PRODUÇÃO DE FILMES COMPÓSITOS DE MUCILAGEM DE LINHAÇA MARROM E POLI(VINIL ÁLCOOL)

PRODUÇÃO DE FILMES COMPÓSITOS DE MUCILAGEM

DE LINHAÇA MARROM E POLI(VINIL ÁLCOOL)

S. J. de Souza

, M. V. Galindo

, F. V. Leimann

, F. Yamashita

, M. A. Shirai

1 – Departamento Acadêmico de Alimentos – Universidade Tecnológica Federal do Paraná – Cep: 87301-899 – Campo Mourão – PR – Brasil, Fone: (44)3518-1524 – Fax: (44)3518-1400 – e-mail: (silvio.souza93@hotmail.com)

2 – Departamento Acadêmico de Alimentos - Universidade Tecnológica Federal do Paraná – Cep: 86036-370 – Londrina – PR – Brasil, Fone: (43)3315-6153 – Fax: (43)3315-6121 – e-mail: (rpmarcella@hotmail.com) 3 – Programa de Pós-graduação em Tecnologia de Alimentos - Universidade Tecnológica Federal do Paraná – Cep: 87301-899 – Campo Mourão – PR – Brasil, Fone: (44)3518-1524 – Fax: (44)3518-1400 – e-mail: (fernandaleimann@utfpr.edu.br)

4 – Departamento de Ciência e Tecnologia de Alimentos – Universidade Estadual de Londrina – Cep: 86057-970 – Londrina – PR – Brasil, Fone: (43)3371-5967 – email: (fabioy@uel.br)

5 - Departamento Acadêmico de Alimentos - Universidade Tecnológica Federal do Paraná – Cep: 86036-370 – Londrina – PR – Brasil, Fone: (43)3315-6153 – Fax: (43)3315-6121 – e-mail: (marianneshirai@utfpr.edu.br)

RESUMO – Neste trabalho foram produzidos filmes compósitos de poli (vinil álcool) (PVA) e mucilagem extraída de sementes de linhaça marrom pela técnica de casting. Os filmes foram caracterizados quanto espessura, propriedades mecânicas (módulo de Young, resistência máxima a tração e alongamento na ruptura), permeabilidade ao vapor de água e microestrutura por microscopia eletrônica de varredura (MEV). O filme composto apenas por mucilagem apresentou-se pouco resistente e flexível e a incorporação de PVA proporcionou filmes mais resistentes e flexíveis sem alteração significativa nas propriedades de barreira ao vapor de água. As imagens de MEV revelaram, de um modo geral, que a mucilagem e o PVA formaram uma estrutura compacta e homogênea. A mucilagem de linhaça mostrou-se como uma matéria-prima interessante para produção de filmes compostos com PVA, sendo uma alternativa para produção de embalagens biodegradáveis para alimentos.

PALAVRAS-CHAVE: filme biodegradável; propriedades mecânicas; permeabilidade ao vapor de água; microscopia eletrônica de varredura; embalagem.

ABSTRACT – In this work composite films of poly (vinyl alcohol) (PVA) and flax seeds mucilage were produced by casting technique. The films were characterized as thickness, mechanical properties (Young's modulus, tensile strength and elongation at break), water vapor permeability and microstructure by scanning electron microscopy (SEM). The film composed only of mucilage was less flexible and resistant and the addition of PVA provided more durable and flexible films without significant change in water vapor barrier properties. The SEM images showed that PVA and mucilage formed a compact and homogeneous structure. The flax seeds mucilage proved to be an interesting feedstock for the production of composite films with PVA, and could be an alternative to the production of biodegradable food packaging.

KEYWORDS: biodegradable film; mechanical properties; water vapor permeability; scanning electron microscopy; packaging.

A mucilagem extraída de diferentes sementes e plantas como: chia, aloe vera (Khoshgozaran-Abras et al., 2012), linhaça (Alix et al., 2008) e cactos (Espino-Díaz et al., 2010) vem sendo utilizada como material para produção de filmes e blendas com outros polímeros. A mucilagem faz parte da constituição do revestimento de sementes como da linhaça e desempenha funções importantes para proteção do embrião contra danos mecânicos, radiação UV, etc., além de desempenhar papéis fisiológicos como promover a absorção de água e oferecer resistência contra o vento e a chuva, aderindo a semente ao solo (Paynel et al., 2013).

Tradicionalmente, a linhaça tem sido cultivada por seu óleo, que é utilizado na fabricação de tintas, vernizes e linóleo. Além disso, também há mercado para alimentação humana e nutrição animal, uma vez que aumenta os níveis de ômega 3 e ácidos graxos em ovos quando empregada como ração de aves. A linhaça também é rica em fibras alimentares solúveis e insolúveis quando comparado com os outros cereais e sementes oleaginosas, como o trigo, cevada, aveia, soja, etc (Coşkuner e Karababa, 2007).

Estudos mostram que as variedades de linhaça dourada e marrom apresentam semelhança em sua composição química e que não há diferença significativa entre as composições centesimais como umidade, cinzas, proteínas, lipídeos, fibras, carboidratos e valor energético. No entanto é menos comum encontrar a linhaça dourada no mercado nacional, por ser um grão que aprecia climas mais frios, com isso a linhaça marrom possui um preço mais acessível (Barroso et al., 2014).

A mucilagem da linhaça é constituída de polissacarídeos ácidos e neutros, a fração neutra é representada por xilose e a fração ácida composta por ramnose e galactose. Quando junto da lignana, uma fibra altamente ramificada, forma uma solução viscosa ao misturar-se com água, pode apresentar uma excelente alternativa tecnológica atuando como hidrocolóide formador de gel e até mesmo para formação de filmes para embalagem (Ziolkovska, 2011). Portanto a mucilagem da linhaça pode ser uma fonte interessante de polissacarídeos com potencial para formação de filmes.

Dos polímeros provenientes do petróleo, o poli(álcool vinílico) (PVA) se destaca por apresentar solubilidade em água, biocompatibilidade e biodegradabilidade. O PVA é produzido através da hidrólise do poli(acetato de vinila) (PVAc) e suas propriedades básicas dependem basicamente da sua massa molar e do seu grau de hidrólise (Limpan et al., 2012). O PVA tem sido utilizado para preparação de filmes compostos com amido (Cano et al., 2015) quitosana (Bonilla et al., 2014), quitosana e poli(vinil pirrolidona) (Mudigoudra et al., 2012), β-lactoglobulina (Monasterio et al., 2015) e xilana (Wang et al., 2014).

Neste sentido torna-se interessante a aplicação de mucilagem extraída da linhaça para produção de blendas com PVA por film casting uma vez que filmes com esta composição ainda não foram avaliados na literatura.

2. MATERIAL E MÉTODOS

2.1 Material

Foram utilizados PVA (SelvolTM, Sekisui Chemical Co. Ltd, Japão ) Selvol 107 com grau de hidrólise 98,30%, glicerol (Dinâmica, Brasil) como plastificante e linhaça marrom que foi adquirida no comércio local de Campo Mourão, PR.

2.2 Extração da mucilagem

A Mucilagem foi extraída de acordo com a metodologia descrita por Paynel et al. (2013) com algumas modificações. As sementes foram misturadas com água destilada (1:5, p/v) e mantidas sob agitação mecânica (Fisatom, Brasil) a 800 rpm com haste tipo hélice por 2h a 25ºC. Após este

período a temperatura foi elevada a 40 °C e mantida por mais 1 h sob agitação. Após a extração, a mistura foi filtrada com peneira mesh Tyler 120, o suficiente para reter as cascas da linhaça, e o filtrado foi seco em estufa com circulação de ar (Cienlab, Brasil) a 50ºC por 24h. Por fim a mucilagem seca foi triturada e armazenada em sacos herméticos.

2.3 Produção dos filmes

Os filmes foram confeccionados pela técnica de casting a partir de uma solução filmogênica contendo 1,5 % (p/v) de sólidos (1,2 % de polímero e 0,3 % de glicerol) e utilizando água destilada como solvente. Foram preparadas formulações contendo 100% de mucilagem (CM), 100% de PVA (PVA) e 50% de mucilagem e 50% de PVA (MPVA). Todos os componentes foram pesados, solubilizados em água destilada e aquecidos, sob agitação manual, até que a temperatura atingisse 80ºC. A solução foi vertida em uma forma revestida de teflon (8 cm x 20 cm) e seca em estufa de convecção forçada (Cienlab, Brasil) a 40ºC por 24h.

2.4 Propriedades mecânicas

Os testes de tração foram realizados em um texturômetro (modelo TA.XT Express ENHANCED, Stable Micro Systems) conforme as normas da American Society for Testing and Material (ASTM D-882-00, 2001). As amostras com dimensão de 5 cm x 2 cm foram previamente condicionadas em dessecador com umidade relativa de 53 % por 48 horas. Para o ensaio empregou-se distância inicial entre as garras de 15 mm e velocidade de tração de 1 mm/s. As propriedades determinadas foram o módulo de Young (MPa), a resistência máxima á tração (MPa) e o alongamento na ruptura (%).

2.6 Permeabilidade ao vapor de água

A permeabilidade ao vapor d’água foi determinada por um método gravimétrico, conforme as normas da ASTM (ASTM E-96-00, 2000) e o gradiente de umidade foi de 33 – 75%. O teste foi conduzido em duplicata.

2.7 Microscopia eletrônica de varredura (MEV)

As análises foram realizadas em microscópio eletrônico de varredura Phillips, modelo FEI Quanta 200. As amostras dos filmes foram previamente condicionadas em dessecador contendo sílica gel por 14 dias para remoção da umidade. Para a análise da fratura os filmes foram imersos em nitrogênio líquido. Os filmes foram recobertas com ouro em sputter coater, marca Bal-Tec, modelo SCD-050. Para as imagens da superfície dos filmes utilizou-se magnificação de 800x e da fratura 1.600 x.

2.8 Análise estatística

Os resultados foram avaliados pela análise de variância (ANOVA) e as médias dos tratamentos foram comparadas pelo teste de Tukey ao nível de 5% de significância (p<0,05), utilizando-se o software Statistica 7.0 (Stat-Soft, Tulsa, OK, EUA).

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

O rendimento da extração da mucilagem de semente de linhaça marrom foi de 8,3%, sendo este resultado superior ao obtido por Paynel et al. (2013) com sementes de linhaça (5,3 a 6,2%) e inferior ao reportado por Jouki et al. (2013) em sementes de marmelo (13,9%) e Khazaei et al. (2014) em semente de manjericão (14%).

A Figura 1 mostra as imagens de MEV de superfície e fratura dos filmes compostos de mucilagem e PVA. Analisando as imagens de superfície (A, C e E), todas as amostras apresentaram uma superfície lisa e sem fissuras ou microporos. As imagens de fratura (B, D e F) apresentaram-se compactas e uniformes indicando que não houve separação de fases entre os polímeros e o glicerol. No caso de MPVA a integridade da estrutura pode ser explicado pelo fato da mucilagem da semente de linhaça conter grandes quantidades de xilana que pode apresentar boa interação com as hidroxilas presentes na estrutura do PVA (Wang et al., 2014).

Figura 1 – Imagens de MEV da superfície (acima) e fratura (abaixo) dos filmes compostos de mucilagem de semente de linhaça e PVA. CM (A e B), PVA (C e D) e MPVA (E e F).

A Tabela 1 apresenta os resultados de espessura, resistência máxima a tração (RT), modulo de Young (MY), alongamento na ruptura (E) e permeabilidade ao vapor de água (WVP).

Tabela 1 – Espessura, propriedades mecânicas e permeabilidade ao vapor de água de filmes compostos de mucilagem e PVA. Amostras Espessura (µm) RT (MPa) MY (MPa) E (%) WVP (x 106) (g/m.Pa.dia) CM 76a ± 12 33,2b ± 5,8 238,3a ± 69,3 17,6c ± 7,1 4,5a ± 0,7 PVA 105a ± 24 149,3a ± 49,0 229,2a ± 70,1 136,9a ± 30,8 3,9a ± 0,9 MPVA 88a ± 9 12,7c ± 3,8 16,8b ± 2,6 63,0b ± 9,9 5,8a ± 0,5

RT – Resistencia a Tração, MY – Módulo de Young, E – Alongamento na ruptura, WVP - permeabilidade ao vapor de água

Letras diferentes na coluna apresentam diferença significativa (p≤0,05) entre as médias pelo teste de Tukey. A espessura dos filmes variou de 76 a 105 µm e não observou-se diferença significativa entre as formulações, indicando que a quantidade de material depositado em cada recipiente foi adequada e que houve bom controle do processo produtivo. As espessuras dos filmes produzidos neste trabalho foram maiores que de filmes de mucilagem de chia (Dick et al., 2015), marmelo (Jouki et al.,2013) e manjericão (Khazaei et al., 2014).

O filme confeccionado apenas com PVA e glicerol (PVA) apresentarou-se mais resistente e flexível em comparação com o filme de mucilagem (CM). A mucilagem por si só produz filmes frágeis e quebradiços, o que a torna um material sem aplicabilidade conforme observado por Paynel et al. (2013). Neste trabalho, a mistura da mucilagem e do PVA alterou significativamente as propriedades mecânicas, proporcionando filmes menos resistentes e rígidos, a partir da redução da resistência a tração e módulo de Young, e mais flexíveis com a elevação dos valores de alongamento na ruptura. Comportamento similar foi observado em filmes compostos de PVA e quitosana (Bonilla et al., 2014).

Com relação à WVP todas as amostras não apresentaram diferença significativa. Isso possivelmente ocorreu porque tanto a mucilagem como o PVA possuem caráter hidrofílico. Valores próximos de WVP foram relatados por Jouki et al. (2013) em filmes de mucilagem de manjericão e por Araújo et al. (2015) em filmes de amido de mandioca adcionados de extrato de própolis.

4. CONCLUSÃO

No presente trabalho foi possível extrair a mucilagem da semente de linhaça utilizando-se de um método de extração que proporcionou um bom rendimento. No entanto, não se obteve uma seletividade daquilo que foi extraído uma vez que substancias insolúveis podem ter feito parte das formulações.

A mucilagem da semente de linhaça é uma matéria-prima interessante para ser utilizada em blendas com PVA, proporcionando filmes menos resistentes e rígidos, mais flexíveis e sem alteração significativa das propriedades de barreira ao vapor de água em relação ao filme de mucilagem pura. As imagens de MEV revelaram, de um modo geral, que a mucilagem e a PVA formaram uma estrutura compacta e homogênea, sugerindo boa interação entre esses componentes.

Filmes compósitos de mucilagem de linhaça e PVA podem ser uma alternativa na produção de embalagens biodegradáveis. Entretanto, estudos sobre a aplicação destes materiais em alimentos ainda são necessários para verificar sua viabilidade técnica e econômica.

5. AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem o CNPq pelo auxílio financeiro e o Laboratório de Microscopia da Universidade Estadual de Londrina pela realização da análise de microscopia eletrônica de varredura.

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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