PREPARAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE BIONANOCOMPÓSITOS DE QUITOSANA/CELULOSE NANOFIBRILADA COM A INCORPORAÇÃO DE ÓLOE ESSENCIAL DE GENGIBRE (ZINGIBER OFFICINALE L.)

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Materiais

Autores

Abras, C.M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS - UFLA) ; Miranda, M.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS - UFLA) ; Carvalho, J.A. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS - UFLA) ; Bianchi, M.L. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS - UFLA)

Resumo

Os bionanocompósitos são obtidos de fontes renováveis. Neste trabalho foram produzidos filmes bionanocompósitos compostos por quitosana (Q), celulose nanofibrilada (NF) e óleo essencial de gengibre (OEG) que acrescenta propriedades importantes, para a produção filmes. A partir destes foram investigadas as caracterizações dos filmes e dos materiais que os constituem pelas técnicas de TG e FTIR. A contribuição dos constituintes foram observadas por meios das análises. A transparência e a homogeneidade estão presentes nos compósitos e são características essenciais para as que os filmes possam atuar como revestimentos de alimentos. Assim, pode-se observar que a Q, NF e OEG podem atuar como matérias primas relevantes para a produção dos filmes promissores, com potencial a serem estudados.

Palavras chaves

FILMES COMPÓSITOS; MATRIZ POLIMÉRICA ; MATERIAL DE REFORÇO

Introdução

A nanotecnologia têm sido um dos campos promissores para desenvolvimento de materiais e produtos inovadores com características únicas visando aplicações industriais e impacto ambiental reduzido (TOLEDO; SOARES, p.342, 2016). Os bionanocompósitos, constituem-se de matriz polimérica e material de reforço que podem ser, por exemplo, a quitosana (Q) e a celulose nanofibrilada (NF). São obtidos a partir de recursos renováveis, potencialmente comestíveis e biodegradáveis (PEREIRA et al., p.1211 , 2014) motivando o interesse de pesquisadores devido aos diversos materiais e aplicações tecnológicas possíveis afim de minimizar a utilização dos polímeros derivados do petróleo. A Q é investigada por suas propriedades como biocompatibilidade, atividade antimicrobiana, biodegradabilidade e capacidade de formação de filme (PEREDA et al, p.1018, 2014). Mas, algumas dessas não são suficientemente adequadas, para competir com polímeros convencionais, necessitando adição de reforço sendo, a NF, uma alternativa viável para ajustamento das propriedades mecânicas, ópticas, dentre outras (LEE et al, p.19, 2014), formando assim os bionanocompósito. Mas, para a produção de um filme de boa qualidade, pode haver a necessidade da mistura de polímeros e/ou incorporação de óleos essenciais, com o intuito de garantir que as propriedades do produto sejam mantidas e melhoradas (TOLEDO; SORARES, p.344, 2016).O óleo essencial de gengibre (OEG) vem sendo investigado devido às atividades, antimicrobiana e antioxidante (FERNANDES et al, p.134, 2016) tornando-se uma alternativa potencialmente viável para aplicações na industrial alimentícia, farmacêutica e medicinal. Neste estudo foram preparados bionanocompósitos, de Q/NF e incorporado OEG, por Casting e foram caracterizados por TG e FTIR.

Material e métodos

Materiais: as matérias-primas utilizadas neste estudo foram Celulose nanofibrilada, Quitosana Polymar e Óleo essencial de gengibre Zingiber officinale L. da Ferquima da cidade de Vargem Grande Paulista, Brasil. Obtenção dos filmes : a suspensão NF foi obtida por fibrilação mecânica da polpa celulósica de Eucalipto, na concentração de 1%, em um moinho Grinder modelo Supermasscolloider Masuko Sangyo (MKCA6-3) de acordo com a metodologia de Nakagaito e Yano (2005, p.155). A solução de Q foi preparada segundo Dias e colaboradores (2014, p.324), metodologia adaptada, na concentração de 2% m/v. A remoção da quitosana não solubilizada foi realizada por filtração à vácuo. Os compósitos C10 (solução de quitosana reforçado com 10% da suspenção de celulose nanofibrilada) e C10OEG (mesma composição de C10 com adição de 1% do Óleo) foram preparados por método Casting. As porcentagens adotadas são em relação à massa seca de quitosana. Caracterização dos filmes: a análise termogravimétrica foi realizado em um equipamento Shimadzu DTG-60AH/DTA-TG Apparatus, metodologia adaptada por Tonoli e colaboradores. (2012, p.82).As análises de Espectroscopia na região do infravermelho por transformada de Fourrier-FTIR foram obtidas por ATR em um equipamento da Varian 600IR Series segundo Khan e colaboradores (2012, p.1602), metodologia adaptada.

Resultado e discussão

A estabilidade térmica foi investigada por TG apresentado na figura 1a. A curva NF apresenta início de degradação em 250°C e máxima em 369°C. Em Q ocorre degradação inicial em 160°C e máxima em 315°C podendo observar uma perda inicial entre 100°C e 122°C que, segundo Shenz (2015, p.293), relaciona-se à perda de água residual e ácido acético. Em OEG ocorre uma degradação rápida e acentuada anterior a 180°C. As curvas C10 e C10OEG apresentam perfis diferentes dos precursores, porém, semelhantes entre si. Ocorre uma perda de massa correspondente a água residual seguido de um evento indicativo de fração de baixo peso molecular ou água estruturalmente ligada à rede dos filmes, em torno de 150 °C. Um terceiro evento corresponde à degradação das macromoléculas da NF e de Q entorno de 250°C. Em especial, observa-se que em C10OEG entorno de 60°C, tem-se a degradação do OEG da amostra. Na Figura 1b a FTIR foi aplicada para mostrar as características de Q, NF e OEG nos compósitos. Picos típicos da Q em 1750-1300cm-1 são correspondentes a C=O de amidas sobrepostas não evidenciados na NF e no OEG (BARBOSA, p.113, 2013). Características dos componentes são observadas nos espectros em C10 e C10OEG. As bandas largas na região 3500-3000cm-1 confirmam a contribuição da Q e da NF assim como bandas de CO. O compósito C10OEG possui OEG em pequena quantidade, apesar disso, atribui atividade antioxidante e antimicrobiana (FERNANDES, p.134, 2016) ao compósito. Dessa forma, não são observadas bandas características no espectro. A transparência e a homogeneidade estão presentes nos compósitos (Figura 2) e são relevantes para atuar como revestimentos, pois certos alimentos permitem embalagens transparentes para melhor visualização, não prejudicando o produto revestido (Dias et al. p.328, 2014).

Curva de TG (a) e Espectro de infravermelho FITR- ATR (b) dos filmes compósitos (C10 e C10OEG), filme (NF e Q) e OEG.


Transparência e homogeneidade do filme compósito C10OEG.

Conclusões

Com este estudo podemos observar que a Q e a NF podem atuar como matriz e reforço respectivamente, produzindo filmes bionanocompósitos promissores, com potencial a serem estudados. A contribuição dos biopolímeros Q e NF foram confirmadas nas análises investigadas. No entanto, a incorporação do OEG agrega propriedades importantes ao bionanocompósito, como citados em literatura mas, são evidenciados apenas na TG devido à baixa concentração. Muitos estudos deverão ser feitos, por exemplo, testes mecânicos, de biodegrabilidade, dentre outros, tendo ainda, muito há a ser investigado.

Agradecimentos

Os autores agradecem à Universidade Federal de Lavras (UFLA), ao CAPQ-UFLA, à CAPES, ao CNPq e à FAPEMIG.

Referências

BARBOSA, L. C. A. Espectroscopia no Infravermelho na caracterização de compostos orgânicos. 3°. ed. Viçosa, MG: UFV, 2013, 189 p. ISBN 9788572692809.
DIAS, M. V. AZEVEDO, V.M.; BORGES, S.V.; SOARES, N.D.F.F.; FERNANDES, R.V.B.; MARQUES, J.J.; MEDEIROS, E.A.A. Development of chitosan/montmorillonite nanocomposites with encapsulated α-tocopherol. Food Chemistry, v.165, 323-329, 2014.
FERNANDES, R.V.B.; BOTREL, D.A.; SILVA, E.K.; BORGES, S.V.; OLIVEIRA, C.R.; YOSHIDA, M.I.; FEITOSA, J.P.A.; PAULA, R.C.M. Cashew gum and inulin: New alternative for ginger essential oil microencapsulation. Carbohydrate polymers, v. 153, 133-142, 2016.
KHAN, A.; KHAN, R.A.; SALMIERI, S.; TIENA, C.L.; RIEDL, B.; BOUCHARD, J.; CHAUVE, G.; TAN, V.; KAMAL, M.R.; LACROIX, M. Mechanical and barrier properties of nanocrystalline cellulose reinforced chitosan based nanocomposite films. Carbohydrate Polymers, v. 90, n. 4, 1601–1608, 2012. Disponível em: <http://dx.doi.org/10.1016/j.carbpol.2012.07.037>.
LEE, K. Y., AITOMÄKI, Y., BERGLUND, L. A., OKSMAN, K., & BISMARCK, A. On the use of nanocellulose as reinforcement in polymer matrix composites. Composites Science and Technology, v. 105, 15-27, 2014.
NAKAGAITO, A. N.; YANO, H. Novel high-strength biocomposites based on microfibrillated cellulose having nano-order-unit web-like network structure. Applied Physics A: Materials Science and Processing, v. 80, n. 1, 155–159, 2005.
PEREDA, M.; DUFRESNE A.; ARANGUREN M.I.; MARCOVICH, N.E. Polyelectrolyte films based on chitosan/olive oil and reinforced with cellulose nanocrystals. Carbohydrate Polymers, v. 101, 1018-1026, 2014.
PEREIRA, F.V.; PAULA, E.L.; MESQUITA, J.P.; LUCAS, A.A.; MANO, V. Bionanocompósitos preparados por incorporação de nanocristais de celulose em polímeros biodegradáveis por meio de evaporação de solvente, automontagem ou eletrofiação. Química Nova, v. 37, n. 7, 1209-1219, 2014.
SHEN, Z.; KAMDEM, D.P. Development and characterization of biodegradable chitosan films containing two essential oils. International journal of biological macromolecules, v. 74, 289-296, 2015.
TOLEDO, A.M.N; SOARES, L.N.S. Bionanopartículas: principais aspectos e aplicações da matéria orgânica em escala nanométrica. Holos, v. 1, 340-349, 2016.
TONOLI, G. H. D.; TEIXEIRA, E.M.; CORRÊA, A.C.; MARCONCINI, J.M.; CAIXETA, L.A.; SILVA, M.A.P.; MATTOSO, L.H.C. Cellulose micro/nanofibres from Eucalyptus kraft pulp: Preparation and properties. Carbohydrate Polymers, v. 89, n. 1, 80–88, 2012. Disponível em: <http://dx.doi.org/10.1016/j.carbpol.2012.02.052>.