CAPÍTULO IV: RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.3 Avaliação dos grupos funcionais presentes nos filmes poliméricos utilizando ATR/FTIR: análise acerca do processo de reticulação
Esta técnica foi utilizada para caracterização dos filmes poliméricos e, além disso, para estimativa acerca de eventuais mudanças na estrutura química das matrizes em função da incorporação de aditivos, conforme Figura 54. É importante destacar que para alguns espectros das amostras, houve a necessidade de um recorte em relação à faixa de número de onda para melhor visualização das bandas obtidas.
175 Figura 54: Espectros de FTIR/ATR dos filmes poliméricos para avaliação dos principais grupos funcionais presentes (a), ampliação do espectro da amostra de hidrocoloide na região de 400-1800 cm-1 (b), ampliação do espectro na região de 400-1800 cm-1para pectina de maçã (c)22, e ampliação do espectro na faixa de 800-1400 cm-1 (d). 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 4.0 4.3 2.3 2.0 Pectina A bs ( u.a) Número de onda (cm-1 ) Hidro- coloide
a)
1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 C-O-C C =O -NH- -C-N -C O O - -NH- 1650 -C O - 1595 Abs (u.a) Número de onda (cm-1) hidrocoloideb)
887 989 1031 1420 1224 -C O H - -CH- 1144 -CH- aromático22 A região do espectro da pectina de maçã apresentado na Figura 54c, é possível a visualização de uma região destacada, a qual foi utilizada para a estimativa do GE desta matriz
176 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 -C-C- -COH -C O O - -C O O H -C =O -C O 1148 1444 1639 Abs (u.a) Número de onda (cm-1) Pectina
c)
1739 1098 1013 825 624 530 -C O C - -C-C- 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 4.0 4.3 2.3 2.0 Pectina A bs ( u.a) Número de onda (cm-1 ) Hidro- coloided)
Fonte: A autora.De acordo com os espectros de FTIR/ATR apresentados na Figura 54a, os filmes produzidos apresentaram perfis muito semelhantes aos das matrizes individuais indicando que a composição química destes é semelhante em termos de grupos funcionais.
A matriz de hidrocoloide possui uma composição química complexa, sendo constituída majoritariamente por carboidratos, cuja unidade monomérica como pode ser vista na (Figura 5), proposta a partir do trabalho pioneiro de LIN; DANIEL; WHISTER (1994). Em termos de grupamentos funcionais podem ser identificados: hidroxila (-OH), -CH alifático, -C-O-C, grupos (-COOH), e grupamentos metila (-CH3). Os grupamentos hidroxilas (-OH) provenientes desta matriz fornecem sinal na faixa de 3200-3550 cm-1, com uma banda bastante intensa. O -CH alifático possui absorção em aproximadamente 2922 cm-1. O sinal intenso centrado por volta de 1031cm-1 está associado ao grupamento da ligação -C-O-C (SILVERSTEIN, WEBSTER, KIEMLE, 2006).
Para visualização dos sinais na região de 400-1800 cm-1 foi feita a ampliação na região do espectro (Figura 54b). A principal diferença quando comparado com a matriz de pectina de maçã referem-se aos sinais em 1595 cm-1 e 1420 cm-1. O sinal observado em 1420 cm-1 pode ser atribuído às deformações do grupamento -C-O- e -C-OH (SILVERSTEIN, WEBSTER, KIEMLE, 2006; TIMILSENA et al., 2016).
Em relação à contribuição das proteínas presentes no hidrocoloide, é válido destacar que sua intensidade foi bastante reduzida quando comparado com a contribuição dos carboidratos. Este resultado já era esperado, e encontra-se associado com a composição química da amostra. Conforme exibe a Tabela 8, o teor estimado de carboidratos foi de 54,60 ± 8,44 %, ao passo que o teor de proteínas foi de 8,39 ± 5,19%. Desse modo, para a adequada visualização dos sinais, os quais podem ser atribuídos à fração proteica, houve a necessidade de ampliação do espectro na faixa de 400-1800 cm-1, mesmo com a ampliação, tratam-se de desdobramentos de bandas, os quais possuem máximos estimados em: 1650 cm-1 e 1224 cm-1 correspondentes aos grupamentos N-H, e C-N das proteínas (SILVERSTEIN, WEBSTER, KIEMLE, 2006; TIMILSENA et al., 2016).
A banda centrada em aproximadamente 989 cm-1 pode estar associada à deformação da ligação -CH aromático (SILVERSTEIN, WEBSTER, KIEMLE, 2006; TIMILSENA et al., 2016) presentes nos antioxidantes da semente de chia (Figura 3), o
que corrobora com a elevada AA estimada em 60% através da metodologia do DPPH, para a matriz de hidrocoloide que será descrito posteriormente.
A pectina de maçã possui uma estrutura bastante complexa, conforme pode ser vista na representação da Figura 1, na qual a unidade monomérica constituinte da cadeia majoritária é o ácido galacturônico, um ácido carboxílico, no qual também podem ser encontrados os grupamentos carboxila (-COOH), hidroxila (-OH), grupamento (-C- O-C), e o grupamento (-CH alifático). Desse modo, os resultados obtidos com ATR/FTIR confirmaram o aparecimento destes grupamentos nesta matriz.
Os grupamentos hidroxilas (-OH) provenientes desta matriz fornecem sinal na faixa de 3200-3550 cm-1, com uma banda bastante intensa. O grupamento -CH alifático possui absorção em aproximadamente 2922 cm-1. Os grupamentos -CO- característicos da função álcoois possuem uma banda entre 1260 cm-1 e 1000 cm-1. Os grupamentos éteres alifáticos apresentam uma banda intensa na faixa de 1150 cm-1 e 1085 cm-1. A banda centrada por volta de 1730 cm-1 refere-se ao grupamento -COO- de ésteres alifáticos. Ao passo que, a banda centrada por volta de 1639 cm-1 refere-se ao grupamento -COOH de ácidos carboxílicos (SILVERSTEIN, WEBSTER, KIEMLE, 2006).
A análise comparativa das bandas centradas respectivamente em 1730 cm-1 e 1639 cm-1 confirmaram que a pectina de maçã é de alto grau de esterificação (conforme o fabricante) devido à maior intensidade atribuída a primeira banda, em relação a segunda.
Além dessas bandas já identificadas, as seguintes bandas também puderam ser observadas em intensidades reduzidas (Figura 54c). A banda centrada por volta de 1440 cm-1 refere-se a deformação angular do grupamento -COH. As bandas de menor intensidade centradas em 530, 625, 825 cm-1 estão associadas aos grupamentos de cadeia carbônica -C-C- (SILVERSTEIN, WEBSTER, KIEMLE, 2006).
De um modo geral, devido ao aparecimento em todas as amostras em estudo, isto é, as formulações de filmes poliméricos possuem os mesmos grupos funcionais das matrizes individuais, já previamente destacadas em relação às matrizes.
Segundo GARAVAND et al. (2017), a técnica de FTIR pode ser utilizada para comprovação de reticulações em biopolímeros, em decorrência da alteração na intensidade de bandas. No entanto, para os filmes poliméricos neste estudo, nos quais o aditivo glutaraldeído foi empregado não foi possível obter nenhuma informação acerca do processo de reticulação utilizando esta técnica.
FARRIS et al. (2011) propôs um mecanismo para a reticulação de gelatina com glutaraldeído que corrobora com os resultados obtidos. Álcoois podem ser adicionados a compostos carbonílicos, como o glutaraldeído, levando à formação de hemiacetais23. Assim, os grupos funcionais formados devido às novas ligações químicas em decorrência do processo de reticulação são análogos aos grupamentos presentes nas amostras puras, conforme Figura 54d.
Ainda de acordo com a Figura 54d, torna-se difícil realizar qualquer discussão a respeito do processo de reticulação com base nos resultados desta técnica. Porém, alguns resultados obtidos com outros ensaios, e técnicas de caracterização corroboram para discussão sobre a ocorrência do processo de reticulação nos filmes poliméricos em relação às distintas formulações, os quais encontram-se expostos na Tabela 15 juntamente com as formulações das amostras.
Tabela 15: Avaliação da extensão do processo de formulação em decorrência das formulações dos filmes poliméricos utilizando alguns resultados obtidos com distintas análises. Formulações Temperatura de transição vítrea (Tg) °C Teor de inchamento (%) Ângulo de contato (°C) Energia livre de superfície componente polar (γsp) Teor de gel (%) Pectina de maçã (100,00/0,00/0,00/0,00) 34 --- 67,8 ± 4,0 15,1 ± 3,5 --- Hidrocoloide (0,00/100,00/0,00/0,00) 20 --- 74,6 ± 4,3 9,0 ± 4,1 --- Formulação 2.0 (33,75/21,25/25,00/20,00) 45 530,0 ± 6,9 83,6 ± 1,9 4,0 ± 1,4 46,5 ± 2,12 Formulação 2.3 (41,25/28,75/25,00/5,00) 21 241,1 ± 8,8 77,1 ± 2,9 11,5 ± 3,2 67,0 ± 2,83 Formulação 4.0 (41,25/13,75//25,00/20,00) 38 405,8 ± 10,4 88,9 ± 0,6 1,2 ± 0,16 37,0 ± 1,42 Formulação 4.3 (35,00/35,00/25,00/5,00) 23 204,7 ± 6,7 76,8 ± 1,1 7,8 ± 0,78 69,3 ± 0,92 Fonte: A autora.
Os resultados apresentados na Tabela 15 permitem inferir que o processo de reticulação ocorreu, contudo, em extensões diferentes em relação às formulações, mais
23 Hemiacetais são estruturas nas quais o carbono carbonílico encontra-se ligado aos grupamentos OH e
especificadamente, o processo parece ser governado pelo teor do glutaraldeído empregado. A Figura 55 apresenta uma representação genérica para as extensões acerca do processo de reticulação de um material polimérico.
Figura 55: Representação para a ocorrência do processo de reticulação de uma cadeia polimérica com um agente reticulante genérico, cujo processo de reticulação ocorreu em uma menor extensão (a) e em uma maior extensão em (b).
Fonte: Adaptado de Wang et al., (2019).
A Figura 55 auxilia na explicação acerca do que se supõem sobre as extensões do processo de reticulação devido aos distintos teores de glutaraldeído empregado. O processo de reticulação possibilitou a formação de novas ligações cruzadas entre as cadeias poliméricas, contudo em extensões distintas, influenciado pelos teores do aditivo empregado.
Dessa forma, acredita-se que as formulações nas quais o teor de glutaraldeído foi de 5% m/m, isto é, formulações 2.3 e 4.3, este processo ocorreu em uma menor extensão (Figura 55a), quando comparado com as formulações nas quais o emprego do mesmo aditivo foi de 20% m/m, ou seja, nas formulações 2.0 e 4.0 (Figura 55b).
Para dar suporte acerca desse entendimento, os resultados de Tg estimados a partir da análise de DTMA, mais especificadamente em relação às curvas de tan δ, mostraram que para as formulações 2.0 e 4.0, os valores foram mais elevados dentro do conjunto de amostras (veja Tabela 15). Desse modo, o que se supõe é que nestas formulações as cadeias poliméricas das matrizes, estejam de certo modo, mais entrelaçadas semelhante à representação da Figura 55b, dificultando a mobilidade das cadeias poliméricas, o que é suportado também pelos melhores resultados em relação às propriedades mecânicas, como já discutido anteriormente.
Adicionalmente, a partir do teor de gel obtido através da extração aquosa em soxhlet permitiu estimar também, de maneira indireta, a ocorrência da reticulação nestas amostras (veja Tabela 15). Experimentalmente, estimou-se o ganho de massa após a extração, nos quais as amostras de formulação 2.0 e 4.0 exibiram valores mais elevados. Ainda de acordo com a Figura 55b, se a extensão da reticulação é maior, as cadeias estão mais entrelaçadas o que dificulta a saída das moléculas de solvente (água destilada) retendo-as no interior da rede polimérica, formada com a reticulação. Assim, consequentemente, o teor percentual de inchamento é mais elevado.
Por fim, os resultados obtidos com o ângulo de contato em água mostraram valores mais elevados para as formulações 2.0 e 4.0, assim como menores valores para a componente polar da energia de superfície (γsp). Nesse sentido, esses resultados sugerem que os grupamentos hidrofílicos presentes nas amostras, como confirmado através dos espectros de ATR/FTIR (Figura 54), participaram ativamente para a ocorrência do processo de reticulação com o glutaraldeído, tornando-as assim menos hidrofílicas, como suportado pelos valores do ângulo de contanto em água. Mas, além disso, a diminuição considerável para estas formulações na componente γsp ratifica que estas amostras possuem uma menor extensão destes grupos, indicando novamente uma maior extensão da reticulação.
As formulações 2.3 e 4.3 apresentaram comportamento inverso, o que sugere uma menor extensão do processo de reticulação. Os resultados (veja Tabela 15) sugerem esta inferência: menores valores de Tg (21 e 23°C) e menores valores para o teor percentual de inchamento médio, em aproximadamente 242%, e 204%, respectivamente.
Ao se comparar os valores de Tg, em relação às matrizes individuais, houve uma diminuição para as formulações das blendas poliméricas. Desse modo, parece contraditório sugerir que houve a reticulação em menor extensão, contudo os valores de Tg, serem inferiores às matrizes. Esse resultado porém, pode estar relacionado à maior mobilidade das cadeias por causa da mais elevada diferença percentual em relação aos valores do plastificante (25% m/m) e do reticulante (5% m/m).
Os valores obtidos com o teor de inchamento percentual foram superiores aos das matrizes individuais, pois elas se solubilizam completamente em água, durante a extração. Assim, se a reticulação não tivesse ocorrido, era esperado a completa solubilização destes materiais. Portanto, todos esses resultados corroboram com a ideia
acerca das distintas extensões do processo de reticulação, influenciada pela composição da blenda polimérica, principalmente em relação ao teor de glutaraldeído.
BANEGAS et al. (2013) relatam que a eficiência acerca do processo de reticulação pode ser estudada através da diminuição em relação à solubilidade do material, uma vez que, as matrizes (não reticuladas) são completamente solúveis em água.
Nesse sentido, ao analisarmos os valores obtidos para o teor de gel, ou seja, para a fração de material insolúvel em água (Tabela 15), as amostras de formulações 2.0 e 4.0 apresentaram valores médios percentuais estimados em 46,5 ± 2,12, 37,0 ± 1,42 respectivamente. Já as formulações 2.3 e 4.3 apresentaram valores médios em 67,0 ± 2,83, 69,3 ± 0,92 respectivamente. Logo, mais uma vez é possível analisar a grande influência do teor de glutaraldeído empregado às formulações, porque as formulações 2.3 e 4.3 o percentual empregado foi inferior ao das outras formulações.
DICK et al. (2015) estimaram a solubilidade em água para filmes de mucilagem de chia com 25%, 50% e 75% de glicerol. Os valores obtidos foram: 52,7%, 76,6% e 84,5% respectivamente. As diferenças em relação aos valores reportados pelos autores, estão associados com a elevada porcentagem de glicerol incorporado especialmente nas formulações com porcentagens mais elevadas do aditivo.
MUÑOZ et al. (2012) que estudou filmes poliméricos produzidos a partir da mucilagem chia com concentrado de proteína do leite na razão mássica de (1:3), na presença de glicerol na razão mássica de (2:1) em relação aos polímeros, o valor estimado para solubilidade foi de 52,99 ± 14,50 %.
Assim, a porcentagem de 20% m/m foi importante para conferir uma melhora em termos de solubilidade do material, e propriedades de barreira. Os resultados corroboram no sentido de que a reticulação ocorreu em uma maior extensão nas amostras em que se utilizou este teor. Contudo, diante de alguns registros da literatura como KARI (1993), foi necessário investigar se as formulações de filmes poliméricos possuíam efeito citotóxico devido ao teor empregado, como será descrito na sequência.
4.4 Avaliação do potencial citotóxico e antioxidante dos filmes poliméricos através