Propriedades mecânicas de filmes de amido de milho e farinha de palma

INTRODUÇÃO 

Os biopolímeros são polímeros feitos a partir de fontes renováveis como resíduos de milho, cana de açúcar entre outros resíduos. Os biopolímeros possuem as mesmas propriedades do plástico comum, celulose, amido, quitina, proteínas, são exemplos de biopolímeros. Os biopolímeros de origem natural têm atraído atenção nos últimos anos devido à sua abundância e propriedades versáteis como não toxicidade, biocompatibilidade, biodegradabilidade, flexibilidade e renovabilidade (BILAL e IQBAL, 2019). 

Os biopolímeros possuem algumas limitações técnicas que tornam difícil sua processabilidade, então devido estas limitações técnicas, blendas, compósitos e nanocompósitos, têm sido estudados no intuito de melhorar as seguintes propriedades: processabilidade, resistência térmica, propriedades mecânicas e propriedades reológicas (BRITO et al., 2011).

O amido, em particular, é um polímero semicristalino de elevado peso molecular, formado por moléculas de glicose unidas entre si por ligações glicosídicas. Tem sido considerado como um dos materiais de biopolímeros mais promissores devido à combinação atrativa de disponibilidade mundial, preço e desempenho (ABDILLAHI et al., 2013). No entanto, por não apresentar boas propriedades mecânicas, os filmes de amido têm sido submetidos a várias modificações estruturais que incluem desde o desenvolvimento de polímeros híbridos (orgânicos-inorgânicos), através do uso de nanocompósitos inorgânicos adicionados a cadeias orgânicas, até o uso de enchimento com fibras naturais (SILVA, 2012; VERSINO & GARCIA, 2014).

Este trabalho tem como objetivos obter e avaliar filmes de amido de milho com farinha de palma forrageira na proporção de 5% e seus efeitos nas propriedades mecânicas de tração e alongamento.

MATERIAL E MÉTODOS 

O presente trabalho foi conduzido no Laboratório de Análise Físico-Química dos Alimentos do Colégio Agrícola Dom Agostinho Ikas (CODAI) da Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE), em Tiúma, Pernambuco.

Materiais

Para preparação dos filmes foram utilizados amido de milho comprado no mercado local de Tiúma-PE. A palma forrageira foi adquirida na cidade de Paudalho/PE.  Foram utilizados também glicerol (marca ISOFAR) como plastificante e água destilada.

Primeiramente, a palma forrageira foi pesada e em seguida foram removidos os espinhos. A palma foi submetida a limpeza com água potável fria proveniente da rede pública, permitindo assim eliminar da superfície sujeiras tais como, terra, detritos ou impurezas de diversas espécies que viessem a prejudicar a qualidade do produto. Posteriormente, a palma forrageira foi submetida ao corte manual a fim de se obter um produto com menor espessura possível disposto em uma única camada na peneira, em seguida a palma forrageira foi encaminhada a secagem com temperaturas de 60 ºC, com tempo de exposição de 7 h. Na sequência, a palma seca foi moída em liquidificador doméstico, e peneirado em uma peneira de 20 mesh de granulometria que corresponde a uma abertura de 0,840 mm a fim de excluir os pedaços de cascas maiores. A farinha da palma (FP) obtida foi acondicionada em potes de vidro e identificada (Figura 1). 

Obtenção dos filmes de amido de milho com farinha de palma (FP)

A solução filmogênica foi preparada pesando e misturando o amido de milho em pó (4%, m/v) e a FP (5%, m/m), a massa foi adicionada a água destilada com ajuda de um agitador mecânico da marca (EVEN), com rotação de 300 RPM por 10 min. Após 5 min de agitação foi adicionado o glicerol (30%, v/m). Posteriormente, a solução foi aquecida em manta aquecedora até a temperatura de gelatinização do amido, 85 ± 1 ºC, sob agitação manual durante 10 minutos. Após gelatinização a solução filmogênica foi espalhada em formas de teflon e silicone e secas em secador com circulação ar a 60ºC por aproximadamente 22h. Após a secagem, os filmes obtidos foram desmoldados, envoltos em papel e acondicionados em caixas plásticas. 

Caracterização dos filmes

Espessura

A avaliação da espessura dos filmes foi realizada utilizando-se um paquímetro digital e os resultados foram expressos em milímetros (mm). 

Gramatura 

A gramatura foi determinada através da pesagem de uma área definida do filme (3cm x 8cm) em balança analítica, utilizando-se a equação 1: 

(Equação 1)          G = p/A                              

sendo G = gramatura (g/m²); p = peso do filme (g) e A = área do filme (m²).

Propriedades Mecânicas

As propriedades mecânicas (Figura 2) (resistência à tração e elongação na ruptura) dos filmes foram verificadas em texturômetro (modelo TA.XT, Stable Micro Systems), empregando-se metodologia (ASTM D-882-02, 2002). As medidas foram conduzidas em temperatura ambiente (25°C). A separação inicial das garras e a velocidade do probe foram de 25mm e 1mm.s^-1, respectivamente. As amostras foram cortadas em tiras de 80mm de comprimento e 30mm de largura. A resistência à tração (RT) e a porcentagem de elongação (E) serão calculadas pelas Equações 2 e 3, respectivamente. 

(Equação 2) RT = Fm / A

em que: RT: resistência à tração (MPa); Fm: força máxima no momento da ruptura do filme (N); A: área da secção transversal do filme (m²).

(Equação 3) E(%) = [(dr-d_inicial) / d_inicial)]  x100

em que: E: elongação (%); dr: distância no momento da ruptura (cm), que corresponde à diferença entre a distância de separação no momento da ruptura e a distância inicial (25mm); dinicial: distância entre as garras (25mm).

Análise dos dados

Os resultados foram submetidos à análise de variância (ANOVA) e as médias comparadas pelo Teste-t ao nível de 95% de confiança.

RESULTADOS E DISCUSSÃO 

Os filmes produzidos podem ser vistos na Figura 3. Os filmes adicionados de 5% de FP apresentaram semelhanças ao filme controle quando analisados visualmente, apresentando aparência translúcida, característica do amido de milho, sem rachaduras e espessuras diferentes ao longo do filme devido a um leve desnível na distribuição do filme pelo molde. O filme com 5% de FP apresentou alguns grânulos na superfície dos filmes, devido a não solubilização completa da farinha de palma e uma coloração levemente amarelada. Ambos os filmes apresentaram boa flexibilidade após a formação. Não houve formação de bolhas após a formação dos filmes. Conforme pode ser visto na figura 3 os filmes enrolaram, fato esse que não ocorrei com os filmes controle.

Foram observadas diferenças significativas (p ≤ 0,05) apenas nos valores da espessura entre os filmes, confirmada pelo Teste-t (Tabela 1). 

Os filmes com 5% de FP apresentaram menor peso, espessura e gramatura, isso pode ser explicado devido a não uniformidade de massa colocada nos moldes e ao desnível dos suportes durante a secagem fazendo com que algumas partes do filme fiquem mais concentrada e outras mais finas. 

De acordo com Mali et al. (2004), a espessura influencia largamente as propriedades mecânicas, principalmente    a    força    na    perfuração    e    a permeabilidade ao vapor d’água de filmes hidrofílicos.  

A gramatura de filmes, definidos como o peso de uma determinada área do material, está diretamente relacionada à resistência mecânica e de barreira dos filmes, sendo que maiores gramaturas oferecem maiores resistências mecânicas (SARANTÓPOULOS et. al., 2002). A resistência mecânica é desejável em filmes, quando utilizado como embalagens em alimentos sensíveis a manipulação, podendo reduzir esses efeitos (ALMEIDA, 2013).

HENRIQUE, CEREDA E SARMENTO (2008) encontraram variações de gramatura de 200 a 500 g.m^-² para diferentes filmes de amidos modificados. Ainda segundo os autores o PVC comercial apresenta gramatura de (40,95 ± 0,07).

As propriedades mecânicas dos biofilmes foram avaliadas quanto à sua tensão a ruptura e alongamento. Os dados obtidos estão apresentados na Tabela 2.

O ensaio de resistência à tração, pelo teste-T, mostrou que as amostras apresentaram diferenças estatisticamente significativas para a tensão na ruptura e no alongamento. 

Os filmes com 5% de FP apresentaram uma menor resistência a tração quando comparados com o controle sendo necessário uma aplicação média de força menor para o rompimento dos filmes. Isso pode ser explicado devido à baixa espessura e gramatura desses filmes. O filme controle apresentou baixa taxa de alongamento comparado ao filme com 5% de FP. A força média utilizada para romper os filmes em kg foi de 2,533 e 18,307, para o FP5% e controle, respectivamente. 

A curva típica de tensão vs. deformação obtida durante os ensaios mecânicos para as formulações contendo amido de milho e FP 5%, é apresentada na Figura 4.

A incorporação da farinha de palma, de uma maneira geral, reduziu os valores da tensão de tração na ruptura. Uma justificativa para a perda da propriedade mecânica é, provavelmente, pela pouca miscibilidade do amido com a farinha de palma.

Rosa et al. (2001) encontrou valores maiores de tensão na ruptura e menores de alongamento na ruptura para polímeros de PCL incorporados com 50% de amido, PHB com 25% de amido, PHBV com 25% de amido e PHBV com 50% de amido, onde a incorporação do amido, de uma maneira geral, reduziu os valores da tensão de tração na ruptura. 

Silva et al. (2019) estudando filmes de fécula de mandioca incorporados com cafeína irradiada assumiram valores entre 3,792 a 4,805% para o alongamento e 0,787 a 1,479MPa de tensão de ruptura.

CONCLUSÕES 

A produção de filmes formados por blenda de amido de milho, glicerol e 5% de farinha de palma forrageira pode ser feita pela técnica de casting, configurando uma matriz coesa, porém com grânulos pela presença de partes não solúveis da farinha. 

Na incorporação da farinha de palma forrageira ao amido puro ocorreu mudança nas propriedades dos filmes ocasionando uma maior redução na sua propriedade mecânica.

A incorporação 5% de FP permitiu a obtenção de um filme flexível, porém de baixa tensão na rutura, que faz com que o filme seja menos resistente, sendo necessário mais estudos para melhorar sua resistência a tração.

REFERÊNCIAS

1. Abdillahi, H., Chabrat, E., Rouilly, a., Rigal, L. Influence of citric acid on thermoplastic wheat flour/poly(lactic acid) blends ii. Barrier properties and water vapor sorption isotherms. Industrial crops and products. 2013;50;104–111.
2. Bilal, M., Iqbal, H. M. N. Naturally-derived biopolymers: potential platforms for enzyme immobilization. International journal of biological macromolecules. 2019;130;462-482.
3. Brito, G. F., Agrawal, P., Araújo, E. M.; Mélo, T. J. A. Biopolímeros, polímeros biodegradáveis e polímeros verdes. Remap. 2011;6;127-139.
4. Henrique, C. M., Cereda, M. P., Sarmento, S. B. S. Características físicas de filmes biodegradáveis produzidos a partir de amidos modificados de mandioca. Ciênc. Tecnol. Aliment., Campinas. 2008; 28(1); 231-240.
5. Sarantópoulos, C. G. L., Oliveira, L. M., Padula, M., Coltro, L., Alves, R. M. V.
   & Garcia, E. E. C. – “Embalagens Plásticas Flexíveis: principais polímeros e avaliação de propriedades”, CETEA/ ITAL, Campinas, 2002.
6. Silva, I. R. Desenvolvimento e caracterização de filmes nanoestruturados de metilcelulose reforçados com montmorilonita e nanotubos de carbono, Dissertação de Mestrado, UFSC, 2012.
7. Silva, M. C. S., Lima, P, K, D., Silveira, M, F, A., Arthur, V., Souza, A, R, M. Avaliação das propriedades físico-químicas e mecânicas de filmes de fécula de Mandioca incorporado com cafeína Irradiada. Revista Desafios. 2019; 6.
8. Versino, F., Garcia, M. A. Cassava (manihot esculenta) starch films reinforced with natural fibrous filler. Industrial crops and products. 2014;58;305-314.