sustentabilidade de embalagens celulósicas: estudo do processo … · ... sua presença ocorre...

Iniciação - Revista de Iniciação Científica, Tecnológica e Artística Edição Temática em Sustentabilidade Vol. 5 n°. 3 – Dezembro de 2015, São Paulo: Centro Universitário Senac ISSN 2179-474X Portal da revista: http://www1.sp.senac.br/hotsites/blogs/revistainiciacao/ E-mail: [email protected] Esta obra está licenciada com uma Licença Creative Commons Atribuição-Não Comercial-SemDerivações 4.0

Internacional

Sustentabilidade de embalagens celulósicas: estudo do processo difusivo de revestimento à base de filmes de quitosana com adição de corantes naturais.

Sustainability cellulosic packaging: Study of diffusion coating process chitosan films based with the addition of natural dyes.

Roberta Cardoso Fonseca, Mara Lúcia Ramalho, Arlete Barbosa dos Reis

Instituto de Ciência e Tecnologia, DEAD-Diretoria de Educação a Distância

{[email protected], [email protected], [email protected]}

Resumo. A utilização de corantes na indústria de embalagens é prática comum, já que a cor e a aparência têm um papel importante na aceitação dos produtos pelo consumidor. Em contrapartida, visando a sustentabilidade das embalagens de modo geral, existe o mercado de substituição de polímeros sintéticos por polímeros naturais, dando ênfase aos que podem ser utilizados como veículo para adição de outros produtos, como os corantes naturais. O presente trabalho teve como objetivo um estudo preliminar do coeficiente de difusão de diferentes soluções à base filmes de quitosana, com adição dos corantes: Urucum, Clorofila e Antocianina, avaliando a possibilidade de utilização desses filmes como revestimentos a serem aplicados em embalagens celulósicas; Para tanto, foram realizadas análises preliminares como: Análise visual; Espessura; Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV); Permeabilidade ao Vapor D’água (PVA) e Coeficiente de Difusão.

Palavras-chave: biopolímero quitosana, corantes, coeficiente de difusão.

Abstract. The use of dyes in the packaging industry it is common practice since the color and appearance have an important role in consumer acceptance of the products. In contrast, targeting the sustainability of general packaging, there is the replacement market of synthetic polymers with natural polymers, emphasizing that can be used as a vehicle for adding other products, such as natural dyes. This work aimed to a preliminary study of the diffusion coefficient of different solutions based chitosan films with added colors: Urucum, chlorophyll and anthocyanin, the feasibility of using these films as coatings to be applied to cellulosic casings; Therefore, preliminary analyzes were performed as Visual analysis; Scanning Electron Microscopy (SEM), Water Permeability Vapor (WVP) and Diffusion Coefficient.

Key words: chitosan biopolymer, dyes, diffusion coefficient.

http://www1.sp.senac.br/hotsites/blogs/revistainiciacao/

mailto:[email protected]

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/






69

Iniciação - Revista de Iniciação Científica, Tecnológica e Artística - Vol. 5 no 3 - Dezembro de 2015 Edição Temática em Sustentabilidade

1. Introdução

As estimativas do mercado de biopolímeros são, em razão das diferentes definições adotadas, bastante discrepantes. Destaque-se em particular o potencial de crescimento dos biopolímeros. No período 2003 a 2007 houve um aumento na capacidade de produção e no potencial técnico de substituição de plásticos petroquímicos por bioplásticos. Dentre os biopolímeros, alguns se destacam como mais atrativos após as modificações químicas, com introdução de cadeias contendo grupos básicos, para que exerça ações em remoção de cátions e corante. Nos últimos anos, os biopolímeros que têm despertado maior interesse têm sido a celulose, que provém de várias fontes, e a quitina, que é proveniente de crustáceos, moluscos, insetos, cogumelos e outros organismos.

A quitina é o segundo polissacarídeo mais abundante na natureza depois da celulose, sendo o principal componente do exoesqueleto de crustáceos e insetos; sua presença ocorre também em nematoides e parede celular de fungos e leveduras. Outra característica da quitina é sua capacidade de obtenção de outros produtos, a partir de reações químicas como, por exemplo, a quitosana, obtida a partir da desacetilação da quitina. Os principais fatores que afetam tais reações químicas são: o grau de desacetilação e, consequentemente, as características da quitosana obtida, que consequentemente são reflexo de alterações diversas tais como, temperatura e tempo de reação, concentração da solução do álcali, razão quitina/álcali, tamanho das partículas da quitina e presença de agentes que evitam a despolimerização.

Dentre os grupos funcionais da quitosana, podemos citar o grupo das hidroxilas (OH) que estão presentes na estrutura geral desses biopolímeros, mas a principal diferença entre eles é a presença de grupos amino (NH2) na estrutura da quitosana. Dentre as vantagens do uso do biopolímero quitosana no setor de embalagens, está a utilização da matriz polimérica como revestimentos que podem ser utilizados em diversas áreas, tais como a obtenção de embalagens inteligentes, que atuam como indicador das características internas do produto embalado. A exemplo, podemos incluir as embalagens celulósicas revestidas com soluções poliméricas compostas por biopolímero + corantes e, em se tratando de corantes, visando a garantia de sustentabilidade das embalagens obtidas, nada mais indicado que substituir os corantes comumente encontrados no mercado, como os corantes sintéticos, elos corantes naturais.

Os corantes naturais têm origem preferencialmente nos sucos e extratos vegetais conhecidos, podendo ser também de origem animal. São em geral de baixo custo. Ao serem isolados, deve-se ter o cuidado de não levar junto resinas ou substâncias que atuam como purgantes intestinais. Esses pigmentos às vezes não toleram altas temperaturas sem perder as tonalidades que lhes são características. É necessário, em cozimentos obrigatórios a altas temperaturas, utilizar os corantes inorgânicos. Os pigmentos de diferentes cores podem misturar-se entre si para dar tonalidades medis. (SALINAS, 2002).

Os corantes derivados das sementes de urucum (Bixa orellana, L.) são extensivamente utilizados na indústria alimentícia. Suas características peculiares como a que possibilita a obtenção de corantes hidrossolúveis ou lipossolúveis a partir de pequenas alterações nos processos de produção, foi um dos fatores do sucesso deste pigmento. Observa-se que só recentemente, pouco mais de cinco anos, têm sido dedicados esforços no estudo das características físico-químicas das diferentes estruturas de carotenoides que participam do chamado corante de urucum. As clorofilas são os pigmentos naturais mais abundantes presentes nas plantas e ocorrem nos cloroplastos das folhas e em outros tecidos vegetais. Estudos em uma grande variedade de plantas

70


caracterizaram que os pigmentos clorofilianos são os mesmos. As diferenças aparentes na cor do vegetal são devidas à presença e distribuição variável de outros pigmentos associados, como os carotenóides, os quais sempre acompanham as clorofilas (VON ELBE, 2000). As antocianinas são compostos da família dos flavonóides e constituem grupo de pigmentos responsáveis por grande parte das cores em flores, frutas, folhas, caules e raízes de plantas (MARKAKIS, 1982).

Devido a versatilidade do biopolímero quitosana, em particular sua capacidade de atuar como veículo na incorporação de diferentes aditivos, tais como: agentes antiumectantes, antioxidantes, etc. Os experimentos aqui apresentados foram feitos a partir da adição de corantes à quitosana. No intuito de avaliar a adição dos diferentes corantes na formação da matriz polimérica de quitosana, optou-se por trabalhar com os seguintes corantes: antocianina, urucum e clorofila. Neste trabalho foram testados diferentes tipos de corantes, a fim de estudar o comportamento e características que deram aos filmes de quitosana, dando ênfase ao processo difusivo, visando futura aplicação em embalagens celulósicas, com vistas a abranger a sustentabilidade das mesmas.

1 Fundamentação Teórica

1.1. Quitina

A Figura 1, ilustra a estrutura da quitina, que é insolúvel na maioria dos solventes testados, predominam unidades de 2-acetamido-2-deoxi-Dglicopiranose enquanto que a quitosana, é predominantemente formada por unidades de 2- amino-2-deoxi-D-glicopiranose é solúvel em soluções aquosas diluídas de ácidos orgânicos e inorgânicos. (AZEVEDO et. al., 2007).

Figura 1 - Estrutura molecular da quitina

A quitina é separada de outros componentes da carapaça por um processo químico que envolve as etapas de desmineralização e desproteinização das carapaças com soluções diluídas de HCl e NaOH, seguida de descoloração com KMnO4 e ácido oxálico, por exemplo. A quitina obtida, o biopolímero contendo grupos acetil (NHCOCH3), é desacetilada com solução concentrada de NaOH, produzindo a quitosana. A quitosana é um produto natural obtido da quitina de carapaças de crustáceos. (AZEVEDO et al., 2007)

1.2. Quitosana

Por meio da desacetilação da quitina com álcalis, é possível obter a quitosana (Figura 2), podendo também estar naturalmente presente em alguns fungos, como aqueles pertencentes aos gêneros Mucor e Zygomicetes. Este biopolímero possui uma

71


estrutura molecular quimicamente similar à da celulose, diferenciando-se somente nos grupos funcionais. O desenvolvimento de novos materiais baseados na quitosana, a serem empregados em aplicações tecnológicas e biomédicas, é um campo de pesquisa muito atraente, o que tem sido corroborado pelo grande número de publicações científicas e patentes. (LARANJEIRA; FÁVERE, 2009).

Figura 2 - Estrutura molecular da quitosana

1.3. Filmes de Quitosana

Foram desenvolvidos, na última década, inúmeros estudos que visavam à produção e caracterização de filmes biodegradáveis à base de polímeros naturais, como quitosana. Em condição seca, os filmes de quitosana apresentam baixa permeação a gases, inferiores aos medidos para PET ou PVC e a demais filmes de base biológica como glúten e celulose.

Além disso, adicionalmente, alguns estudos tem mostrado que a permeação de CO2 é superior à de O2 o que pode vir a ser de interesse na confecção de embalagens com atmosferas controladas (CHEN et al.,1996). Estudos reportados na literatura apresentam que as propriedades mecânicas dos filmes de quitosana são influenciadas pela massa molar do polímero e do ácido utilizado para formação das soluções filmogênicas (ARVANITOYANNIS et al., 1998).. Outra característica abordada é que a tensão na ruptura aumenta com o aumento da massa molar da quitosana devido à formação das ligações de hidrogênio entre os grupos amino e hidroxila na formação dos filmes.

1.4. Formação de Filmes de Quitosana

A formação dos filmes é influenciada pelo pH, força iônica, tipo de solvente (ácido), adição de plastificante, sendo variáveis controladas de acordo com as propriedades mecânicas e porosidade da membrana desejada (ARVANYTOYANNIS et al., 1998). Os filmes de quitosana são resistentes, elásticos, flexíveis, de difícil rompimento e oferecem barreiras extremamente boas para o oxigênio, mas possuem baixa barreira ao vapor d água (BUTLER et al., 1996). Os filmes de quitosana têm sido normalmente obtidos de maneira bem simples e rudimentar: o polímero é dissolvido em meio apropriado, normalmente, em solução aquosa à base de ácidos fracos, e vertido sobre uma superfície plana.

72


1.5. Corantes

A utilização de corantes naturais requer o conhecimento químico de suas moléculas para adapta-las às condições de uso em processos, embalagens e distribuição. Atualmente permite-se o uso de sete corantes artificiais, por razões técnicas: estabilidade, pureza, disponibilidade e superioridade tecnológica com relação aos corantes naturais. Sua utilização é limitada por imposições legais, publicidade adversa e interesse do consumidor por produtos naturais (ARAÚJO, 2004).

Os corantes naturais são divididos em três grupos principais: compostos heterocíclicos com estrutura tetra-pirrólica; compostos de estrutura isoprenóide; e compostos heterocíclicos contendo oxigênio. Além destes, existem outros grupos de pigmentos também encontrados unicamente em vegetais: as betalaínas, que são compostos nitrogenados; os taninos, que agrupam uma série de compostos de estruturas extremamente variáveis; as quinonas e as xantonas. (BOBBIO & BOBBIO, 2003).

2.5.1. Antocianina

O termo antocianina é de origem grega (anthos, uma flor, e kyanos, azul escuro). Após a clorofila, as antocianinas são o mais importante grupo de pigmentos de origem vegetal (HARBORNE & GRAYER, 1988). Compõem o maior grupo de pigmentos solúveis em água do reino vegetal e são encontradas em maior quantidade nas angiospermas. (BRIDLE & TIMBERLAKE, 1997)

As antocianinas compõem o maior grupo de pigmentos solúveis em água do reino vegetal segundo BRIDLE & TIMBERLAKE (1997) e são estudadas em todo o mundo como agentes da coloração natural, sendo elas as responsáveis pelos tons compreendidos desde a coloração vermelha até a coloração azul em muitas frutas, legumes e hortaliças. Em solução aquosa, as antocianinas se encontram comumente na forma de uma mistura de diferentes estruturas químicas em equilíbrio. Naturalmente a coloração das antocianinas é diretamente influenciada pela substituição dos grupos hidroxila e metoxila na molécula. Incrementos no número de grupos hidroxila tendem a tomar a coloração azulada. Na direção contrária, incrementos no número de grupos metoxilas aumentam a intensidade do vermelho (LÓPEZ et al., 2007).

A principal desvantagem das antocianinas frente aos corantes sintéticos deve-se à mudança de coloração decorrente de reações químicas dos produtos alimentícios, pois as antocianinas possuem grupos cromóforos que são bastante sensíveis às alterações de pH do meio, segundo estudo de. Por outro lado, é possível o aproveitamento dessa desvantagem para atuação em embalagens inteligentes, indicadoras da alteração de pH, por exemplo.

73


2.5.2. Clorofila

As clorofilas são os pigmentos naturais mais abundantes presentes nas plantas e ocorrem nos cloroplastos das folhas e em outros tecidos vegetais. Estudos em uma grande variedade de plantas caracterizaram que os pigmentos clorofilianos são os mesmos. As diferenças aparentes na cor do vegetal são devidas à presença e distribuição variável de outros pigmentos associados, como os carotenóides, os quais sempre acompanham as clorofilas (VON ELBE, 2000).

As clorofilas tendem a ser foto-oxidadas sob alta irradiação e, devido aos carotenóides poderem prevenir a foto-oxidação das clorofilas, a relação entre as clorofilas e carotenóides pode ser usada como um indicador potencial de perdas foto-oxidativas causadas por fortes irradiações. As clorofilas são pigmentos verdes muito comuns em legumes e em várias frutas.

Devido a sua cor e as propriedades físico-químicas, são também usadas como aditivos para produtos alimentícios. Estes pigmentos são quimicamente instáveis e podem ser alterados ou destruídos facilmente, modificando a percepção e a qualidade dos produtos. Em geral, as clorofilas são relativamente instáveis e sensíveis à luz, aquecimento, oxigênio e a degradação química.

A decomposição das clorofilas é afetada pelo pH dos tecidos. O pH básico torna a clorofila mais estável ao calor, quando comparada ao pH ácido (3,0). Os íons positivos minimizam a permeabilidade da membrana, que entra em equilíbrio com as cargas negativas diminuindo, dessa forma, a degradação das clorofilas (VON ELBE, 2000). Essa instabilidade da molécula pode alterar a sua cor, o valor comercial e as qualidades nutritivas, levando também a uma impressão negativa do produto.

A clorofila a é mais suscetível à degradação oxidativa na presença de ácidos graxos saturados quando comparada com ácidos graxos insaturados durante o aquecimento. A presença de ácidos graxos saturados pode facilitar a formação de isômeros I e II da clorofila a enquanto a presença de ácidos graxos insaturados pode facilitar a formação de clorofila a’. A clorofila a é mais suscetível à degradação oxidativa e isomerização que o β-caroteno na presença de ésteres de ácidos graxos, especialmente metil estearato, durante aquecimento (LUI & CHEN, 1998). Por outro lado, é possível o aproveitamento dessa desvantagem para atuação em embalagens indicadoras da alteração de temperatura, por exemplo.

2.5.3. Urucum

O principal pigmento do urucum é o carotenóide bixina, substância solúvel em gordura, mas insolúvel em água e, representa mais de 80% dos carotenóides totais presentes na semente. (TAKAHASHI, 1987). Extraído do pericarpo de um arbusto nativo do Brasil de outras regiões tropicais do planeta, o corante de urucum vem sendo largamente utilizado em partes do mundo em escala industrial, por conferir coloração atraente a uma extensa gama de produtos manufaturados. O extrato de urucum é um produto industrial obtido pela remoção dos pigmentos da semente de urucum (Bixa orellana L.) diluídos em solução oleosa. O extrato lipossolúvel contém vários pigmentos coloridos, sendo a bixina o principal

2.6. Processo Difusivo

A difusão é um processo que depende do tempo, isto é, a quantidade de um elemento que é transportado no interior de outro elemento é uma função do tempo. Faz- se

74


necessário saber o quão rápido ocorre a difusão, ou seja, a taxa de transferência de massa. Essa taxa é, com frequência, expressa como um fluxo de difusão (J), definido como sendo a massa que está em difusão através e perpendicularmente a uma área unitária de seção reta do sólido por unidade de tempo. Essa definição pode ser matematicamente representada pela seguinte fórmula:

Onde,

A = Área,

= Diferencial relacionada por massa e tempo de difusão ocorrido.

2.6.1. Lei de Fick

Pela Lei de Fick, a massa da substância que passa através de uma sessão pela unidade de tempo é proporcional ao gradiente de concentração na mesma direção. Esta lei descreve o fluxo de um soluto em condições de equilíbrio, e pode ser matematicamente representada pela seguinte equação:

Onde,

Ds = Coeficiente de difusão;

= Gradiente de concentração pela direção que se envolve o processo.

A partir da fórmula apresentada, é possível estudar os diferentes tipos de difusão. Pela variação ou não do gradiente de concentração é possível determinar o estado. Quando não há variação temos a difusão em estado estacionário ou permanente.

O sinal de negativo no fluxo na equação acima indica que o fluxo ocorre na direção contrária à do gradiente de concentração, isto é, no sentido das concentrações altas para as concentrações baixas.

Se combinarmos a Lei de Fick com a equação de conservação de massa, encontramos a segunda lei de Fick, que descreve a difusão em estado não estacionário:

75


Quando são especificadas condições de contorno que possuem um sentido físico, é possível obter-se soluções para segunda Lei de Fick. Essas soluções são funções C = f(x,t) que representam as concentrações em termos tanto da posição quanto do tempo.

Para calcular o coeficiente de difusão dos filmes de quitosana, foi utilizada a seguinte equação:

Onde,

a = Valor da constante que obtemos pela equação da reta y= ax + b;

D = Coeficiente de difusão (m²/s);

= 3,14 é a constante de Arquimedes ou número de Ludolph;

= Valor médio da espessura do filme.

2.7. Permeabilidade ao Vapor D’Água

Em decorrência do impacto ambiental gerado pelo uso contínuo de material inerte oriundo exclusivamente de derivados de petróleo, houve o aumento de pesquisas visando o desenvolvimento de filmes a base de biopolímeros, pois estes se reincorporam mais rapidamente ao meio ambiente.

Os filmes biodegradáveis comestíveis elaborados a base de biopolímeros podem ser consumidos juntamente com os alimentos, pois desempenham funções de suporte de nutrientes, conservação, melhoria das características nutricionais e sensoriais dos alimentos, elevando com isso a qualidade e validade comercial do alimento. Neste contexto, os polissacarídeos apresentam-se como alternativa, pois são capazes de formar matrizes poliméricas contínuas. (FARIAS, 2012)

De acordo com a ASTM E96-95 permeabilidade é a taxa de transmissão de vapor de água por unidade de área através do filme, de espessura conhecida, induzida por um gradiente de pressão entre duas superfícies específicas, de umidade relativa e temperatura especificada (ASTM, E-96-00)

76


A determinação foi feita utilizando cinco amostras de cada ensaio. A permeabilidade ao vapor d’água (PVA) foi determinada nos filmes através da equação:

Onde,

∆m = corresponde a massa ganha (g);

Espessura = Média da espessura de cada amostra (mm);

∆t = diferença de tempo de realização da análise (h);

Δp = diferença de pressão parcial através do filme (KPa).

3. Sustentabilidade – Embalagens celulósicas

O desenvolvimento que não degrada a natureza para satisfazer às necessidades da geração presente e, nesse sentido, não compromete as necessidades das gerações futuras é também definido como sustentabilidade (WCED, 1987). Desse modo, pode-se concluir que um dos princípios básicos de sustentabilidade, é a visão de longo prazo, uma vez que os interesses e a sobrevivência das futuras gerações dependem de ações e iniciativas presentes.

O conceito de sustentabilidade, devido à sua amplitude não deve ser limitado à visão tradicional, considerando também as dimensões no âmbito social, econômico, cultural e ecológico. A sustentabilidade ecológica envolve medidas para reduzir o consumo de recursos e a produção de resíduos, introduzindo o uso de tecnologias limpas e poupadoras de recursos naturais, além de definição de regras que permitam uma adequada proteção ambiental (SACHS, 1998).

Assim sendo, desde a conscientização e preocupação das as empresas com o meio ambiente, foi dado início à adequação a essa responsabilidade conjunta, com base nos comprovados e possíveis ganhos em competitividade, as indústrias atualmente vêm incentivando projetos e processos com produtos voltados ao desenvolvimento sustentável pelo ganho econômico, social e ambiental.

Seguindo esses preceitos, a fim de se adequar ao uso coerente de recursos renováveis, as indústrias têm realizado o estudo do ciclo de vida de seus produtos por intermédio de ferramentas como gerenciamento sustentável e avaliação do ciclo de vida. Ter o conhecimento da origem das matérias-primas utilizadas, o destino dos produtos fabricados, os subprodutos e os resíduos de processo, bem como os efeitos das emissões geradas para o ambiente, nada mais é que, ter o conhecimento do ciclo de vida dobem produzido e consumido (MOURAD et al., 2002).

No âmbito deste contexto a indústria de embalagem, injustamente penalizada pelas questões ambientais no início da década de 90 (MADI et al., 1998), apresenta hoje, diferenças significativas quanto às necessidades e as prioridades das questões ambientais, como é o exemplo da reciclabilidade das embalagens metálicas, embalagens flexíveis; o reaproveitamento e criação de novos produtos oriundos das embalagens laminadas e o uso de energia renovável no processo produtivo das embalagens celulósicas.

77


3.1. O Ciclo do Papel

Para atender ao quesito Sustentabilidade, surgem materiais recicláveis de baixo custo e baixo impacto, tanto na produção como no descarte. É possível obter resultados impressionantes com materiais muito simples, obtidos diretamente da natureza, sem ofendê-la. Infelizmente, materiais dela obtidos de forma sustentável ainda são pouco utilizados, apesar do grande diferencial que com eles se pode criar. O futuro para a indústria de papel reflete segurança pois sua matéria-prima é renovável e seu produto é reciclável. Isto faz da indústria de papel candidata ideal para um estudo demonstrativo de suas práticas como parte interessada em realizar mudanças. Se de um lado, a indústria de papel é a principal consumidora de energia, também difere das demais indústrias gerando suas próprias necessidades de energia, queimando subprodutos (resíduos, etc.), gerando fonte de energia renovável e não contribuindo com as emissões de dióxido de carbono.

3.2. O Ciclo do Quitosana

A quitosana é um polissacarídeo que exibe numerosas propriedades físico-químicas e biológicas, encontrando aplicações em diferentes campos: agricultura, cosméticos, alimentos, bioadesivos, filmes ou coberturas, hidrogéis, micropartículas e outros (DODADE et al., 1999), devido à sua biodegradabilidade, biocompatibilidade e bioatividade (PETER, 2002a). A quitosana é produzida seguindo uma seqüência de processos tais como: desproteinização, demineralização e desacetilação (Figura 5), sua massa molar depende das condições do processo de desacetilação (Peter, 2002a). Devido à sustentabilidade já conhecida do papel, e, com base no ciclo de vida do biopolímero quitosana, é possível afirmar que a aplicação de revestimentos à base do polímero natural quitosana apresenta-se como uma alternativa potencial à substituição de polímeros sintéticos (Figura 3).

78


Figura 3 – Ciclo de vida da quitosana

Fonte: Reis, A.B.(2010)

4. Objetivo

Neste trabalho foram testados os corantes: antocianina, clorofila e urucum, a fim de estudar o comportamento e características que deram aos filmes de quitosana, dando ênfase ao processo difusivo, visando futura aplicação em embalagens celulósicas como diferentes indicadores da qualidade dos produtos embalados, com vistas a abranger a sustentabilidade das mesmas.

5. Material e Método

5.1.Material

Para a preparação dos filmes, foram utilizados os seguintes materiais:

Quitosana da marca Polymar;

Ácido acético da marca Shynth;

Placas de acrílico com dimensões 13,5cm x 3,5 cm;

Corante natural de Clorofila C-10.000P-WS-AP da marca CHR HANSEN;

Corante de Urucum A-720-WS-AP da marca CHR HANSEN;

Corante de Antocianina AC 12r WSP da marca CHR HANSEN.

79


5.2.Método

Para produção dos filmes utilizados no presente trabalho foram preparadas quatro diferentes formulações, alternando- se os corantes, Urucum, Clorofila e Antocianina. Os filmes tratados aqui como filme- padrão, ou seja, os filmes produzidos a partir da solução de quitosana(4%), foi utilizada a sigla FQ. Para os filmes contendo os diferentes corantes, foi acrescido à solução padrão, 0,8% em cada solução dos corantes, Antocianina, Clorofila e Urucum . Os corantes foram diluídos em água e acrescidos à solução filmogênica de quitosana, separadamente, originando as siglas FQA, FQC e FQU, respectivamente (Tabela1).

Tabela 1 - Siglas e composição das amostras de filmes de quitosana.

Siglas Quitosana

(%)

Antocianina

(%)

Clorofila

(%)

Urucum

(%)

FQ 4 - - -

FQU 4 - - 0,8

FQC 4 - 0,8 -

FQA 4 0,8 - -

5.2.1. Filmes de Quitosana

Depois de prontas, as soluções foram levadas para agitação durante 60 minutos, para completa homogeneização das mesmas. Os procedimentos deram continuidade, espalhando 25 ml em placas planas retangulares de acrílico de dimensões 13,5 x 3,5. Estando uniformemente distribuídas, as amostras foram encaminhadas para uma estufa com temperatura controlada em torno de 35°C. O tempo de secagem dos filmes foi de aproximadamente 48 horas. Foi medida, com ajuda de um micrometro a espessura em cinco pontos aleatórios e feito uma média desses valores para determinar a espessura.

A umidade dos filmes foi retirada a partir da exposição dos mesmos em um dessecador durante 120 horas com sílica gel. Antes da utilização para tal processo, a sílica gel que foi submetido a temperaturas de 100° em uma estufa, durante cerca de 40 minutos para chegar às condições necessárias. Logo em seguida os filmes foram colocados em outro dessecador com uma solução saturada de cloreto de sódio (NaCl), o qual teve umidade controlada de aproximadamente 80%. As amostras foram pesadas com intervalos de 2 horas, durante doze horas consecutivas. E depois foram pesadas em intervalos de 24 horas até completarem 168 horas de observação, tempo em que ocorreu a saturação das amostras.

5.2.2. Permeabilidade ao Vapor D’água

Para análise da Permeabilidade ao Vapor D’Água, as amostras foram colocadas como forma de tampas, em recipientes contendo sílica gel, seca, e vedadas com veda rosca para que não houvesse nenhum outro modo de entrada de umidade, a não ser pela própria amostra. Feito isso, as amostras foram levadas a um dessecador com solução aquosa de NaCl, para que obtivesse uma maior umidade do ambiente. Os recipientes foram pesados, com intervalos de 24 horas, durante 168 horas, para que a partir da relação de massa seja calculado o teor de umidade para cada amostra.

80


6. Resultados e Discussão

6.1. Análise Visual – Fotografia comum

No intuito de ilustrar as características das amostras de filmes de quitosana com e sem adição de corantes, foram tiradas fotos em câmara digital comum de 14pixels das amostras FQ, FQA, FQC e FQU Foi possível verificar as características básicas de cada tipo de filme utilizado na execução do presente trabalho. Nas fotos das amostras FQ, foi possível constatar aparência transparente, levemente amarelada e resistência comum aos filmes de quitosana(Figura 4a). Nas fotos tiradas das amostras FQA, foi possível verificar aparência quebradiça (Figura 4b). As figuras 4c e 4d, ilustram características das fotos das amostras FQC e FQU, respectivamente, ambas apresentaram características similares como homogeneidade da matriz filmogênica formada, resistência e coloração característica a dos corantes utilizados durante sua composição.

6.2. Microscópia Óptica

A análise de microscopia óptica foi realizada utilizando microscópio óptico da marca Bioval, utilizando-se ampliação de 10X das amostras de filmes de quitosana com e sem adição de corantes. Foi possível observar, além das diferentes colorações, os diferentes rearranjos das estruturas das amostras FQ, FQA, FQC e FQU (Figuras 5a, 5b, 5c e 5d), respectivamente.

Figura 4 – Fotos tiradas com câmera comum

Figura 4a - FQ Figura 4b - FQA Figura 4c – FQC Figura 4d - FQU

Fonte: autor

Figura 5 – Fotos tiradas em microscópio óptico – ampliação de 10X

Figura 5a - FQ Figura 5b - FQA. Figura 5c - FQC. Figura 5d - FQU.

81


6.3. MEV

A análise de MEV foi realizada num equipamento de bancada do modelo TM 3000 Tabletop Microscope da marca HITACHI e as micrografias foram feitas nas ampliações de 200, 500 e 1000 vezes. De acordo com a Figura 6, foi possível verificar a homogeneidade das soluções filmogênicas, de forma condizente com as diferentes colorações dos corantes utilizados e homogeneidade das soluções obtidas. As Figuras 6a, 6b e 6c ilustram a conformidade na formação da matriz polimérica obtida nos filmes produzidos à base de quitosana (FQ). De forma semelhante, foi apresentado o comportamento das amostras de filmes de quitosana com adição do corante antocianina, de modo que os riscos observados, foram originados do suporte plástico utilizado para a deposição da solução filmogênica, antes de submetidas ao processo de secagem, porém, na ampliação de 1000X, é possível confirmar a homogeneidade da solução obtida nas Figuras 6d, 6e e 6f. As fotos de MEV das amostras obtidas a partir dos filmes compostos por quitosana contendo o corante clorofila, mostraram pontos de irregularidades ilustradas pelos diferentes tons de coloração obtidos durante o período de secagem, o que evidenciou uma não homogeneidade da solução obtida conforme ilustram as Figuras 6g, 6h e 6i. Já as amostras de filmes de quitosana com adição de urucum ilustraram maior homogeneidade na formação da matriz polimérica, de acordo com as Figuras 6j, 6k e 6l.

Figura 6 – MEV das amostras de filmes de quitosana

Figura 6a - FQ 200 X Figura 6d - FQA 200 X Figura 6g - FQC 200 X Figura 6j - FQU 200 X

Figura 6b - FQ 500 X Figura 6e - FQA 500 X Figura 6h - FQC 500 X Figura 6k - FQU 500 X

Figura 6c - FQ 1000 X Figura 6f - FQA 1000 X

Figura 6i - FQC 1000 X

Figura 6l - FQU 1000 X

82


6.2. Análise da Permeabilidade ao Vapor D’Água

Inicialmente apresentaram um determinado peso, que variou conforme o desenvolvimento do processo, de secagem em sílica e de dessecação com controle de umidade. Os resultados foram avaliados a partir da média obtida da análise de PVA realizada com dez repetições de cada amostra de filmes de quitosana com e sem adição de corantes. A Tabela 3 ilustra que não houveram diferenças estatisticamente significativas entre as amostras FQA e FQU. De modo que, as amostras dividiram-se em três grupos diferenciados, considerando-se a permeabilidade em ordem crescente, como: grupo I= amostras FQ; grupo II= FC; grupo III= FQA e FQU.

Tabela 3 – Permeabilidade ao vapor d’água de filmes de quitosana com e sem adição de corantes (g água. m-2.dia-1)

Amostras

Permeabilidade

ao vapor d’água

(g água. m-2.dia-1)

FQ 0,31485 a

FQA 0,6067 b

FQC 0,42041 c

FQU 0,64263 b

Nota: letras diferentes na mesma coluna representam diferença significativa (p>0,05) entre as

médias obtidas pelo teste de Tukey

6.3. Análise do Coeficiente de Difusão

Os valores obtidos através da análise do coeficiente de difusão ilustram que houveram diferenças estatisticamente significativas entre as amostras FQ e FQU, de acordo com análise feita pelo teste de Tukey, realizado utilizando-se o programa Statística, versão 7.0. Assim, sendo, a capacidade de difusão segue a ordem crescente de acordo com a disposição das amostras ilustradas na Tabela 4.

83


Tabela 4 – Coeficiente de difusão de filmes de quitosana com e sem adição de corantes

Amostras

Coeficiente de difusão

(m²/s)

FQ -4,07E-06 a

FQA 6,11E-04 b

FQC 6,87E-05 b

FQU 1,28E-04 c

Nota: letras diferentes na mesma coluna representam diferença significativa (p>0,05) entre as

médias obtidas pelo teste de Tukey

7. Conclusões

A partir das análises, pode-se concluir que, as amostras de filmes de quitosana com adição do corante Clorofila, apresentaram coeficiente de difusão e permeabilidade ao vapor d’Água aproximado ao dos filmes obtidos a partir da solução-padrão (FQ). Assim sendo, tais amostras, se mostraram eficientes quanto à retenção de vapor d’água, podendo, após de serem submetidos a outras análises, mais aprofundadas, serem utilizados como revestimento em embalagens celulósicas.

As amostras de filmes de quitosana adicionados do corante Antocianina, embora tenha apresentado coeficiente de difusão e Permeabilidade ao Vapor D’Água, menores que os filmes de quitosana adicionados do corante Urucum, visualmente demonstraram propriedades mecânicas frágeis, num comportamento quebradiço.

Partindo do pressuposto de que o presente trabalho visou apenas o intuito de relacionar os filmes de quitosana com os filmes de quitosana adicionado aos corantes urucum, clorofila e antocianina.

Donde pode- se concluir que a aplicação dos filmes de quitosana com adição dos corantes, Urucum, Clorofila e Antocianina, devem variar de acordo com a necessidade da aplicação, exigindo, portanto, estudos mais aprofundados.

8. Referências

ARAÚJO, Júlio. Química de Alimentos: Teoria e Prática. 3 ed. Viçosa: Editora UFV, 2004.c. ARVANITOYANNIS, I.; NAKAYAMA, A . E AIBA, S. Chitosan and gelatin based ediblecfilms: state diagrams, mechanical and permeation properties. Carbohydrate Polymers, v.37, p. 371-382, 1998.

84


ASTM E96-00 - Standard test methods for determining gas permeabilityccharacteristics of plastic film and sheeting, ASTM Book of Standards, Philadelphia, PA, 1995. AZEVEDO, Valleria Vitall Cordeiro de et al. Quitina e Quitosana: aplicações como biomateriais. Revista Eletrônica de Materiais e Processos, Campina Grande, v. 2, n. 3, p.27-34, dez. 2007. BOBBIO, Paulo A.; BOBBIO, Florinda A. Introdução à química de alimentos. 3 ed. São Paulo: Livraria Varela, 2003. BRIDLE, P.; TIMBERLAKE, C.F. Anthocyanins as natural food colours – selected aspects. Food Chemistry, v.58, n.1-2, p.103-109, 1997. BUTLER, B. L. ; VERGANO, P. J. ; TESTIN, R. F. ;BUNN, J. M. E WILES, J. L. Mechanical and barrier properties of edible chitosan films as affected by composition and storage. Journal of Food Science, Chicago, v.61, n.5, p. 953-955,1996. CHEN, M-C.; YEH, G.H-C.; CHIANG, B-H. Antimicrobial and physicochemical properties of methyl cellulose and chitosan films containing a preservative. Journal of Food Processing and Preservation. Trumbull, v.20, p. 379-390, 1996. DODANE, V.; KHAN, M. A; MERWIN, J.R. Effect of chitosan on epithelial permeability and structure. International Journal of Pharmaceutics, v.182, n.1, p. 21-32, 1999. HARBORNE, J.B.; GRAYER, R.J., The anthocyanins in: The flavonoids: Advances in research since 1980. Chapmam & Hall, London, 1988, p. 1-20.LARANJEIRA, Mauro C. M.; FÁVERE, Valfredo T. de. Quitosana: biopolímero funcional com potencial industrial biomédico. Química Nova, Florianópolis, v. 32, n. 3, p.672-678, abr. 2009. LOPES, Toni Jefferson et al. Antocianinas: Uma breve revisão das características estruturais e da estabilidade. Revista Brasileira de Agrociências, Pelotas, v. 13, n. 03, p.291-297, set. 2007. MADI, L.; MÜLLER, M.; WALLIS, G. Tendências da indústria brasileira de embalagem na virada do milênio, Brasil Pack Trend 2005, p. 68 – Campinas/SP, 1998. MARKAKIS P (1982) Stability of anthocyanins in foods. In: Markakis P (Ed) Anthocyanins in color foods. New York, Academic Press. p. 163-180 MOURAD, A.L.; GARCIA, E.E.C.; VILHENA, A. Avaliação do ciclo de vida: princípios e aplicações. CETEA/CEMPRE – Campinas/SP, 2002. PETER, M. G. Chitin and chitosan from animal sources. In: Biopolymers, Polyssaccharides II: Polissaccarides from Eukaryotes, (A. Steinbüchel series ed.;E.J. Vandamme, S. De Baets and A. Steinbüchel volume eds), v.6, p. 481-574.Weinheim: Wiley-VCH, 2002a. SALINAS, Rolando. Alimentos e nutrição: Introdução à bromatologia. Trad. Fátima Murad. 3. ed. Porto Alegre: Artmed, 2002.

85


SACHS, I. Estratégias de transição para o século XXI-Desenvolvimento e meio ambiental. São Paulo: Studio Nobel –FUNDAP, 1993. Apud Almeida, L.T. Política Ambiental –uma análise econômica. Campinas: Papirus/UNESP, 1998. TAKAHASHI, M. Y. Extratos de urucum. In: - (Coord) Monografia de Corantes Naturais para fins Alimentícios: padrões de identidade e qualidade, p. 22-29. 2. Ed., São Paulo, 1987. VON ELBE J.H. Colorantes. In: FENNEMA, O.W.Química de los alimentos.2ª.ed. Zaragoza: Wisconsin - Madison, 2000. Cap.10, p.782-799. WCED World Comission on Enviromental and Development. Our common future. Oxford: Oxford University, 1987.

Recebido em 03/08/2015 e Aceito em 17/11/2015.

sustentabilidade de embalagens celulósicas: estudo do processo … · ... sua presença ocorre...

Documents