Estratégias de modificação no desenvolvimento de filmes biodegradáveis a base de proteína isolada de soja

Abstract

O impacto ambiental causado pela alta demanda de embalagens provenientes de polímeros sintéticos não biodegradáveis é um grave problema que tem demandado atenção de toda a comunidade científica. Desta forma, polímeros derivados de recursos naturais biodegradáveis tem atraído grande atenção nos últimos anos, sendo considerados potenciais substitutos aos polímeros usados atualmente. A proteína isolada de soja (PIS), subproduto da indústria de óleos vegetais, tem sido considerada uma forte candidata para a produção de embalagens biodegradáveis devido as suas boas propriedades de formação de filme e de barreira a gases. No entanto, suas propriedades de solubilidade e barreira à água ainda são insuficientes para sua aplicação comercial. Em vista disto, o estudo de soluções que possibilitem a redução da hidrofilicidade dos filmes produzidos com esta é necessário. Neste trabalho objetivou-se o desenvolvimento de filmes a base de PIS além da avaliação de duas estratégias de modificação da hidrofilicidade destes. Este estudo foi dividido em duas etapas, sendo a primeira uma etapa preliminar voltada à definição das condições de processamento por casting e do teor ideal do plastificante glicerol para a produção dos filmes e a segunda foi focada na adição de aditivos para modificação da hidrofilicidade dos filmes. Nos estudos preliminares foi demonstrado que a temperatura apresenta maior efeito sobre as propriedades dos filmes do que o tempo de mistura da solução, sendo que as condições ideais de produção dos filmes foram definidas como 75°C e 60 minutos de mistura em pH alcalino. Observou-se também nesta etapa que teor ideal de plastificante foi de 20% de glicerol no qual foi possível obter um bom efeito de plastificação sem elevar muito a hidrofilicidade do filme. Nesta etapa, pode-se verificar que ambos os óleos possibilitam a redução da absorção de umidade dos filmes e que estes apresentam fortes interações com a proteína, sendo estas mais pronunciadas para o OL, devido a forte presença de instaurações nas cadeias dos ácido graxos que o compõem. Definiu-se o teor de 3% como o teor ideal para adição de ambos os óleos. A segunda estratégia avaliou o uso de ácido tânico (AT) para reticular a cadeia da proteína e assim reduzir a interação desta com a água. Avaliaram-se os teores de 5, 10, 15 e 20% de AT. Foi observada a formação de pontos de reticulação com todos os teores de AT adicionados, sendo possível reduzir significativamente a solubilidade dos filmes e alterar suas propriedades mecânicas. O teor de 20% de AT foi definido como o ideal por reduzir a solubilidade dos filmes em cerca de 74%, mesmo que com este a flexibilidade dos filmes tenha sido reduzida. Por fim foi avaliada a interação dos óleos e o AT em seus teores ideais, sendo possível verificar um efeito sinérgico sobre as propriedades com a adição de AT e OL, onde se obteve uma redução significativa da solubilidade e da absorção de umidade dos filmes, além de uma elevação da resistência a tração sem prejudicar de forma significativa a elongação dos filmes. Por fim concluiu-se que a utilização em conjunto do OL e do AT possibilita a obtenção de filmes com propriedades interessantes para a aplicação em embalagens.

The environmental impact caused by the high demand for packaging from synthetic non- biodegradable polymers is a serious problem that has demanded attention from the entire scientific community. Thus, polymers biodegradable derived from natural resources have drawn great attention in recent years, these have been considered potential substitutes for the currently used polymers. Soy protein isolated (SPI), co-product from the vegetable oil industry, has been considered a strong candidate for the production of biodegradable packaging due to its good film-forming and gas barrier properties. However, SPI's water solubility and water barrier properties are still insufficient for its commercial application. Because of this, the study of solutions to reduce the hydrophilicity of these films is necessary. This work aimed to develop films based on PIS in addition to the evaluation of two strategies for modifying their hydrophilicity. This was divided into two stages, the first being a preliminary stage to evaluate the conditions and the ideal content of the plasticizer glycerol for the production of the films, the second stage was focused on the addition of additives to modify the hydrophilicity of the films. In preliminary studies it was demonstrated that the temperature has a greater effect on the properties of the films than the mixing time of the solution, being that the ideal conditions of production of the films were defined as 75 ° C and 60 minutes of mixing in alkaline pH. It was also observed at this stage that the ideal plasticizer content was 20% of glycerol by weight of SPI because with this it was possible to have a good plasticization effect without increasing the hydrophilicity of the film. The first strategy studied in the second stage of this work was the evaluation of the use of vegetable oils, coconut oil (CO) and linseed oil (LO) as hydrophobic agents. The addition of 1, 3 and 6% of oils was evaluated. In this step, it can be verified that both oils allowed the reduction of moisture absorption of the films and that they present strong interactions with the protein chain, which were more pronounced for linseed oil, due to the strong presence of unsaturation in the fatty acid chains that compose it. The 3% content was defined as the ideal content for adding both oils. The second was to evaluate the use of tannic acid (TA), a natural phenolic compound, to cross-linked the protein chain and reduce the protein's interaction with water. The levels of 5, 10, 15 and 20% of TA were evaluated. The formation of crosslinking points was observed with all the contents of TA added, significantly reducing the solubility of the films and changing their mechanical properties. The 20% AT content was defined as ideal because it reduced the solubility of the films by 74%, although the flexibility of the films was reduced. Finally, the interaction of oils and TA in their ideal levels was evaluated. It was possible to verify a synergistic effect on the properties with the addition of TA and linseed oil, where a significant reduction in the solubility and moisture absorption of the films was obtained. An increase in tensile strength was also obtained without significantly reducing the elongation of the films. Finally, it was concluded that the use of LO and AT concomitantly makes it possible to obtain films with interesting properties for packaging applications.