Gelatina extraída de resíduo de couro curtido ao cromo por meio de hidrólise alcalina assistida por explosão a vapor e sua aplicação em filmes poliméricos aplicados na agroindústria

Abstract

A hidrólise alcalina de resíduos de couro curtidos ao cromo (RCCC) é um processo que permite a extração de sua porção mais valiosa: a proteína. Entretanto, ele leva tradicionalmente de duas a dez horas para ser concluído. A explosão a vapor, por sua vez, é um processo rápido que pode ser empregado como auxiliar na abertura da estrutura fibrosa do RCCC. Neste trabalho, a hidrólise alcalina do RCCC foi realizada em reator de explosão a vapor com CaO como agente alcalinizante. No processo, três temperaturas e tempos de residência foram testados: 130, 140 e 150°C; 5, 10 e 15 min. A condição ótima de 140°C por 10 min na explosão a vapor resultou em rendimento de extração de 30% e gelatina em solução aquosa de concentração igual a 24,6 g/L e 39 kDa de massa molar. Quando comparado aos métodos tradicionais, a explosão a vapor em meio alcalino reduziu o tempo de processo em 12 a 36 vezes e o teor de cromo na gelatina em 16 a 96 vezes. A purificação da gelatina por diafiltração permitiu uma redução no teor de cinzas de 11,8% (b.s.) para 1,2% (b.s.) e o uso de sulfato de ferro II permitiu a completa redução do cromo VI residual da extração a cromo III. A gelatina purificada e concentrada foi então aplicada, em blenda com amido de milho, na produção de filmes poliméricos para uso agrícola. A fim de reduzir a hidrofilicidade e aumentar a resistência do filme quando aplicado, a gelatina foi reticulada com o uso de glutaraldeído na produção dos filmes. A reticulação aumentou a massa molar média da gelatina, mas dificultou a reorganização das cadeias de gelatina em uma estrutura de tripla hélice, reduzindo a cristalinidade dos filmes. O balanço dos efeitos de redução de cristalinidade e aumento da massa molar fez com que variações na resistência mecânica dos filmes não seguissem uma tendência clara em função dos níveis de reticulação, apresentando-se próximos dos valores obtidos para os filmes não reticulados. Além disso, obteve-se uma redução de até 53% na solubilidade e 69% no grau de inchamento de filmes reticulados. A aplicação dos filmes como fita de plantio foi então testada. A fita produzida com uma camada de filme de amido e gelatina de RCCC sem adição de glutaraldeído, com sementes coladas sobre a mesma, resultou na germinação de plantas com eficiência superior à obtida pelo uso de papel (matéria-prima comumente empregada na produção de fitas de plantio). Sendo assim, neste trabalho desenvolveu-se um processo inovador para extração de gelatina a partir de RCCC, e provou-se a viabilidade técnica de sua aplicação na produção de filmes poliméricos empregados na agricultura.

Alkaline hydrolysis of chromium tanned leather wastes (CTLW) is a process that allows the extraction of its most valuable portion: protein. However, traditionally it is a long process, which takes from two to ten hours. In turn, steam explosion is a quick process that can be used to help open the fibrous structure of the CTLW. In this work, the alkaline hydrolysis of the CTLW was carried out in a steam explosion reactor using CaO as the alkalinizing agent. In the process, three temperatures and residence times were tested: 130, 140 and 150°C; 5, 10 and 15 min. The optimum condition, 140°C for 10 min, resulted in an extraction yield of 30% and gelatin solution in a concentration of 24.6 g/L and 39 kDa of molar weight. When compared to traditional methods, the steam explosion in alkaline medium reduced the process time by 12-36 times and the chromium content in gelatin by 16-96 times. Purification of gelatin by diafiltration allowed a reduction in the ash content from 11.8% (bs) to 1.2% (bs) and the use of iron sulfate II allowed a complete reduction of residual chromium VI to chromium III. The purified and concentrated gelatin was then applied, in a blend with corn starch, in the production of polymeric films for agricultural use. In order to reduce hydrophilicity and increase the resistance of the film, the gelatin was cross-linked with the use of glutaraldehyde. The crosslinking made it difficult for the gelatin chains to reorganize themselves in a triple helix structure, reducing the crystallinity of the films; it also caused an increase in their average molar mass. The mechanical strength of the films did not change as a function of the reticulation degree, remaining close to the values obtained for non-crosslinked films. This may have been caused by the balance of the effects of reduced crystallinity and increased molar mass. In addition, a reduction of up to 53% in solubility and 69% in the degree of swelling of reticulated films was obtained. The application of the films as a seed tape was then tested. The seed tape produced with one layer of starch-CTLW gelatin film without the addition of glutaraldehyde, with seeds glued on it, resulted in the germination of plants with greater efficiency than that obtained by using paper (raw material commonly used in the production of seed tapes). Therefore, in this work an innovative process was developed for the extraction of gelatin from CTLW, and its application in the production of polymeric films used in agriculture proved to be feasible.