Propriedades de espumas à base de amido de mandioca com incorporação de engaço de uva

Abstract

O amido é um polímero renovável e biodegradável que vem sendo foco de diversas pesquisas cuja proposta é o desenvolvimento de estruturas capazes de substituir materiais produzidos a partir de polímeros sintéticos, em especial embalagens de uso único como o poliestireno expandido (EPS), de modo a reduzir os problemas ambientais causados pelo descarte inapropriado de resíduos plásticos. Entretanto, a elevada hidrofilicidade e fragilidade do amido limitam sua aplicabilidade. A adição de plastificantes e materiais ricos em fibras lignocelulósicas, como o engaço de uva, resíduo obtido a partir do processamento da fruta, são abordagens por vezes aplicadas para reverter estes problemas. Portanto, o objetivo deste trabalho foi desenvolver e caracterizar espumas à base de amido de mandioca incorporadas com engaço de uva obtidas através de expansão térmica, segundo um planejamento experimental do tipo composto central. O foco do planejamento experimental foi avaliar o efeito dos fatores de controle (concentrações de glicerol e de engaço de uva e granulometria do resíduo) nas variáveis de resposta (tensão de ruptura, elongação, módulo de elasticidade na flexão, ângulo de contato, densidade e capacidade de absorção de água (CAA)). Os resultados mostraram que a adição de engaço de uva resultou em espumas com menores espessuras, enquanto espumas com maiores teores de glicerol apresentaram os maiores teores de umidade. Espumas com maior resistência mecânica e rigidez e menor flexibilidade foram obtidas através de formulações com baixas porcentagens de glicerol e engaço de uva. Após a análise parcial dos resultados, a função desejabilidade do software Statistica® foi aplicada para a obtenção de uma formulação otimizada. A partir desta formulação, com 13,6 % m/m de glicerol e 18,4 % m/m de engaço de uva na menor granulometria (Ø < 0,18 mm), foram obtidas espumas resistentes e rígidas, com tensão de ruptura de 2,48 MPa e módulo de elasticidade de 150 MPa, mas baixa elongação (1,58 %). Foi possível observar diminuição da hidrofilicidade das espumas, uma vez que foram obtidos ângulo de contato de 107° e 82 % de CAA. As espumas obtidas na condição otimizada foram completamente degradadas após 7 semanas, e apresentaram densidade igual a 0,18 g cm-3. Os testes de aplicação no armazenamento de alimentos mostraram que estas estruturas não são apropriadas para o acondicionamento de alimentos de elevada umidade como brócolis, pois foi possível observar elevada absorção de umidade, além de crescimento de micro-organismos e deformações nas embalagens. Por outro lado, as amostras apresentaram bom desempenho no armazenamento de bolo, uma vez que as espumas testadas apresentaram maior resistência e rigidez, medidas através da tensão de ruptura e módulo de elasticidade, em comparação ao EPS após os 9 dias de análise. A elongação de todas as embalagens não apresentou diferença significativa após 3 dias de análise. Os resultados indicam que estruturas desenvolvidas a partir da combinação de amido de mandioca com engaço de uva apresentam propriedades com potencial para aplicação como embalagem de alimentos de baixo teor de umidade.

Starch is a renewable and biodegradable polymer that has been the focus of several researches whose proposal is the development of structures capable of replacing materials produced from synthetic polymers, in particular single use containers such as expanded polystyrene (EPS), in order to reduce environmental problems caused by the inappropriate disposal of plastic waste. However, the high hydrophilicity and brittleness of pure starch limit its applicability. The addition of plasticizers and materials rich in lignocellulosic fibers, such as grape stalks, a residue obtained from the fruit processing, are some approaches applied to avoid these problems. Therefore, the main objective of this work was to develop and characterize cassava starch-based foams incorporated with grape stalks, according to a central composite experimental design. The focus of the experimental design was to evaluate the effect of control factors (glycerol and grape stalks concentrations and granulometry of the residue) on the response variables (stress and strain at break, modulus of elasticity, contact angle, bulk density and water absorption capacity (WAC)). The results showed that the addition of grape stalks resulted in thicker foams, while foams with higher glycerol contents had the highest moisture content. Foams with higher mechanical strength and rigidity and lower flexibility were obtained through formulations with low percentages of glycerol and grape stalks. After the partial analysis of the results, the desirability function of Statistica® software was applied in order to obtain an optimized formulation. From this formulation, with 13,6 wt% glycerol and 18,4 wt% grape stalks in the smallest particle size (Ø < 0,18 mm), resistant and rigid foams were obtained, with 2,48 MPa stress at break and 150 MPa modulus of elasticity, but low elongation (1,58 %). It was possible to observe a decrease in foams hydrophilicity, since a contact angle equal to 107° and 82% of WAC were obtained. Optimized foams, completely degraded after 7 weeks, showed 0,18 g cm-3 of bulk density. Applicability tests of starch-based foams showed that these structures are not suitable for packing high moisture foods such as broccoli, once it was possible to observe high moisture absorption, microorganism growth and deformation of packages. On the other hand, samples showed good performance in cake storage, since foams presented greater strength and rigidity, measured through stress at break and modulus of elasticity, compared to EPS after 9 days of analysis. The strain at break of all packages did not present significant difference after 3 days. The results indicate that structures developed from the combination of cassava starch with grape stalks present properties with potential for application as packaging of low moisture content foods.