Autores
de Souza Carvalho, L.J. (UFERSA) ; Alves de Holanda, N.N. (UFERSA) ; de Lima Leite, R.H. (UFERSA) ; Mendes Aroucha, E.M. (UFERSA) ; Gomes dos Santos, F.K. (UFERSA) ; Gomes de Menezes, F.L. (UFERSA)
Resumo
Ceras são materiais frequentemente adicionados a biopolímeros hidrofílicos para
aumentar sua hidrofobicidade e a adição de surfactantes – como o tween 80 – pode
ser necessária para facilitar a mistura. No entanto, aditivos como ceras e
surfactantes podem alterar as propriedades ópticas de filmes de biopolímeros.
Neste estudo foi feito o preparo de filmes mistos de ágar, glicerol, cera de
abelha e tween 80 com diferentes teores de cera e tween 80, em seguida foi
realizada a determinação da espessura, parâmetros de cor – L, a* e b*, variação
total de cor e opacidade dos mesmos. Utilizou-se um planejamento central composto
e através de uma análise de regressão determinou-se que o aumento dos teores de
cera e de tween leva a filmes mais amarelados e opacos.
Palavras chaves
Ágar-ágar; Biopolímeros ; Hidrocoloides
Introdução
Devido a sua longevidade e resistência à degradação, os plásticos se acumulam e
se fragmentam, causando danos graves ao meio ambiente. Como a grande maioria dos
monômeros usados para fazer plásticos são derivados de fontes não renováveis,
como o petróleo, e poucos dentre os plásticos comumente usados são
biodegradáveis, a contaminação quase permanente do ambiente natural com detritos
de plástico tem se tornado uma preocupação crescente (GEYER et al., 2017).
Dentre os potenciais prejuízos que os detritos plásticos podem causar está a
contaminação de habitats terrestres e marinhos (GEYER et al., 2017; BARNES et
al., 2009). Foi identificado que eles transportam poluentes orgânicos
persistentes (POPs), espécies não-nativas para novos locais e distribuem algas
associadas às marés vermelhas (BARNES et al., 2009). Por conta disso, surgiu a
necessidade do uso de materiais alternativos que fossem biodegradáveis e de
fontes renováveis, para substituir os plásticos convencionais, com isso os
chamados bioplásticos se apresentam como uma alternativa potencialmente
vantajosa aos plásticos convencionais.
Os bioplásticos são plásticos de fonte biológica (biobased), biodegradáveis ou
ambos, que têm propriedades iguais ou semelhantes aos plásticos convencionais,
mas oferecem benefícios adicionais, como redução da pegada de carbono, melhores
funcionalidades ou opções adicionais de gerenciamento de resíduos, como a
reciclagem orgânica (DORA et al., 2020). Dentre as matérias-primas que podem ser
utilizadas para obter bioplásticos temos o ágar-ágar (ou ágar, simplesmente),
que é um polissacarídeo extraído de espécies de algas marinhas. O ágar vem sendo
proposto por alguns autores como um biopolímero capaz de produzir bioplásticos
(DORA et al., 2020; MOSTAFAVI & ZAEIM, 2020; BARANWAL et al., 2022; LEE et al.,
2017; ZHANG et al., 2022) e com grande potencial para substituir as tradicionais
embalagens plásticas oriundas do petróleo (BARANWAL et al., 2022).
O ágar-ágar é um polissacarídeo hidrofílico, quimicamente inerte e não tóxico
extraído das famílias Gelidiaceae e Gracilariaceae de algas marinhas e composto
principalmente de unidades repetidas alternadas de d-galactose e 3,6-anidro-β-
galactopiranose (DAVIDOVIĆ et al.,2019). Os ágares possuem diversas aplicações,
dentre elas, como ficocolóides em alimentos, indústrias farmacêuticas,
cosméticas, médicas e de biotecnologia (MOSTAFAVI & ZAEIM, 2020; LEE et al.,
2017; WANG et al., 2022). As algas Gracilaria sp. (80%) e Gelidium sp. (20%) são
as maiores fontes de ágar industrial (BIXLER & PORSE, 2011).
Em comparação com materiais de embalagem à base de plástico convencional, o
filme de ágar puro é relativamente quebradiço, tem baixa elasticidade, baixa
estabilidade térmica, alta sensibilidade à água e alta permeabilidade ao vapor
d’água – PVA - (MOSTAFAVI & ZAEIM, 2020). Todas essas desvantagens limitam a
aplicação de filmes de ágar puro (NIETO, 2009; JANG et al., 2010). Para superar
essas limitações, uma das técnicas mais comuns é a combinação do ágar com outras
substâncias, como biopolímeros, plastificantes, nanopartículas, agentes
antimicrobianos e materiais hidrofóbicos como as ceras. Nesse contexto, a cera
de abelha vem sendo utilizada (PÉREZ-VERGARA et al., 2020; OLIVEIRA et al.,
2018) na composição de filmes bioplásticos, porém, a incorporação de um material
hidrofóbico a um material hidrofílico é dificultada por sua incompatibilidade.
Tal incorporação pode ser melhorada pela adição de surfactantes. O tween-80,
como surfactante e emulsificante não iônico de baixo custo e ecologicamente
correto, é comumente utilizado nas indústrias alimentícia e cosmética (ZHANG et
al., 2022; PRAH & YUN, 2018; LIEU & DANG, 2021; ZHANG et al., 2022), entretanto,
quando a cera e/ou o surfactante são adicionados aos biopolímeros contendo
material hidrofóbico, eles podem alterar as propriedades ópticas do material
final (HASHIM et al., 2022).
As propriedades ópticas são importantes devido ao impacto na escolha dos
consumidores em relação aos produtos que são revestidos com esses bioplásticos,
uma vez que o consumidor deseja ver o produto que está comprando. A adição
desses compostos pode, por exemplo, aumentar a opacidade dos mesmos, alterar a
cor ou tornar os filmes mais transparentes (MENEZES et al., 2021). Nessa
perspectiva, o presente estudo buscou determinar a influência das adições de
cera de abelha e de tween 80, em diferentes concentrações, nas propriedades
ópticas de filmes de ágar.
Material e métodos
Materiais utilizados - Os materiais usados nesse estudo foram os seguintes:
ágar-ágar (granulometria: Mesh 80, ponto de gelificação: 32-39°C, ponto de
fusão: 85-95°C, Agargel Indústria e Comércio Ltda. – Brasil), água destilada,
glicerol (Dosagem: mín. 99,5%, Cor (APHA): máx. 10, Vetec Química Fina Ltda. –
Brasil), tween 80 (número de hidroxilas: 65-80, densidade (d 20°C/4°C): 1060-
1090, Vetec Química Fina Ltda. – Brasil), a cera de abelha foi fornecida por
apicultores locais da cidade de Mossoró, Rio Grande do Norte – Brasil.
Preparo dos filmes - As concentrações de cera de abelha e do tween 80 nas
misturas filmogênicas foram estabelecidas seguindo o planejamento experimental
adotado. A concentração do plastificante (glicerol) foi fixada em 10% do teor de
matéria seca (3%). Foi utilizado o método de casting para produzir os filmes. O
béquer com a mistura água-ágar-glicerol foi colocado diretamente sobre um
agitador magnético com aquecimento (Lucadema – Brasil) até atingir 95°C, ficando
em agitação (200 rpm) por 15 minutos. Em seguida misturou-se o ágar com a cera e
o tween 80 e a mistura foi retirada, depositada em uma placa de acrílico (15 cm
× 15 cm) e seca a 45°C em estufa.
Caracterização dos filmes - A cor dos filmes foi medida por um colorímetro
portátil (CR-10, Konica Minolta Sensing, Inc. – Japão). Foram realizadas cinco
medidas em cada filme e calculada a média dessas medidas. A variação total da
cor (ΔE) do filme foi calculada da seguinte maneira: ∆E= √((∆L*)^2+〖(∆a*)〗^2+
〖(∆b*)〗^2 ) .Onde ΔL*, Δa* e Δb* representam a diferença entre o padrão
branco e o filme. Para a determinação da opacidade dos filmes foram cortadas
três tiras (1 cm × 4 cm) de cada filme e colocadas no espectrofotômetro
UV/Visível (UV-340G, Gehaka – Brasil). Logo após, foi realizado um escaneamento
da absorbância na faixa de 200 - 750 nm, utilizando o ar como branco. A
opacidade (mm-1) das amostras dos filmes foi calculada de acordo com a Equação:
Opacidade= A_600/ε . Onde, A600 é o valor da absorbância a 600 nm e ε é o valor
da espessura das amostras do filme (mm). A espessura de três amostras de
cada um dos filmes foi medida usando um micrômetro digital (APB-2D, Mitutoyo
Corporation – Japão) em 15 posições diferentes e foi calculada a média desses
valores.
Análise estatística - O estabelecimento das composições dos filmes para o
presente estudo foi realizado segundo um planejamento central composto com dois
fatores (X1 = % cera de abelha e X2 = % tween 80) e as propriedades ópticas dos
filmes como variáveis de resposta (Yi). Os resultados experimentais para a
solubilidade dos filmes de ágar produzidos foram ajustados a um modelo empírico
polinomial quadrático do tipo: Y = b0 + b1X1 + b2X2 + b11X12 + b22X22 + b12X1X2,
onde bij são os coeficientes do modelo. A análise de regressão e as superfícies
de resposta foram realizadas com auxílio do programa Statística 13.2 (TIBCO
Inc., USA), apenas para os modelos significativos, neste caso para a opacidade.
Resultado e discussão
A Tabela 1 mostra as composições em relação aos percentuais de cera e tween 80 e
os valores das coordenadas de cor (a*, b* e L*), da espessura, da variação total
de cor (ΔE) e da opacidade dos filmes obtidos experimentalmente durante o
estudo.
O a*, parâmetro que representa a coordenada vermelho (positivo)/verde
(negativo), variou de +7,1 a +7,7, ou seja, não houve uma grande variação neste
eixo, a variação de cor de a* quase não se alterou em comparação com o controle.
No b*, que representa a coordenada amarelo (positivo)/azul (negativo), ocorreu a
maior variação de valor – 10,6 a 18,1 – em relação ao controle, pela Tabela 1
percebemos que os filmes com menores quantidades de cera têm um valor de b* mais
baixo e os com maiores quantidades de cera, têm o valor de b* mais alto, isso
significa que a quantidade de cera influencia diretamente o filme ficar mais
amarelado ou não. O L*, que representa a luminosidade, teve uma pequena variação
– 77,8 a 80,2 – o que indica uma baixa interferência da cera neste parâmetro de
cor. Também a variação total de cor ΔE sofreu pequenas alterações – entre 4,2 e
10,9. Comportamentos similares em L e ΔE foram observados em estudos de filmes
de ágar incorporados com natamicina (WANG et al., 2022) e carboximetilcelulose
(ABDOLLAHI, M. et al., 2019).
A espessura dos filmes variou de 36,9 a 107,2 µm, essa variação é decorrente de
fatores experimentais como eventuais desnivelamento das superfícies utilizadas
para sustentação dos moldes, mas também de variações na densidade dos filmes em
função da composição variável dos mesmos.
A Figura 1 mostra o espectro de absorção UV/Vis numa faixa de comprimento de
onda de 200 a 750 nm, para os filmes 5 (25% CA / 1% T), 6 (50% CA / 5,5% T), 7
(25% CA / 10% T), 8 (0% CA / 5,5% T) e controle (0% CA / 0% T). CA e T referem-
se a cera de abelha e tween 80, respectivamente.
Analisando-se os espectros mostrados na Figura 1 percebe-se que existem bandas
de absorção na região do ultravioleta. As bandas de absorção representam a
absorção da luz pelas moléculas que estão presentes nos filmes.
A Figura 2 mostra fotos dos filmes distribuídas de acordo com o planejamento
central composto. Para uma melhor ilustração de como eles se comportam as fotos
foram realizadas sobre padrões brancos e pretos. Percebe-se que o principal
fator que afeta a opacidade dos filmes é a concentração de cera de abelha, já
que a Figura 3 mostrou que quanto maior a quantidade de cera de abelha, mais
opaco é o filme – com confirmação visual através da Figura 2.
A Figura 3 apresenta um gráfico com a superfície de resposta para a opacidade
dos filmes como função das concentrações de cera de abelha e tween 80. Quanto à
banda situada na região de 265 nm a 295 nm, todos os filmes possuem a existência
dessa banda e percebemos que provavelmente tal banda é proveniente do ágar ou do
glicerol. Foi visto também que com os valores mínimo e máximo de tween, o valor
da absorbância da primeira banda é maior no filme 7 (25% CA / 10% T) do que no 5
(25% CA / 1% T), já na segunda banda, a absorbância do filme 5 é maior do que no
filme 7.
Em 600nm, comprimento de onda utilizado para a determinação da opacidade dos
filmes, vemos que apesar da variação entre os valores de mínimo e máximo de
concentração de tween empregados neste estudo (1 a 10%), o percentual de tween
praticamente não altera o espalhamento de luz. Visualmente, isso foi demonstrado
na Figura 2, já que o resultado visual dos filmes havia sido quase o mesmo.
A Figura 3 mostra que a opacidade é potencializada tanto pelo aumento da
concentração de cera quando também se aumenta a concentração de tween 80.
Conclusões
Os filmes à base de ágar com glicerol, cera de abelha e tween 80 foram
desenvolvidos com sucesso de acordo com o planejamento composto central proposto.
Vimos que a adição de cera e de tween 80 influencia diretamente no aumento da cor
amarela dos filmes. A luminosidade tem uma variação baixa devido a adição da cera
e do surfactante. Teve-se também a confirmação que a opacidade sofre influência
direta da cera e do tween, porque quanto mais de ambos materiais é adicionado ao
filme, mais opaco ele se torna. Pode-se concluir que a utilização de um tensoativo
que não afete a cor dos filmes pode ser necessária. A adição de cera de abelha aos
filmes de ágar pode comprometer sua utilização em embalagens onde se deseja que os
produtos embalados fiquem visíveis ao consumidor.
Agradecimentos
Agradecemos à Universidade Federal Rural do Semi-Árido campus Mossoró/RN por
fornecer os meios materiais para a execução do presente trabalho.
Referências
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