.
Finalmente, filmes com propriedades desejáveis poderiam incluir o uso de glucomanana, pectina, gelatina e éster de sacarose na sua formulação.
Referências
COUGHLAN, K.; SHAW, N. B.; KERRY, J. F.; KERRY, J. P. Combined effects of proteins and polysaccharides on physical properties of whey protein concentrate-based edible films. Journal of Food Science, v. 69, p. E271-E275, 2004.
DI PIERRÔ, P.; CHICO B.; VILLALONGA, R.; MARINIELLO, L.; DAMAIO, A. E.; MASI, P.; PORTA, R. Chitosan-whey protein edible films produced in the absence or presence of
transglutaminase: Analysis of their mechanical and barrier properties.
Biomacromolecules, v. 7, p. 744-749, 2006.
LETENDRE, M.; D’APRANO, G.D.; LACROIX, M.; SALMIERI, S.; ST-GELAIS, D. Physicochemical properties and bacterial resistance of biodegradable milk protein films containing agar and pectin. Journal of Agricultural and Food Chemistry, v. 50, p. 6017- 6022, 2002.
Anexos
Anexo 1. Absorção de água dos filmes de polissacarídeos/gelatina
Tabela 1. dos filmes de polissacarídeos/gelatina em diferentes pHs95% de U.R..
Filmes Absorção de água
(g/100 g de matéria seca) 90/10 (pH 4) 7,08 ± 0,23 10/90 (pH 4) 6,23 ± 0,35 100/0 (pH 5) 13,41 ± 0,07 90/10 (pH 5) 10,22 ± 0,67 10/90 (pH 5) 8,52 ± 0,44 0/100 (pH 5) 10,47 ± 0,35 90/10 (pH 6) 7,56 ± 0,20 10/90 (pH 6) 6,31 ± 0,14
Anexo 2. Propriedades dos filmes de Polissacarídeos/gelatina e diferentes glucomananas.
Devido à falta da glucomanana Konjac M202 para continuar com os ensaios da terceira etapa do trabalho (produção de filmes polissacarídeo/gelatina contendo lipídios), foram realizados ensaios preliminares com o objetivo de encontrar uma glucomanana que resulte em filmes com propriedades semelhantes àquelas obtidas com a glucomanana inicial, utilizada na primeira e segunda etapa do trabalho (Capítulos 4 e 5). As glucomananas utilizadas nos ensaios possuem características semelhantes, a exceção da viscosidade e do conteúdo de microorganismos. Os filmes foram produzidos conforme descrito no item 3.3 do capítulo 3. As propriedades mecânicas e de permeabilidade ao vapor de água dos filmes polissacarídeos/gelatina produzidos com estas glucomananas são apresentadas na Tabela 2.
Tabela 2. Propriedades mecânicas e de permeabilidade ao vapor de água dos filmes de Polissacarídeos/gelatina com diferentes glucomananas.
Pss/gelatina Espessura (mm) Glucomanana Konjac MB2-LT (6000 - 8500 cPs) Glucomanana Konjac M202 (8500 – 11500 cPs) Glucomanana Konjac M1HC01 (15000 – 18000 cPs)
Tensão na ruptura (Mpa)
100/0 0,027 ± 0,003 43,05 ± 1,23 76,48 ± 1,95 70,01 ± 2,47 90/10 0,028 ± 0,004 45,09 ± 0,93 63,39 ± 1,78 47,10 ± 0,21 10/90 0,025 ± 0,003 62,43 ± 0,95 61,58 ± 1,11 58,24 ± 1,66 Elongação (%) 100/0 0,027 ± 0,003 4,94 ± 0,34 13,58 ± 0,82 18,42 ± 0,98 90/10 0,028 ± 0,004 3,30 ± 0,32 8,48 ± 0,36 5,97 ± 0,96 10/90 0,025 ± 0,003 3,52 ± 0,55 3,54 ± 0,43 4,09 ± 0,84
Permeabilidade ao vapor de água (g mm/h m2 kPa)
100/0 0,026 ± 0,003 0,224 ± 0,006 0,177 ± 0,005 0,244 ± 0,008 90/10 0,026 ± 0,004 0,232 ± 0,007 0,094 ± 0,005 0,301 ± 0,005 10/90 0,022 ± 0,001 0,237 ± 0,011 0,118 ± 0,003 0,289 ± 0,008 ( ) Valores entre parêntesis correspondem aos valores de viscosidade reportados na certificação dos produtos. A viscosidade foi determinada em soluções aquosas contendo 1% de glucomanana.
Pode se observar que a glucomanana Konjac M1HC01, apresentou poucas diferenças nas propriedades mecânicas com a glucomanana Konjac M202. Contudo, os valores de permeabilidade ao vapor de água dos filmes contendo as glucomananas B e Konjac M1HC01 foram altos quando comparadas com os filmes produzidos com glucomanana Konjac M202. Os filmes contendo glucomanana B apresentaram crescimento de fungos, apesar de terem sido produzidos com conservante. A glucomanana B apresenta mais carga microbiana que as outras glucomananas. Em base aos resultados obtidos, optou-se por utilizar a glucomanana Konjac M1HC01 na produção dos filmes de polissacarídeos/gelatina contendo lipídios.
Anexos