Tatielih Pardim de Oliveira1; Diego Palmiro Ramirez Ascheri2; José Luis Ramírez Ascheri3; Carlos Wanderlei Piler de Carvalho4
RESUMO: Os efeitos do sorbitol e da proporção de amido de milho: lírio-do-brejo (Hedychium coronarium) no tempo de secagem das soluções filmogênicas e nas propriedades físicas dos filmes biodegradáveis foram estudadas. O tempo de secagem, a espessura e a permeabilidade aumentaram proporcionalmente com a concentração de amido e de sorbitol. As propriedades mecânicas variaram em função da proporcionalidade dos amidos na mistura. A aparência dos filmes é mais homogênea em proporções de 25:75 e 75:25 de amidos de milho e de Lírio-do-brejo, respectivamente, em 20% de sorbitol.
PALAVRAS-CHAVE: Propriedades físico-químicas e funcionais, permeabilidade, propriedades mecânicas, plastificante.
ABSTRACT: The effects of sorbitol content and corn starch:white ginger lilly starch (Hedychium coronarium) on drying time of the filmogenic solutions and on the physical properties of the biodegradable films. The drying time, thickness and permeability increased with starch and sorbitol content. The mechanical properties varied as a function of starch concentration. The films appearance was homogeneous when the starch ratio of corn and White ginger lilly starch was 25:75 and 75:25, respectively and 20% of sorbitol.
KEY WORDS: physico-chemical and functional properties, permeability, mechanical property, plasticizer.
1 Discente UnUCET/UEG.
2 Docente do Curso de Mestrado em Engenharia Agrícola – UnUCET/UEG. 3 EMBRAPA Agroindústria de Alimentos, RJ.
4 EMBRAPA Agroindústria de Alimentos, RJ.
EFEITO DO SORBITOL E DA MISTURAS
DE AMIDOS DE MILHO E DE LÍRIO-DO-BREJO
(HedycHium coronarium) NO TEMPO DE
SECAGEM DAS SOLUÇÕES FILMOGÊNICAS E NAS
CARACTERÍSTICAS DOS FILMES BIODEGRADÁVEIS
112
INTRODUÇÃO
1
O acúmulo de embalagens de plástico na natureza tem causado problemas ambientais nas últimas duas décadas. Uma das soluções encontradas, particularmente na área de embalagens, é o desenvolvimento de filmes a partir de biopolímeros que possam substituir os materiais sintéticos. Dentre os materiais pesquisados, os biopolímeros naturais, como os polissacarídeos e as proteínas, se apresentam mais promissores, em razão de serem abundantes, renováveis, econômicos, e capazes de formar uma matriz contínua (GONTARD et al., 1992).
Em meados dos anos 70, as pesquisas se voltaram para a introdução de amido a matrizes poliméricas sintéticas, na proporção de 5 a 20 %, levando à obtenção de plásticos considerados biofragmentáveis, mas não totalmente biodegradáveis, no que ocorrem em filmes biodegradáveis elaborados com amidos e proteínas (SOUZA & ANDRADE, 2000).
O amido tem recebido especial atenção e as pesquisas com este polímero se intensificaram, pois este possui baixo custo, abundância e alta aplicabilidade (BENGTSSON et al., 2003). O amido é encontrado na forma de grânulos nas sementes, caules, raízes, etc., de várias plantas como milho, trigo, mandioca, arroz, feijão, batata e outras. A aplicação do amido na confecção de biofilmes se baseia nas propriedades químicas, físicas e funcionais da amilose para formar géis e na sua capacidade para formar filmes (YOUNG, 1984).
A amilose é um polímero linear de unidades D-glicose unidos por ligações tipo α-1,4, sendo que a proporção de amilose no grânulo de amido pode variar de 14 a 34 %. Já a amilopectina é um polímero ramificado, consistindo de uma cadeia linear de resíduos de glicose (α-1,4) com pontos de ramificações α-1,6 a cada 20 a 25 unidades, portanto, bem maior que a amilose, correspondendo a cerca de 70 a 80% da maioria do amido contido nos grãos de milho e sorgo (KOTARSKI et al. 1992). Variações nas proporções entre estes componentes podem resultar em grânulos de amido com propriedades físico-químicas e funcionais muito diferentes, que podem afetar as suas aplicações industriais. Para produção de filmes biodegradáveis, o teor médio de amilose do amido tem grande importância uma vez que quanto maior a proporção de amilose melhor a qualidade do biofilme formado.
O milho é uma planta da família Gramineae e da espécie Zea mays. Comumente, o termo se refere à sua semente, um cereal de altas qualidades nutritivas. Em 2009, no estado de Goiás a produção deste cereal foi de 4.937.847 t (IBGE, 2010). É extensivamente utilizado como alimento humano ou ração animal. A sua proporção em amilose está em torno dos 25 % (TEIXEIRA et al., 1998).
O lirio-do-brejo (Hedychium coronarium) é uma macrófita aquática nativa da região do Himalaia, na Ásia tropical (MACEDO, 1997). Seu
porte varia entre 1,5-2,0 metros de altura e apresenta um potencial invasivo, sendo considerada uma planta exótica e invasora e atualmente há pesquisas direcionadas a sua extinção. No entanto, o amido dos rizomas desta planta tem potencial de uso na produção de filmes biodegradáveis por seu considerável teor de amilose em torno de 37 %.
Os plastificantes mais indicados para serem empregados em filmes de amido são os póliois, como o glicerol e o sorbitol, materiais que interagem com as cadeias de amido, aumentando a mobilidade molecular e, consequentemente, a flexibilidade dos seus filmes. De acordo com JENSEN (2005), quando comparado o glicerol do sorbitol, observa-se que o glicerol exerce plastificação mais efetiva, tornando os filmes mais flexíveis e hidrofílicos (por aumentar a sua capacidade de interação com a água).
Considerando a situação atual do lixo urbano causado pelos plásticos não degradáveis, a quantidade de produção de milho no Brasil, a problemática invasora do lírio-do-brejo, no presente trabalho visa o estudo do tempo de secagem de soluções filmogênicas e caracterização dos filmes biodegradáveis elaborados a partir de misturas de amidos de milho e de rizomas de lírio-do-brejo usando como plastificante o sorbitol.
MATERIAL E MÉTODOS
2
Os rizomas do lírio-do-brejo foram obtidos de plantas sadias das margens do córrego Restinga da fazenda Mata Taquaral (Orizona-GO), utilizando-se como critério de seleção para a coleta, suas características externas de boa qualidade, tais como: coloração, tamanho, peso e consistência. Estes foram lavados em água corrente, arejados e transportados em sacos de papelão para minimizar perdas de umidade até seu posterior uso, sendo então encaminhados até o Campus Henrique Santillo da Universidade Estadual de Goiás (UEG), onde foram devidamente armazenados até sua utilização.
O amido de milho utilizado foi adquirido em um dos supermercados locais do município de Anápolis (GO) e continha um teor de umidade de 12,5% em base seca. Foi acondicionado em um recipiente hermético, a fim de evitar absorção de umidade e degradação até a sua utilização.
Para a obtenção do amido, os rizomas foram descascados fazendo uso de facas de aço inoxidável, picados e recebidos em baldes plásticos contendo uma solução de metabissulfito de potássio (5 g/L de água).
A moagem foi feita utilizando-se um moinho de facas tipo “CROPON”, modelo MA580 com malha de 1 mm, onde se obteve uma massa que foi passada em peneiras de 100 a 325 mesh, com sucessivas lavagens com água corrente para separação do amido e posterior decantação em bacias plásticas.
114
O material decantando foi lavado com álcool absoluto, filtrado à vácuo e desidratado a 45ºC por 12 h. O amido desidratado permaneceu 12 h num dessecador contendo sílica-gel como agente dessecante e em seguida foi reduzido a pó utilizando-se gral e pistilo. Posteriormente este foi peneirado em peneira de 48 mesh, onde se obteve a amostra seca para análise.
Em ensaios preliminares utilizou-se um delineamento experimental composto central rotacional de segunda ordem aplicável à Metodologia de Superfície de Resposta (BOX et al., 1978) em onde se combinou as variáveis independentes: porcentagem de amido de milho (AM) na mistura de amidos de milho e de lírio-do-brejo (ALB) e porcentagem de solução plastificante (SP), em treze unidades experimentais, quatro dos quais foram as combinações dos níveis codificados +1 e -1, quatro para os níveis axiais (+α e -α) e cinco para o ponto central (Tabela 1).
Os biofilmes foram elaborados de acordo com a técnica descrita por (VICENTINI, 2003). As soluções filmogênicas foram preparadas com 2,0 g de amido para 100 g de água destilada misturadas na porcentagem da solução de sorbitol, aquecidas até a temperatura e tempo de gelatinização previamente determinados neste trabalho (Tabela 1). Em seguida, 60 g da solução filmogênica foram aplicadas em placas de acrílico (139,2 cm2).
Para a formação de filmes, em geral, utiliza-se o método de secagem por moldagem, onde a suspensão formadora de filme é depositada sobre um molde ou superfície e, posteriormente, seca, geralmente em estufas ou secadores de bandeja (WARD & NUSSINOVITCH, 1997). Na determinação do tempo de secagem, as soluções filmogênicas estudadas foram submetidas à temperatura de 30°C, com duas repetições, sendo as pesagens efetuadas a cada dez minutos até obtenção de peso constante. Anotava-se o tempo final de secagem quando duas a três pesagens consecutivas foram iguais.
TABELA 1 – MatrizdoplanejaMentoeresultadosexperiMentaisdoteMpodesecageMdas
soluçõesfilMogênicasedaespessuraeperMeabilidadeobtidosdosfilMesbiodegradáveiseM
funçãoàconcentraçãodesorbitoleMisturasdeaMidosdelírio-do-brejoeMilho.*
Ensaio AM(%)** Sorbitol(%) Tempo de secagem (h) Espessura ± EPM (mm) PVA ± EPM x 10
-4 (g mm m-2 dia-1 mmHg-1)*** E1 14,64 12,93 8,5 0,112 ± 0,52 1,91 ± 0,01 E2 14,64 27,07 8,5 0,114 ± 0,65 1,60 ± 0,02 E3 85,36 12,93 9,2 0,123 ± 0,89 1,97 ± 0,01
E4 85,36 27,07 9,3 0,122 ± 0,21 1,90 ± 0,01 E5 0,00 20,00 9,5 0,113 ± 0,34 1,30 ± 0,02 E6 100,00 20,00 9,5 0,124 ± 0,29 2,43 ± 0,01 E 7 50,00 10,00 8,7 0,113 ± 0,95 1,93 ± 0,01 E8 50,00 30,00 8,7 0,116 ± 0,35 1,75 ± 0,02 E9 50,00 20,00 9,4 0,119 ± 0,87 1,83 ± 0,01 E10 50,00 20,00 9,5 0,118 ± 0,69 1,86 ± 0,01 E11 50,00 20,00 9,3 0,120 ± 0,36 1,75 ± 0,02 E12 50,00 20,00 9,7 0,119 ± 0,35 1,80 ± 0,02 E13 50,00 20,00 9,6 0,119 ± 0,24 1,84 ± 0,01 * Média de três repetições.
** Porcentagem de amido de milho presente na mistura de amidos de lírio-do-brejo e milho. *** P
VA = permeabilidade ao vapor de água.
EPM = Erro padrão da média.
Os biofilmes secos foram acondicionados a 58% de umidade relativa, em dessecadores contendo solução saturada de NaBr, por 4 dias a 22°C, antes de serem caracterizados.
Amostras de grânulos de amidos de milho e de lírio-do-brejo foram analisadas por meio de imagem fazendo uso de um microscópio óptico. Foram avaliados quanto à forma e tamanho por análise de imagem segundo a técnica descrita por VIGNEAU et al., (2000) com modificações. Os parâmetros avaliados foram: forma, diâmetro maior e diâmetro menor (µm). As amostras de amido foram coletadas com fio de platina e misturadas, sobre lâmina de vidro, com uma gota de lugol e, posteriormente, coberta com lamínula. As lâminas foram observadas em microscópio óptico LEICA (DME, Wetzlar, Alemanha) e as imagens selecionadas foram analisadas pelo software LAS EZ.
As Amostras dos biofilmes elaborados também foram analisadas por meio de imagem fazendo uso do microscópio óptico LEICA. As amostras de biofilmes obtidas por meio de cortes até obtenção de amostras de (± 1 mm), foram coletadas
116
com fio de platina e misturadas, sobre lâmina de vidro, com uma gota de lugol e, posteriormente, coberta com lamínula. Realizou-se este mesmo procedimento utilizando-se água, como substituinte do lugol para esta mesma análise. As lâminas foram observadas em microscópio óptico LEICA (DME, Wetzlar, Alemanha) e as imagens selecionadas foram analisadas pelo software LAS EZ.
A espessura dos filmes foi determinada com micrômetro manual (0,001 mm) Mitutoyo (Osaka, Japão) em 12 pontos diferentes em cada amostra, numa análise em triplicata considerando a espessura do filme como a média das 36 leituras, sendo os resultados expressos em milímetros (mm).
A permeabilidade foi determinada gravimetricamente segundo teste da ASTM (1995), modificado por GONTARD et al., (1992). O filme foi colocado em célula contendo sílica gel (UR = 0%; 0 mm Hg pressão de vapor), constituindo uma membrana. A célula então foi colocada dentro de um dessecador contendo água destilada (UR = 100%; 32,23 mm Hg pressão de vapor), em sala climatizada a 22 °C.
A célula foi pesada em balança semi-analítica a cada 24 h. A permeabilidade foi calculada por meio da equação:
em que: Pva = permeabilidade ao vapor de água (g.mm/m2.dia. mm.Hg); G = peso ganho pela célula durante 24 horas (g); V = espessura média do filme (mm); A= superfície de permeação do filme (m2); T = tempo (dias); p1– p2 =
gradiente de pressão de vapor entre as superfícies do filme (32,23 mmHg). Os testes mecânicos foram realizados de acordo com o método de GONTARD et al. (1992), em um texturômetro Texture Analyser Model TA-Hdi (SURREY, Inglaterra) equipado com célula de carga de 50 kg, em sala climatizada à 23ºC e umidade relativa entre 33-45%. Os filmes de dimensão de 2,0 cm x 1,5 cm foram fixados e perfurados com um cilindro de 2 mm de diâmetro, deslocando-se a 1 mm/s. A força de ruptura (Fr) expressa em N, e o deslocamento (d), expresso em mm, foram obtidos diretamente das curvas de força em função do deslocamento.
Onde: ∆L é o variação da espessura do filme; ∆Lo é posição inicial do filme.
A deformação na ruptura foi determinada baseando-se no método padrão D 828-95a da ASTM (1995), com modificações. Os filmes foram cortados em
Pva = G.V. A.T. (p – p )1 2 Fr = LLo
j i j i ij 2 i k 1 i ii i k 1 i i 0 b x b x b x x b Y Pva = G.V. A.T. (p – p )1 2 Fr = LLo
j i j i ij 2 i k 1 i ii i k 1 i i 0 b x b x b x x b Ytiras com 3,0 x 1,5 cm e fixados no aparelho. A distância inicial entre as garras foi de 2,0 cm e a velocidade de tração foi de 1 mm/s. A deformação na ruptura, considerada como deformação linear, foi determinada diretamente da curva de tensão contra deformação.
As médias das respostas obtidas foram expressas em valor ± erro padrão da média (LUNET et al., 2006).
Fazendo uso da análise de variância (ANOVA) ao nível de 5% de probabilidade, uma equação de segunda ordem foi aplicada para explicar a tendência das variáveis respostas (Y): tempo e secagem (ts), espessura (Esp) e permeabilidade (Pva), cuja equação geral, de acordo com KHURI & CORNELL (1987), é:
Onde Y é a função resposta genérica, x é a variável real, b representa os coeficientes estimados pelos métodos dos mínimos quadrados, sendo sua significância avaliada pelo valor da probabilidade (p), adotando-se um valor de p ≤ 0,05, para todos os ensaios, e ξ é o erro experimental.
A adequação do modelo polinomial foi avaliada comparando-se a proporção da variação explicada, isto é, pela análise do coeficiente de determinação R2 e pelo método de seleção para a frente (forward selection)
(CHARNET et al., 1999), até que o valor das somas dos quadrados do erro (SSE) não varie ou até completar os coeficientes do modelo proposto. Os coeficientes da regressão foram escolhidos de acordo com a estimativa dos efeitos representada pelos valores do teste t.
Os gráficos de superfície de resposta foram desenhados por meio do modelo matemático proposto mantendo-se a resposta em função do eixo Z, com eixos X e Y representando as variáveis independentes. Para o desenvolvimento das análises estatísticas e elaboração dos gráficos foi utilizado o software estatístico Statistica 8.0 (Statsoft, 2007).
RESULTADOS E DISCUSSÃO
3
O tamanho dos grânulos é um fator que influencia as propriedades mecânicas e funcionais dos amidos. Por isso, foi realizada uma análise das microfotografias dos grânulos de amido de milho e do lírio-do-brejo. Os grânulos de amido de lírio-do-brejo possuem forma elipsóide, truncada, pentagonal e irregular como observado na Figura 1a, com tamanho variando entre 0,2 e 70,4 μm, parecido
Pva = G.V. A.T. (p – p )1 2 Fr = LLo
j i j i ij 2 i k 1 i ii i k 1 i i 0 b x b x b x x b Y118
com o de azafrão (MOORTHY, 2002), porém diferente a da forma dos grânulos de gengibre (CEREDA & LEONEL, 2002), ambas as espécies da mesma família do lírio-do-brejo.
Figura 1 – Grânulos de amido: (a) extraídos dos rizomas do lírio-do-brejo e (b) de amido de milho
comercial.
Os grânulos de amido de milho (Figura 1b) apresentam forma poliédrica, em acordo com BERMUDEZ (1997), e possuem tamanhos de grânulos que variam entre 3 e 23 µm, de acordo com SAHAY & JACKSON (1996).
Para a elaboração dos biofilmes houve a necessidade da preparação das soluções filmogênicas em base às porcentagens dos amidos, do plastificante e da água. Quando estas soluções são aquecidas a altas temperaturas possuem propriedades diferentes, aumentando a viscosidade da solução aquosa devido à gelatinização do amido. Baseado nisto houve a necessidade analisar as características de secagem das soluções filmogênicas para determinar o tempo de secagem adequado para a elaboração dos biofilmes.
Pela Tabela 1 verifica-se pouca diferença com relação ao tempo de secagem entre as amostras analisadas. Os resultados demonstram que para a temperatura de 30 ºC foi necessário um tempo de 8,5 a 9,5 horas para atingir ao final do processo de secagem das soluções filmogênicas.
Pela ANOVA da Tabela 2 se pode observar que, a nível de 5% de probabilidade, que, independentemente, a variável linear da porcentagem de amido de milho incluído na mistura da solução filmogênica e a variável quadrática da porcentagem de sorbitol utilizado como plastificante, influenciaram no tempo de secagem das soluções filmogênicas estudadas.
TABELA 2 – resuModaanálisedevariânciaaplicadaaoteMpodesecageMdassoluções
filMogênicaseàespessuraeperMeabilidadedosfilMesbiodegradáveisdeMisturadeaMidos
extraídosdosrizoMasdolíriodobrejoeMilhocoMsorbitol.
Fator
Tempo de secagem Espessura Permeabilidade QM F QM F QM F X1 0,281 11,250* 1,49E-04 298,535** 0,578 315,852** X12 0,022 0,880 n.s. 2,72E-08 0,054n.s. 0,079 43,015** X2 0,001 0,050 n.s. 3,44E-06 6,871 n.s. 0,021 11,739* X22 1,448 57,924* 2,61E-05 52,228** 0,006 3,169n.s. X1X2 0,003 0,100 n.s. 2,25E-06 4,500 n.s. 0,053 28,907**
Falta de ajuste 0,128 5,117 n.s. 1,97E-06 3,948 n.s. 0,007 4,057 n.s.
R2 0,782 0,961 0,958
X1 = variável codificada da porcentagem de amido de milho. X2 = Variável codificada da porcentagem de
sorbitol.
* = significativo ao nível de 5% de probabilidade. ** = significativo ao nível de 1% de probabilidade.
n.s. = Não-significativo.
QM = quadrado médio. F = teste F.
O modelo matemático com as variáveis independentes reais que descreve a variação do tempo de secagem das soluções filmogênicas estudadas em função das porcentagens de amido de milho e sorbitol é descrita como segue:
Tempo de secagem (h) = 5,54 + 7,81.10-3 AM – 9,13.10-3 SP2
A superfície de resposta correspondente ao modelo matemático da Equação (4) está na Figura 2.
120
Figura 2 – Efeito das porcentagens de amido e de plastificante no tempo de secagem à 30°C, das soluções
filmogênicas preparadas com as misturas de amidos de lírio-do-brejo e milho com sorbitol e água.
Na Figura 2 se observa que o plastificante utilizado possui maior efeito na variação do tempo de secagem sendo este favorecido quando o sorbitol foi adicionado até um 20%, alcançando nesse ponto um máximo no tempo de secagem de 9,6 h quando a mistura da solução filmogênica constituiu-se de 100% de amido de milho e 20 % de sorbitol. Menores tempos são alcançados quanto maior é a porcentagem de amido de lírio-do-brejo, isto é, quanto menor é a porcentagem de amido de milho na solução filmogênica para valores extremos de sorbitol (10 e 30 %), alcançando experimentalmente, o tempo de secagem de 8,5 h.
Este fato, provavelmente seja devido ao tamanho dos grânulos de amido de milho presentes na solução filmogênica, pois, seus grânulos são três a quatro vezes menores do tamanho dos grânulos do amido do lírio-do-brejo, compactando a superfície da solução filmogênica e, de certa maneira, diminuindo a porosidade e, consequentemente, a transferência de calor e de massa durante a secagem e, portanto, aumentou o tempo de secagem.
Os valores médios e respectivos erros padrão dos resultados experimentais da espessura e da permeabilidade dos filmes biodegradáveis elaborados estão na Tabela 1. Nessa Tabela, experimentalmente se observa a tendência dos efeitos que causam as percentagens de amido e de plastificante nas variáveis respostas estudadas. A maior espessura foi obtida no ensaio E6 quando apenas a mistura consistia de 100 % de amido de milho, em 20 % de sorbitol alcançando um valor de 0,124 mm de espessura. A menor espessura foi detectada em misturas de amido contendo 14,64 % de amido de milho e 85,36 % de amido de lírio-do-brejo, em
12,93 % de sorbitol (ensaio E1) alcançando um valor de 0,112 mm. Um valor intermediário de 0,118 mm de espessura foi obtido no ensaio correspondente ao ponto centrar do delineamento experimental (E10) quando se misturou proporções iguais de amido de lírio-do-brejo e milho (50 %) com 20 % de sorbitol. Todo indica que quanto maior é a porcentagem de amido de milho e menor a porcentagem de sorbitol maior a espessura do filme biodegradável estudado.
Mesmas observações podem ser vistas para as análises de permeabilidade dos filmes biodegradáveis, embora que alguns valores experimentais não correspondam aos valores máximos e mínimos, no entanto, segue mesma tendência, isto é, para o ensaio E6 e E5 se obtiveram os valores maior e menor de
permeabilidade, sendo estes na mesma seqüência de 100 e 0 % de amido de milho em 20 % de sorbitol, correspondendo a uma permeabilidade de 2,43 e 1,3 g mm m-2 dia-1 mmHg-1, respectivamente.
A ANOVA aplicada aos resultados de espessura e permeabilidade está resumida na Tabela 2. Constatou-se que as porcentagens de amido e de sorbitol não possuem efeito sinérgico na variação da espessura (p>0,05), no entanto, a mistura de amido afeta linearmente e a porcentagem de sorbitol afeta quadraticamente a variação da espessura dos filmes biodegradáveis (P<0,05). Já, na variação da permeabilidade se observou efeito sinérgico das variáveis independentes (P<0,05), indicando a variação da permeabilidade depende do efeito da porcentagem de amido concomitantemente com a porcentagem de plastificante sorbitol.
A variação devido à Regressão foi significativa estatisticamente ao nível de confiança de 95%, apresentando um valor de coeficiente de determinação de 0,961 e 0,958, explicando 96,1% e 95,8% da variação total da espessura e da permeabilidade, respectivamente, em torno da média e apenas 3,9% e 4,2%, respectivamente, se atribui a os resíduos. Não há evidência da falta de ajuste do modelo a os dados experimentais, uma vez que, a variação devido à falta de ajuste, no é estatisticamente significativa (P > 0,05).
As equações do modelo matemático propostos para as variáveis independentes reais estão descritas nas Equações 5 e 6, respectivamente:
Espessura (mm) = 0,09 + 1,77.10-4 AM + 1,79.10-3 SP – 3,90.10-5 SP2
Pva (gmmm-2dia-1mmHg-1)
= 2,49 – 0,01AM – 0,05 SP + 8,5.10-5AM2 + 4,60.10-4AM SP
Os gráficos de superfície de resposta da Figura 3 foram gerados usando as equações 5 e 6 para espessura e permeabilidade, respectivamente. Na Figura 3a se pode observar mesmo padrão de comportamento do tempo de secagem, isto é, maior efeito na variação da espessura foi exercido pela porcentagem de amido,
122
aumentando linearmente a espessura com o aumento da porcentagem de amido de milho na mistura filmogênica. No entanto, a espessura aumenta quadraticamente com a variação da porcentagem do sorbitol.
Observou-se uma correlação linear positiva entre as variáveis respostas tempo de secagem e espessura dos filmes (R = 0,608). A espessuras dos filmes biodegradáveis é decorrente do processo casting, onde os biofilmes são secos em suportes, gerando filmes não homogêneos de espessuras diferentes dependendo da massa aplicada (MALI, 2002). Além do mais, usou-se amido de duas fontes amiláceas diferentes (milho e lírio-do-brejo) que possuem grânulos de tamanhos diferentes anteriormente analisados.
Figura 3 – Efeito das porcentagens de amido e de plastificante na espessura (Fig. 3a) e permeabilidade (Fig.
Para as análises das propriedades mecânicas foram selecionados os filmes que apresentaram maior valor, média e menor valor de permeabilidade ao vapor de água (Pva), sendo estes os ensaios E5, E6 e E10, conforme a Tabela 1.
O comportamento mecânico de um dado material é caracterizado pela resposta que o mesmo apresenta quando submetido a tensões ou deformações. Quando uma tensão é exercida sobre um corpo sólido, este tenderá a sofrer uma deformação (SEBIO, 2003). Os resultados obtidos do filmes biodegradáveis da mistura de amidos de milho e de lírio-do-brejo encontram-se na Tabela 3.
O teste de perfuração, que serve para medir a força necessária para se romper o corpo de prova de um filme, mostra um aumento da força de ruptura com o aumento da porcentagem de amido de milho na mistura de amidos, aumentando de 3,735 N para 11,936 N. Outro fator a se analisar é a deformação na ruptura, que mede a porcentagem de extensão sofrida pelo filme antes da sua ruptura. Os efeitos do plastificante mostrados acima provam que o aumento de amido de milho na solução filmogênica também aumenta a deformação na ruptura de aproximadamente 1% a 8,5%.
TABELA 3 – resuModaanálisedevariânciaaplicadaàespessuraeperMeabilidade (pva) dos
filMesbiodegradáveisdeMisturadeaMidosextraídosdosrizoMasdolíriodobrejoeMilho
coMsorbitol.
Ensaio Amido (%)* Sorbitol (%) Força na
ruptura (N) Deformação (%)
E5 1,30 20 3,735 0,997
E6 2,43 20 11,936 8,540
E10 1,86 20 6,909 1,172
Durante a secagem as cadeias de amilose tendem a se aproximar (retrogradação) e se unir por ligações de hidrogênio (BILIADERIS, 1991). Porém alguns grânulos de amido não são desintegrados durante a gelatinização, formando uma rede de amilose entremeada denominada “fantasmas do grânulo”.
A superfície dos filmes selecionados (com porcentagens decrescente de amido de milho a 20% de sorbitol) da Figura 4 mostra a presença destes “fantasmas”, que correspondem aos grânulos de amido que não foram gelatinizados.
124
Figura 4 – Microfotografia dos filmes biodegradáveis de misturas de amido de milho e de lírio-do-brejo
com 20% sorbitol. a) 0 e 100 %, b) 25 e 75%, c) 50 e 50%, d) 75 e 25% e e) 100 e 0% de amidos de milho e lírio-do-brejo, respectivamente.
De acordo com CONDE-PETIT et al., (1998), durante o aquecimento da solução filmogênica ocorre a lixiviação da amilose para dar o espaço intergranular.
CONCLUSÕES
4
Soluções filmogênicas de misturas de amidos de duas espécies diferentes como o de milho e de rizomas de lírio-do-brejo com sorbitol produzem filmes biodegradáveis com características físico-químicas diferentes decorrentes da proporcionalidade dos amidos na mistura. O tempo de secagem e a espessura correlacionaram positivamente e, juntamente com a permeabilidade, aumentam com o aumento da porcentagem de amido da mistura e variam quadraticamente com a porcentagem do glicerol. A força e a deformação na ruptura dos filmes biodegradáveis estudados aumentam com o aumento da porcentagem de amido de milho na solução filmogênica, aumentando de 3,735 N para 11,936 N e de 1% a 8,5%, respectivamente. A aparência microscópica dos filmes é mais homogênea quando em misturas de ambos amidos em proporções de 25 a 75% de amido de milho em 75 a 25% de amido de lírio-o-brejo, em 20% de sorbitol.
REFERÊNCIAS
5
ASTM (American Society for Testing and Materials). Standard Test Methods for Tensile
Properties of Thin Plastic Shelling. ASTM D882-95a. New York, 1995.
BENGTSSON, M.; KOCH, K.; GATENHOLM, P. Surface octanoylation of high-amylose potato starch films. Carbohydrate Polymers, v. 54, p. 1-11, 2003.
BERMUDEZ, J.J.H., Valorización de las amiláceas “no-cereales” cultivadas em los países
andinos: Estudio de las propriedades fisicoquímicas y funcionales de sus almidones y de la resistencia a diferentes tratamientos estresantes. Colombia : Facultad de Ingeniería de
Alimentos, Universidad de Bogotá, 1997.150p.(Trabajo de Grado)
BILIADERIS, C.G.; The structure and interactions of starch with food. Can. J. Physiol.
Pharmacol, v. 69, p. 60-78. 1991.
BOX, G. E. P.; HUNTER, W. G.; HUNTER, J. S. Statistics for experimenters: an introduction
to design, data analysis, and modo building. New York: Wiley and Sons. 1978
CEREDA, M.P.; LEONEL, M. Caracterização físico-química de algumas tuberosas amiláceas.
Ciência e Tecnologia de Alimentos, v. 22, n. 1, p. 65-69, 2002.
CHARNET, R.; FREIRE, C.A.L.; CHARNET, E.M.R.; BONVINO, H. Análise de modelos de
regressão linear com aplicações. Campinas: Editora da UNICAMP, 1999. 356 p.
CONDE-PETIT, B.; NUESSLI, J.; HANDSCHIN, S.; ESCHER, F. Comparative characterisation of aqueous starch dispersions by light microscopy, rheometry and iodine binding behaviour.
Starch/ Stärke, v. 50, n. 5, p. 184-192, 1998.
GONTARD, N; GUILBERT, S.; CUQ, J.L. Edible wheat gluten films: influence of the main process variables on film properties using response surface methodology. J. Food Sci., v. 57, n. 1, p. 190-199, 1992.
IBGE. Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Estatística da Produção Agrícola. Fevereiro de 2010. www.ibge.gov.br.
JENSEN, Suellen ; GALDEANO, M. C. ; MALI, S. ; GROSSMANN, M. V. E. . Isotermas de adsorção de filmes biodegradáveis de amido de aveia plastificados com glicerol e com sorbitol. In: V Congreso Iberoamericano de Ingenieria de Alimentos, 2005, Puerto Vallarta, México. V Congreso Iberoamericano de Ingenieria de Alimentos. Puerto Vallarta, México : INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL-MÉXICO, 2005. v. IX. p. 1-1.
KOTARSKI, S.F.; WANISHA, R.D.; THURNY, K.K.; Starch hydrolysis by the ruminal microflora. Journal of Nutrition , v. 122 , p.178-190 , 1992.
KHURI, A.I.; CORNELL, J.A. Response Surfaces. New York: Marcel Dekker, 1987. LUNET, N.; SEVERO, M.; BARROS, H. Desvio Padrão ou Erro Padrão. Arquivos de Medicina, v. 20, n. 1 e 2, p. 55-59, 2006.
MACEDO, J. F. O gênero Hedychium koening (Zingiberaceae) no Estado de Minas Gerais.
Daphne, v.7, n.2, p. 27-31, 1997.
MALI, S. Produção, caracterização e aplicação de filmes plásticos biodegradáveis a base
de amido de cará. 2002. 150p. Tese (Doutorado em Ciência de Alimentos) Centro de Ciências
Agrárias, Universidade Estadual de Londrina, Londrina, 2002.
MOORTHY, S.N. Physicochemical and functional properties of tropical tuber starches: a review. Starch/Stärke, v. 54, n. 12, p. 559-592, 2002.
SEBIO, L. Desenvolvimento de plástico biodegradável a base de amido de milho e gelatina
pelo processo de extrusão: avaliação das propriedades mecânicas, térmicas e de barreira.
2003. 158 p. Dissertação (Mestrado) – Faculdade de Engenharia de Alimentos, Universidade Estadual de Campinas, Campinas.
126
SOUZA, R. C. R.; ANDRADE, C. T. Investigação dos Processos de Gelatinização e Extrusão de Amido de Milho. Polímeros: Ciência e Tecnologia, v. 10, n. 1, p. 24-30, 2000.
STATSOFT. Statistics computer program. Versão 8.0. Tulsa: StatSoft; 2007.
TEIXEIRA, M. A. V.; CIACCO, C. F.; TAVERES, D.Q.; BONEZZI, A. Ocorrência e caracterização do amido resistente em amidos de milho e banana. Ciência e Tecnologia de
Alimentos, v. 18, n. 2, 1998.
VICENTINI, N.M. Elaboração e caracterização de filmes comestíveis à base de amido de
mandioca para uso em pós-colheita. 2003. 216p. Tese (Doutorado) – Universidade Estadual
Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Botucatu.
VIGNEAU, E.; LOISEL, C.; DEVAUX, M.F.; CANTONI, P. Number of particles for the determination of size distribution from microscopic images. Powder Technology, v. 107, n. 3, p. 243-250, 2000.
WARD, G.; NUSSINOVITCH, A. Characterizing the gloss properties of hydrocolloid films.
Food Hydrocolloids, v. 11, n. 4, p. 357-365, 1997.
YOUNG, H. Fractionation of starch. In: WHISTLER, R. L.; BeMILLER, J. N.; PASCHALL, E. F. (Ed). Starch chemistry and technology. 2. ed. Orlando: Academic Press, 1984. p. 249-283.
AGRADECIMENTOS
6
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) pela bolsa concedida e à Fundação de amparo à Pesquisa do Estado de Goiás (Fapeg) pelo suporte financeiro necessário ao desenvolvimento da pesquisa.
128
Este livro foi composto em Times New Roman, corpo 11/13,2 Impresso pela Universidade Estadual de Goiás sobre papel off-set 75g/m2
BR 153 Km 99 – Anápolis – Goiás
