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Av. Getúlio Vargas, 1200 – Vila Nova Santana – Assis – SP – 19807-634 Fone/Fax: (0XX18) 3302 1055 homepage: www.fema.edu.br
HELTON RODRIGO CITÁ BRESSANIN
BIOPLÁSTICOS A PARTIR DE AMIDO
Assis 2010
HELTON RODRIGO CITÁ BRESSANIN
BIOPLÁSTICOS A PARTIR DE AMIDO
Trabalho de conclusão de curso de Curso apresentado ao Instituto Municipal de Ensino Superior de Assis, como requisito do Curso de Graduação
Orientador: Profª Drª Mary Leiva de Faria
Área de Concentração: Química Industrial
Assis 2010
FICHA CATALOGRÁFICA
BRESSANIN, Helton Rodrigo Citá Bioplásticos a partir de amido / Helton Rodrigo Citá Bressanin. Fundação Educacional do Município de Assis - FEMA -- Assis, 2010. 56p. Orientador: Profª Drª Mary Leiva de Faria. Trabalho de Conclusão de Curso – Instituto Municipal de Ensino Superior de Assis – IMESA. 1.Bioplásticos. 2.Amido. 3.Polímeros
CDD:660
Biblioteca da FEMA
BIOPLÁSTICOS A PARTIR DE AMIDO
HELTON RODRIGO CITÁ BRESSANIN
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Instituto Municipal de Ensino Superior de Assis, como requisito do Curso de Graduação, analisado pela seguinte comissão examinadora:
Orientador: Profª Drª Mary Leiva de Faria
Analisador: Profª Drª Silvia Maria Batista de Souza
Assis 2010
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho à minha família, em
especial aos meus pais pelo apoio e incentivo
em todos os momentos.
AGRADECIMENTOS
À Deus, pela vida, pelas grandes oportunidades, por estar sempre me iluminando e
me dando força nos momentos de dificuldade.
À minha orientadora, Profª Drª Mary Leiva de Faria, pela orientação, por compartilhar
sua experiência e pelo constante estímulo transmitido durante a realização do
trabalho.
Aos meus pais, Antonio e Regina, à minha irmã, Giovana e à minha namorada,
Nathalia, pelo grande apoio e incentivo em todos os momentos.
E a todos que colaboraram, direta ou indiretamente, na execução deste trabalho.
“Minhas invenções são fruto
de 1% de inspiração e 99%
de transpiração.”
Thomas Edison
(1847-1931)
RESUMO
O emprego de polímeros sintéticos tem sido cada vez mais freqüente na sociedade.
Nota-se sua importância com a infinidade de objetos pertencentes ao cotidiano.
Contudo, estes polímeros apresentam a desvantagem de não serem
biodegradáveis. Nos últimos anos, a crescente preocupação com as condições
ambientais e ecológicas levou vários países a reconhecerem a necessidade
imperiosa de buscar novas alternativas ecologicamente corretas para solucionar os
problemas do impacto ambiental ocasionado pelo descarte indevido de plásticos
sintéticos. Uma das alternativas para substituir estes polímeros convencionais que
vem sendo intensamente pesquisada é o desenvolvimento de polímeros
biodegradáveis. Um dos materiais que tem recebido uma atenção especial nos
últimos anos para a produção de bioplásticos é o amido. Nesta óptica, o objetivo
deste trabalho é a obtenção de bioplástico a partir do amido, bem como descrever
os polímeros biodegradáveis naturais, pertencentes à classe dos polissacarídeos. O
amido foi extraído da batata e submetido à secagem em estufa por 6 horas à
temperatura de 75°C, alcançando rendimento de 5,51%. Com o aquecimento da
mistura de amido, água, solução de HCl 0,1 M e glicerina, seguida de secagem em
estufa por 24 horas à temperatura de 60°C, foi obtido o bioplástico. A metodologia
empregada para a extração do amido da batata e posterior utilização do mesmo na
obtenção bioplástico foi eficiente, obtendo-se um bioplástico transparente, maleável
e resistente. Os bioplásticos, além de gerarem resíduos de curta duração, serem
degradados facilmente pelo solo em poucos meses e integrarem-se totalmente à
natureza, substituem e apresentam propriedades similares aos plásticos
convencionais, possuindo ainda muitas aplicações em diversas áreas. Este trabalho
relata também como a obtenção de bioplástico a partir de amido pode ser utilizada
no ensino médio para o estudo das propriedades, estruturas e aplicações de
polímeros sintéticos e biodegradáveis.
Palavras-chave: Bioplásticos; Amido; Polímeros.
ABSTRACT
The use of synthetic polymers has been increasingly prevalent in society. It is noted
its importance to the multitude of objects belonging to everyday life. However, these
polymers have the disadvantage of not being biodegradable. In recent years,
increasing concerns about the environmental and ecological conditions has led
several countries to recognize the urgent need to seek environmentally friendly new
alternatives to solve the problems of environmental impact caused by the improper
disposal of synthetic plastics. An alternative to replace these conventional polymers
that are being actively researched is the development of biodegradable polymers. A
material that has received particular attention in recent years for the production of
bioplastics is starch. In this perspective, the objective of this work is to obtain
bioplastics from starch, as well as describing the natural biodegradable polymers,
belonging to the class of polysaccharides. The potato starch was extracted and
subjected to drying in an oven for 6 hours at a temperature of 75 ° C, reaching yields
of 5.51%. With heating the mixture of starch, water, 0.1 M HCl solution and glycerine,
followed by drying in oven for 24 hours at 60 ° C, was obtained bioplastic. The
methodology used for the extraction of potato starch and subsequent use of it in
obtaining bioplastic was efficient, obtaining a transparent, flexible and resilient
bioplastics. Bioplastics, in addition to generating short-lived waste, are easily
degraded by soil in a few months to fully integrate into the nature, replace and have
similar properties to conventional plastics, having also many applications in several
areas. This work reports also like getting bioplastics from starch can be used in high
school to study the properties, structures and applications of synthetic polymers and
biodegradable.
Keywords: Bioplastics; Starch; Polymers.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Forma de diversos tipos de grânulos de amidos.......................... 20
Figura 2 – Estrutura molecular da amilose.................................................... 21
Figura 3 – Estrutura molecular da amilopectina............................................ 22
Figura 4 – Estrutura supramolecular da amilopectina................................... 23
Figura 5 – Estrutura da celulose.................................................................... 26
Figura 6 – Estrutura da quitina....................................................................... 27
Figura 7 – Estrutura da quitosana................................................................. 28
Figura 8 – Estrutura da xantana.................................................................... 29
Figura 9 – Estrutura da dextrana................................................................... 30
Figura 10 – Estrutura da pululana................................................................... 32
Figura 11 – Estrutura da gelana...................................................................... 34
Figura 12 – Resumo das reações de biodegradação de biopolímeros .......... 35
Figura 13 – Estrutura: A) de cadeias polipeptídicas e B) do poli(ε-
caprolactona) - um polímero contendo ligações éster....................
36
Figura 14 – Estrutura da: A) amilose; B) celulose e C) poli(hidroxibutirato) -
um poliéster alifático.......................................................................
37
Figura 15 – Amido decantado......................................................................... 41
Figura 16 – Aquecimento da mistura para obtenção do bioplástico............... 42
Figura 17 – Mistura polimérica antes da secagem......................................... 43
Figura 18 – Amido seco obtido após extração................................................ 45
Figura 19 – Bioplástico obtido após secagem................................................. 46
Figura 20 – Ilustração de uma reação de polimerização................................. 48
Figura 21 – Estrutura de alguns plásticos....................................................... 49
Figura 22 – Estrutura do polietileno................................................................. 50
Figura 23 – Estrutura da celulose.................................................................... 50
Figura 24 – Estrutura do poliacrilato de sódio................................................. 51
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Características de amidos de diversas fontes vegetais................ 21
Tabela 2 - Temperatura de gelatinização de diferentes fontes vegetais....... 24
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO..................................................................... 14
2. HISTÓRICO DOS POLÍMEROS BIODEGRADÁVEIS........ 17
3. POLÍMEROS BIODEGRADÁVEIS NATURAIS.................. 19
3.1 POLISSACARÍDEOS................................................................. 19
3.1.1 Amido................................................................................................. 19
3.1.1.1 Amido Termoplástico.................................................................................... 24
3.1.1.2 Amido utilizado como componente em blendas........................................... 25
3.1.2 Celulose............................................................................................. 26
3.1.3 Quitina e Quitosana.......................................................................... 27
3.1.4 Xantana.............................................................................................. 28
3.1.5 Dextrana............................................................................................. 30
3.1.6 Pululana............................................................................................. 31
3.1.7 Gelana................................................................................................ 33
4 MECANISMOS DE BIODEGRADAÇÃO............................ 35
5 MATERIAIS E MÉTODOS.................................................. 39
5.1 MATERIAIS E REAGENTES..................................................... 39
5.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL......................................... 40
5.2.1 Extração e obtenção do amido de batata....................................... 40
5.2.2 Obtenção do bioplástico a partir do amido de batata................... 41
6. RESULTADOS E DISCUSSÃO........................................... 44
7. OBTENÇÃO DE BIOPLÁSTICO A PARTIR DE AMIDO COMO TEMÁTICA PARA O ENSINO DA ESTRUTURA, PROPRIEDADES E APLICAÇÕES DOS POLÍMEROS NATURAIS E SINTÉTICOS.................................................
47
8. CONCLUSÃO...................................................................... 52
REFERÊNCIAS :............................................................................... 53
14
1. INTRODUÇÃO
Desde a metade do século XX até os dias atuais, o emprego de polímeros tem sido
cada vez mais freqüente na sociedade. É grande a quantidade de artefatos que
utilizam polímeros como matéria-prima, estando presente em quase a totalidade dos
utensílios de uso cotidiano (ROSA et al., 2002).
Segundo Marconato e Franchetti (2002), “polímeros são macromoléculas de alta
massa molar, formadas por unidades de moléculas menores, chamadas
monômeros”.
Dentre os polímeros, os plásticos tornaram-se um dos materiais mais conhecidos do
mundo, em decorrência do fato de possuírem certa facilidade no processamento,
serem impermeáveis, poderem ser obtidos em várias cores, possuírem boa
resistência química e mecânica, juntamente com seu relativo baixo custo de
produção. Sua grande importância também é mensurada quando nota-se a
infinidade de utensílios pertencentes ao cotidiano e a capacidade de substituir outros
materiais como vidro, madeira, metais e cerâmica. As embalagens de produtos
alimentícios, as canetas, os tubos de encanamento a até pára-choques de veículos,
são alguns exemplos da vasta utilização dos plásticos em inúmeros setores, o que
evidencia a versatilidade dos mesmos (RODRIGUES, 2005; CÉSAR, 2007).
Segundo Spínacé e De Paoli (2005) “os plásticos são materiais que, embora sólidos
a temperatura ambiente em seu estado final, quando aquecido acima da
temperatura de amolecimento tornam-se fluídos e passíveis de serem moldados por
ação isolada ou em conjunto de calor e pressão”. Sua origem vem do grego,
plastikus, que significa de fácil moldagem. Embora existam muitos tipos destes
plásticos, somente cinco deles já alcançam aproximadamente 90% do consumo
nacional, sendo eles: polietileno, polipropileno, poliestireno, policloreto de vinila e
polietileno tereftalato (SPINACÉ; DE PAOLI, 2005).
Embora ofereçam a proteção desejada em diversas aplicações, baixo custo para a
sua produção, praticidade e conveniência, os plásticos sintéticos são geralmente
15
obtidos a partir do petróleo, uma fonte não renovável. Além dessa desvantagem,
existe também outro empecilho, que é a falta de biodegradabilidade. Esta
propriedade foi anteriormente comemorada, pois a busca inicial por este material
visava a hidrofobicidade, a resistência e prevenção a biodegradação para dificultar a
ação dos microorganismos e enzimas na superfície do polímero. O que eram suas
maiores virtudes, atualmente, transformou-se em um sério problema para o mundo,
já que os plásticos sintéticos levam mais de um século para degradarem-se no meio
ambiente (SEBIO; CHANG, 2010; ROSA et al., 2002).
Cerca de 100 milhões de toneladas de plásticos são produzidas anualmente pelo
mundo. Somente no Brasil, a quantidade produzida foi de mais de quatro milhões de
toneladas em 2004. No lixo urbano brasileiro, a sua participação, em média, é de 7 a
8%. Este alto nível de produção e consumo, associada com sua falta de
biodegradabilidade, permite que cada vez mais aumente o impacto ambiental que
esse lixo causa no mundo. Dependendo do destino de descarte os plásticos podem
causar muitos problemas aos seres vivos que nele habitam. Um exemplo é a morte
de milhões de seres marinhos anualmente, em decorrência de acúmulo de plásticos
nos mares. Algumas alternativas para minimizar o problema gerado já foram
tentadas como incineração, reciclagem, aumento no rigor das leis ambientais, porém
não obtiveram o êxito esperado (RODRIGUES, 2005).
Nos últimos anos, a crescente preocupação com as condições ambientais e
ecológicas, além da necessidade de reduzir a dependência em relação à utilização
de petróleo levou vários países a reconhecerem a necessidade imperiosa de buscar
novas alternativas ecologicamente corretas para solucionar os problemas do
impacto ambiental ocasionado pelo exagerado descarte de plásticos. Assim, grupos
de pesquisa vêm desempenhando esforços para o desenvolvimento de um novo
material que possa ser viável e com características semelhantes ao já existente
(FAKHOURI, 2009).
Uma das alternativas para a substituição dos polímeros convencionais, que vem
sendo intensamente pesquisadas, é o desenvolvimento de polímeros
biodegradáveis. Estes sofrem degradação com maior facilidade, integrando-se
totalmente à natureza. Biodegradação é um processo que ocorre devido à ação de
16
microrganismos vivos presentes no meio ambiente, convertendo o material em
substâncias mais simples, que naturalmente já existem no meio ambiente
(CANGEMI; SANTOS; NETO, 2005).
Os polímeros biodegradáveis ou biopolímeros são materiais produzidos de fontes
renováveis, com propriedades físicas e químicas semelhantes às do polímero
comum, cuja degradação gera fragmentos com baixa massa molecular, através da
ação de microorganismos tais como bactérias, fungos e até enzimas, com a grande
vantagem de este processo ser muito mais rápido que nos plásticos comuns. Este
novo ramo dos polímeros é classificado em duas classes, os polímeros
biodegradáveis sintéticos, onde os mais utilizados são o poli (ácido lático) (PLA), poli
(ácido glicólico) (PGA), poli (ácido glicólico-ácido lático) (PGLA) e poli (ε-
caprolactona) (PCL) e os polímeros biodegradáveis naturais, onde os mais utilizados
são os polissacarídeos, com destaque para o amido, celulose, quitina, quitosana,
xantana e alguns polipeptídeos naturais (FRANCHETTI; MARCONATO, 2006).
Desta forma, estes novos polímeros vêm despertando grande interesse graças ao
fato de poderem minimizar o impacto ambiental, sendo degradado pelo solo em
poucos meses, entrar no mercado para substituir um produto obtido de fonte não
renovável e, além disso, possuir uma ampla faixa de aplicações, sendo utilizados
nas áreas médicas, de embalagens, sacos plásticos, assim como muitos utensílios
normalmente fabricados a partir dos plásticos convencionais. Tais fatores justificam
a enorme importância dos polímeros biodegradáveis.
Um dos materiais que tem recebido uma atenção especial nos últimos anos para a
produção de bioplásticos é o amido. Pesquisas com este biopolímero têm se
intensificado, pois o amido apresenta baixo custo, é extraído de fonte renovável e
vegetal, com disponibilidade na natureza em várias plantas e ainda apresenta alta
aplicabilidade. Assim, o objetivo deste trabalho é a obtenção de bioplásticos a partir
do amido, bem como descrever os polímeros biodegradáveis naturais, pertencentes
à classe dos polissacarídeos.
17
2. HISTÓRICO DOS POLÍMEROS BIODEGRADÁVEIS
O termo polímero biodegradável surgiu pela primeira vez na história em 1923 no
Instituto Pasteur, quando o microbiologista Maurice Lemoigne obteve, através da
bactéria bacillus megaterium, a determinação de composição de
polihidroxialcanoatos (PHAs), sendo o ácido 3-hidroxibutírico (P(3HB)) o primeiro
composto da classe dos biopolímeros (ZANATTA et al., 2008).
Em meados de 1960, foram descobertas propriedades termoplásticas, aumentando
o interesse sobre o polímero. Assim, logo em seguida passou a ser produzido e
comercializado pela empresa W.R.Grace Co. (ZANATTA et al., 2008; CARMINATTI
et al., 2006).
Durante os anos de 1970 e 1980, começaram a desenvolver pesquisas sobre a
produção e aplicação do P(3HB), assim como também alguns outros
hidroxialcanoatos foram descobertos (CARMINATTI et al., 2006).
Em 1991, no Brasil, foram iniciadas pesquisas para a produção do P(3HB) através
de processos fermentativos (ZANATTA et al., 2008; CARMINATTI et al., 2006).
Em 1992, a cooperativa dos produtores de cana-de-açúcar e álcool do Estado de
São Paulo (COPERSUCAR) estabeleceu um projeto de cooperação técnica com o
Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT) e o Instituto de Ciências Biomédicas (ICB),
almejando o desenvolvimento de pesquisas para aprimorar a qualidade e produzir o
P(3HB) (ZANATTA et al., 2008; CARMINATTI et al., 2006; PORTAL SÃO
FRANCISCO, 2010).
Em 1994, o Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT), ligado ao governo do Estado
de São Paulo, identificou uma nova bactéria, a Burkholderia sacchari, capaz de
transformar açúcar no plástico biodegradável (PORTAL SÃO FRANCISCO, 2010).
Em 1996, foi instalada uma planta piloto na Usina da Pedra, no interior de São
Paulo, que possibilitou a produção do polihidroxibutirato (PHB) e do seu copolímero
poli-3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato (P(3HB-co-3HV)), utilizando a tecnologia
desenvolvida no país (PORTAL SÃO FRANCISCO, 2010).
18
Ainda em 1996, a empresa Monsanto adquiriu a patente do processo de produção
do copolímero (P(3HB-co-3HV)) vendido sob o nome Biopol® (CARMINATTI et al.,
2006).
Em 2000, com o nascimento da empresa PHB Industrial S.A., inicia-se a produção
do P(3HB), o mesmo polímero descoberto ainda em 1923 (ZANATTA et al., 2008).
19
3. POLÍMEROS BIODEGRADÁVEIS NATURAIS
Os polímeros naturais são formados durante o ciclo de crescimento de organismos
vivos. Geralmente, sua síntese envolve reações catalisadas por enzimas e reações
de crescimento de cadeia a partir de monômeros ativados, que são formados dentro
das células por processos metabólicos complexos. Os polissacarídeos encontram-se
dentre os principais polímeros naturais, tendo bastante participação e importância
(FRANCHETTI; MARCONATO, 2006).
3.1. POLISSACARÍDEOS
Os polissacarídeos consistem em polímeros de condensação de elevado peso
molecular, os quais são formados por dezenas ou até centenas de unidades básicas
de glicose por cadeia, ligadas como anéis de grupos acetais (aldeído e álcool) e,
portanto, com grande quantidade de grupos hidroxilas, o que lhe garante alta
hidrofilicidade. Os polissacarídeos são uma classe muito diversa e altamente versátil
de materiais que apresentam aplicações variadas na área dos biomateriais, sendo
alguns exemplos: o amido, a celulose, a quitina, a quitosana, a xantana, a dextrana,
a pululana, a gelana e o poliuretano (FRANCHETTI; MARCONATO, 2006; GIL;
FERREIRA, 2006).
3.1.1. Amido
O amido é a principal fonte de reserva de energia nas plantas fotossintetizantes.
Juntamente com a celulose, constitui uma das mais abundantes fontes de
carboidratos. Inúmeras plantas possuem amido, entretanto, os mais empregados
industrialmente são aqueles provenientes de sementes, tubérculos e raízes, como a
mandioca, batata e o milho (DA RÓZ, 2004).
20
O amido ocorre nas plantas sob a forma de grânulos, com tamanho e forma
característicos segundo sua fonte de procedência. O tamanho dos grânulos varia
desde poucos a até 100µm de diâmetro. Na figura 1 estão representadas as
diversas formas e diferenças entre alguns tipos de grânulos de amido de diferentes
origens (DA RÓZ, 2004).
Figura 1 – Forma de diversos tipos de grânulos de amidos (In: JACOB, 2006, p. 16)
Os grânulos são constituídos por uma mistura de dois compostos: a amilose e a
amilopectina, cujas proporções entre eles também são definidas de acordo com sua
origem vegetal. A tabela 1 ilustra características de diferentes fontes de amido
(TEIXEIRA, 2007).
21
Fonte Tipo de amido
Forma do grânulo
Diâmetro (µm)
Amilose (%)
Amilopectina (%)
milho cereal redondo, poligonal
5-26 28 72
trigo cereal redondo 2-10; 20-35 28 72
arroz cereal poligonal, angular
3-8 30 70
mandioca tubérculo redondo, oval
5-30 14-18 86-82
batata tubérculo redondo, oval
15-100 18-20 82-80
Tabela 1 - Características de amidos de diversas fontes vegetais (In: TEIXEIRA, 2007, p. 30)
A amilose é um polissacarídeo constituído de unidades de D-glicose, ligadas entre si
por ligações glicosídicas α-1-4, resultando num polímero linear configurado na forma
de hélice, com massa molar variando de 10 5 a 10 6 g/mol. A estrutura molecular da
amilose está representada conforme a figura 2 (DA RÓZ, 2004; BLÁCIDO, 2006).
OCH2OH
HOHO
OCH2OH
HOHO
HO
O
O
HOHO
CH2OHO
O
HOHO
CH2OHO
OH
n
12
3
4
5
6
Ligação α (1,4)
Figura 2 – Estrutura molecular da amilose (In: JACOB, 2006, p. 14)
22
A amilopectina é uma macromolécula menos hidrossolúvel que a amilose e
composta por unidades de D-glicose ligadas por ligações glicosídicas α-1-4.
Distingue-se da amilose pelo fato de 4 a 5% dessas unidades de D-glicose
apresentarem também ligações glicosídicas α-1-6 com outras unidades de D-glicose,
formando então um polímero ramificado de elevada massa molar, podendo
compreender aproximadamente 10 8 g/mol. Sua estrutura é representada conforme a
figura 3 (DA RÓZ, 2004; BLÁCIDO, 2006).
12
3
4
5
6
HOHO
CH2OHO
OH
HOHO
CH2OHO
O
O
OCH2
HOHO
O
O
HO
HOHO
CH2OHO
HOHO
CH2OHO
O
OCH2OH
OHOH
O
OH
O
OH
CH2OHO
n
Ligação α (1,6)
Ligação α (1,4)
Figura 3 – Estrutura molecular da amilopectina (In: JACOB, 2006, p. 14)
O amido é parcialmente cristalino com valores entre 20 e 45%. Esta cristalinidade do
grânulo do amido deve-se basicamente à molécula de amilopectina, sendo que
estas regiões consistem de duplas hélices. Acredita-se que a amilopectina está
disposta em um arranjo constituído por um esqueleto de cadeias ramificadas ao qual
estão ligados aglomerados de cadeias lineares. Esta estrutura é representada pela
figura 4. As regiões amorfas presentes no grânulo do amido são garantidas pela
amilose e pelos pontos de ramificações da amilopectina (JACOB, 2006).
23
Figura 4 – Estrutura supramolecular da amilopectina (In: JACOB, 2006, p. 16)
O amido é praticamente insolúvel em água fria, porém os grânulos aumentam de
volume devido ao processo de intumescimento, absorvendo aproximadamente de
uma vez o seu próprio peso em água. Os sítios de ligação da água são os grupos
hidroxilas e os átomos de oxigênio no interior da D-glicose. A presença dos grupos
hidroxilas garante ao amido uma natureza altamente hidrofílica. Já a insolubilidade
do grânulo deve-se às fortes ligações de hidrogênio que mantêm as cadeias de
amido unidas. Entretanto, quando esta mistura é submetida ao aumento de
temperatura, há um aumento drástico na absorção de água, o que leva o grânulo do
amido a expandir de 10 a 100 vezes em volume, dependendo de sua origem vegetal
(TEIXEIRA, 2007; DA RÓZ, 2004).
Com o intumescimento dos grânulos, em certa temperatura, a energia do sistema
torna-se suficiente para vencer as ligações de hidrogênio presentes no grânulo do
amido, com perda da cristalinidade, enquanto que as regiões amorfas são
solvatadas e os grânulos incham rapidamente, acarretando no seu rompimento e
assim passando a ser completamente solúveis, transformando o sistema em um gel.
Este processo de intumescimento granular e solubilização do amido são
denominados de gelatinização. A temperatura em que ocorre a gelatinização
também varia de acordo com a origem vegetal do amido. As temperaturas de
gelatinização de algumas fontes de amidos encontram-se na tabela 2, onde a
temperatura mais baixa refere-se à temperatura que o grânulo inicia o
24
intumescimento e a mais alta indica quando os grânulos foram completamente
gelatinizados (DA RÓZ, 2004).
Amido Milho Trigo Arroz Mandioca Batata
Temp. gelatinização (ºC) 62-72 58-64 68-78 49-70 59-68
Tabela 2 - Temperatura de gelatinização de diferentes fontes vegetais (In: JACOB, 2006, p. 18)
A gelatinização do amido também pode ser obtida em baixas temperaturas por
tratamento principalmente com álcali e alguns outros reagentes que possam
ocasionar o rompimento das ligações de hidrogênio referentes à cristalinidade
(JACOB, 2006).
Com o resfriamento e repouso, as moléculas de amilose do amido gelatinizado
começam a realinhar-se de forma organizada devido à interação entre cadeias por
meio das ligações de hidrogênio, cristalizando a amilose e resultando no
endurecimento do gel. Este processo é conhecido por retrogradação. Os amidos de
batata e mandioca possuem menor quantidade de amilose em suas composições, o
que consequentemente culmina em uma menor taxa de retrogradação (JACOB,
2006; DA RÓZ, 2004).
3.1.1.1 Amido Termoplástico
Estudos com amido termoplástico ou TPS (thermoplastic starch) são relativamente
recentes e atualmente é uma das principais pistas de pesquisa para a produção de
materiais biodegradáveis. O amido na forma granular não é um verdadeiro
termoplástico, porém, para que ele adquira esta característica, é necessário que
ocorra a desestruturação granular com a conseqüente formação de uma fase
contínua. Isso é conseguido junto à presença de energia mecânica, térmica e adição
de plastificante. Desta forma, o material derrete e flui, permitindo o seu uso em
25
equipamentos de injeção, extrusão e sopro, assim como para plásticos sintéticos. A
partir de então o amido torna-se um amido termoplástico (TEIXEIRA, 2007;
CEREDA; VILPOUX, 2004).
A água deve ser adicionada para a preparação, pois atua como um agente
desestruturante do grânulo, com o rompimento das ligações de hidrogênio entre as
cadeias e também age como plastificante. Entretanto, além da água, há necessidade
da utilização de um plastificante adicional, cuja função é tornar os filmes mais
flexíveis e facilitar a processabilidade. Os mais empregados são os açúcares e os
polióis, tal como a glicerina (TEIXEIRA, 2007; CEREDA; VILPOUX, 2004).
Os plastificantes modificam as propriedades mecânicas de um polímero, assim como
as temperaturas de transição vítrea e fusão, pois atuam neutralizando ou reduzindo
as forças de interação intermolecular, porém não modificam a natureza química do
polímero. Estes devem ser compatíveis com o polímero para permanecer no
sistema. A massa molar do plastificante tem que ser grande o suficiente para que
não seja vaporizado durante o processamento e características como baixa ou nula
toxicidade e garantir adequadas propriedades ao polímero, como diminuição da
temperatura de transição vítrea (DA RÓZ, 2004).
O plastificante causa a diminuição da energia necessária para possibilitar a
movimentação molecular, aumentando a flexibilidade. Quando é adicionado ao
polímero, as moléculas do plastificante entram na fase polimérica da matriz,
alterando seu arranjo, difundindo-se entre as macromoléculas do polímero,
aumentando a mobilidade entre as cadeias (DA RÓZ, 2004).
3.1.1.2 Amido utilizado como componente em blendas
O custo ainda é um grande fator limitante para o desenvolvimento de materiais
biodegradáveis. O amido é uma matéria-prima de baixo custo, extraído de fonte
renovável e vegetal, com alta disponibilidade na natureza e em várias plantas,
portanto, sendo um material importante e promissor para a obtenção de polímeros
biodegradáveis e na utilização do mesmo como componente em blendas com
polímeros sintéticos, como polietileno, polipropileno e também com polímeros
26
sintéticos biodegradáveis, como PVA (álcool polivinílico) e alguns poliésteres {PLA
[poli (ácido lático)], PCL [poli (ε-caprolactona)] e PHB [polihidroxibutirato]}, os quais
apresentam preços mais elevados (TEIXEIRA, 2007).
Desta forma, a associação do amido com um polímero sintético, seja biodegradável
ou não, reduzirá o custo do produto final e aumentará a taxa de biodegradação do
polímero sintético puro, enquanto que o amido também será beneficiado, pois irá
adquirir características de amido termoplástico, melhorando a qualidade final do
produto (TEIXEIRA, 2007).
3.1.2. Celulose
A celulose é o polímero natural e biodegradável mais abundante da Terra. Trata-se
de um polissacarídeo linear constituído de unidades monoméricas de β(1-4)-D-
glucopiranose. Sua estrutura está representada na figura 5. Não é solúvel em água e
é caracterizada por regiões cristalinas na maior parte de sua estrutura, entrecortada
por zonas amorfas (GIL; FERREIRA, 2006).
OO
OO
O
OHO
OH
HO OHOHHO H2C
H2C
OH
OH2C
OHOH
n
Celulose
Figura 5 – Estrutura da celulose (In: CURI, 2006, p. 20)
Industrialmente a celulose é muito utilizada, estando presente na produção de papel,
no ramo alimentício, como agentes emulsificante e dispersante e até no setor
eletrônico, com a produção de telas de cristais líquido (FONSECA, 1998; GIL;
FERREIRA, 2006).
27
Devido a características como a biocompatibilidade, apresentar certa estabilidade à
variação de temperatura e pH, não ser tóxica e alérgica, a celulose tem despertado
grande interesse quanto a seu uso para a obtenção de materiais biomédicos, sendo
exemplos, a fabricação de componentes de matrizes para regeneração óssea, vasos
sanguíneos artificiais e substitutos temporários de pele (GIL; FERREIRA, 2006).
3.1.3. Quitina e Quitosana
A quitina é um dos polissacarídeos mais abundantes na natureza. Ela é encontrada
no exoesqueleto de crustáceos, moluscos, insetos e nas paredes celulares dos
fungos (GIL; FERREIRA, 2006).
A quitina é um polímero linear constituído por unidades de 2-acetamida-2-deoxi-D-
glicopiranose unidas por ligações glicosídicas do tipo β-(1-4) (HORN, 2008). Sua
estrutura está representada pela figura 6.
OO
OH
HONH
O
O
n
Figura 6 – Estrutura da quitina (In: SILVA, 2006, p. 776)
As estruturas da quitina e da celulose são muito parecidas, possivelmente por
desempenhar as mesmas funções de sustentação nos organismos em que são
presentes. Verifica-se a diferença no carbono C-2 de cada unidade monomérica,
onde o grupo hidroxila da celulose é substituído pelo grupo acetamida da quitina
(HORN, 2008).
A desacetilação parcial da quitina em meio alcalino gera a quitosana (figura 7), um
heteropolissacarídeo composto por unidades monoméricas de β-(1-4)-2-acetamida-
28
2-deoxi-D-glicopiranose e β-(1-4)-2-amino-2-deoxi-D-glicopiranose (LARANJEIRA,
2009).
OO
ONH
HO
OH
OO HO
OH
NH2O
n m
Figura 7 – Estrutura da quitosana (In: SILVA, 2006, p. 776)
A quitosana apresenta aplicações em diversas áreas. Na agricultura é usado como
componente em fertilizantes, no recobrimento de sementes e na liberação
controlada de agrotóxicos. No tratamento de água, atua como agente floculante e na
remoção de íons metálicos. Na indústria alimentícia é utlizada em conservantes e no
recobrimento de frutas. Na indústria de cosméticos procede em esfoliantes de pele e
cremes hidratantes (HORN, 2008).
Devido às inúmeras propriedades como biocompatibilidade, atoxicidade,
biodegradabilidade, capacidade de formar membranas e apresentar atividade contra
fungos, bactérias e vírus, a quitosana tem sido muito aplicada nas áreas
farmacêutica e biomédica. Desta forma, é utilizada em suturas cirúrgicas, implantes
ósseos e na liberação controlada de drogas em animais e humanos (GIL;
FERREIRA, 2006).
3.1.4. Xantana
A xantana ou goma xantana é um heteropolissacarídeo produzido eficientemente
pela bactéria Xanthomonas campestris, uma bactéria gram-negativa e aeróbia. Sua
estrutura (figura 8) consiste em unidades de β-(1-4)-D-glico-piranose,
assemelhando-se à celulose, mas com ramificações alternadas no carbono C-3 de
cada unidade (CANILHA et al., 2006).
29
Figura 8 – Estrutura da xantana (In: PRADELLA, 2006, p. 36)
A xantana recebeu a permissão de ser utilizada na indústria alimentícia pelo FDA
(Food and Drug Administration) em 1969. No Brasil, a adição de xantana em
alimentos é permitida desde 1965 pela Legislação Brasileira de Alimentos (HORN,
2008).
A goma xantana é completamente solúvel em água gelada ou quente, produz altas
viscosidades a baixas concentrações e apresenta excelente estabilidade ao calor e
variações de pH (PRADELLA, 2006).
As utilidades da xantana na indústria de alimentos são muito amplas. É aplicada
para controlar viscosidade, textura, retenção de aromas, suspensão de sólidos e
estabilização de emulsões. É utilizada, por exemplo, em molhos prontos, alimentos
congelados, suco de frutas e coquetéis, sobremesas instantâneas e produtos
cárneos. Além da indústria alimentícia, a xantana também é empregada em produtos
cosméticos e farmacêuticos, como agente de suspensão de emulsão e espessante
(CANILHA et al., 2006).
30
3.1.5. Dextrana
A dextrana é uma grande classe de homopolissacarídeos bacterianos extracelulares,
compostos de unidades de α-D-glucopiranosil polimerizadas predominantemente por
ligações do tipo α(1-6) com possíveis ramificações encontradas em α(1-2), α(1-3) e α
(1-4) (PRADELLA, 2006). Sua estrutura é representada pela figura 9.
OOH
OH
OHO
CH2
OOHOH
O
CH2
OOHOH
OHO
OOH
OHOH
CH2
O
O
CH2
O
CH2OH
OH
OH
OHOH
OH
CH2
O
OOH
n
Figura 9 – Estrutura da dextrana (In: PRADELLA, 2006, p. 40)
Sua estrutura primária é constituída de resíduos de D-glicose, unidos por ligações
glicosídicas, que proporcionam as cadeias certa flexibilidade. Segundo Pradella
(2006), “a síntese da dextrana ocorre extracelularmente, sendo o substrato
transformado em polissacarídeo sem penetrar no interior da célula”. Isto se torna
31
possível devido a uma enzima, chamada dextrana-sacarose (α-1,6-glucana 6-α-D-
glucosiltransferase), que é excretada pelo microrganismo no meio de cultura, na
presença de sacarose. A enzima age na molécula de sacarose, liberando frutose e
transferindo a molécula de glicose até as moléculas de dextrana em expansão.
Muitos microrganismos sintetizam dextrana a partir de sacarose. Especialmente as
bactérias, como a Leuconostoc mesenteroides, são comercialmente importantes
(CANILHA et al., 2006).
A ampla aplicabilidade apresentada pela dextrana deve-se principalmente a suas
características, tais como a vantagem de ser metabolizada naturalmente,
capacidade de formar soluções claras e estáveis, estabilidade, não ser tóxica e nem
provocar reações no organismo, além de ser derivado de fontes renováveis
(PRADELLA, 2006).
Dentre os campos com as mais bem sucedidas aplicações encontram-se a indústria
farmacêutica, que utiliza a dextrana como expansor volumétrico do plasma
sanguíneo e em matrizes para a imobilização de enzimas e drogas; a indústria de
petróleo, para compor a lama de perfuração e também na recuperação secundária
de petróleo; a indústria alimentícia, como espessante, gelificante, inibidor de
cristalização, entre outros; a indústria fotográfica, que a emprega incorporando-a em
emulsões e reduzindo o consumo de prata e ainda a indústria química, na fabricação
de suportes utilizados na cromatografia (CANILHA et al., 2006; PRADELLA, 2006).
3.1.6. Pululana
Pululana é o nome genérico dado ao homopolissacarídeo produzido
extracelularmente por diversos fungos na natureza, não tóxicos e não patogênicos
principalmente pelo Aureobasidium pullulans. Sua estrutura (figura 10) consiste em
uma α-D-glucana linear, composta predominantemente por unidades repetidas de
maltotrioses unidas por ligações do tipo α-1,6-glicosídicas (CANILHA et al., 2006).
32
OOH
OHOH
CH2
O
CH2OH
OOH
OHO
OH
OH
CH2OH
O
O
CH2OH
OH
OH
O
OH
OHO
CH2OH
O
CH2
OH OH
OHO
H
H
n
Figura 10 – Estrutura da pululana (In: PRADELLA, 2006, p. 42)
A presença de ligações α-1,4 e α-1,6 alternadas resulta em duas propriedades, au-
mento de solubilidade e flexibilidade estrutural. Além dessas propriedades, a
pululana é um polissacarídeo não higroscópico sem odor, sem sabor, solúvel em
água e geralmente insolúvel em outros solventes. Quando modificadas
quimicamente, suas propriedades térmicas e a solubilidade são alteradas,
originando soluções aquosas estáveis, viscosas e sem formação de géis. Sua
viscosidade oscila em função do seu peso molecular, que varia entre 8.000 a
2.000.000 g/mol (PRADELLA, 2006).
O filme de pululana é termicamente estável, anti-estático e elástico. Tem
propriedades adesivas e sob ação de umidade e calor é diretamente compressível e
moldável, originando filmes biodegradáveis não poluentes, comestíveis e
impermeáveis à passagem de oxigênio (PRADELLA, 2006).
A pululana em pó ou em filme é utilizada na indústria farmacêutica como excipiente
em comprimidos e nas suas embalagens. Na indústria alimentícia, promove maior
aderência e brilho quando empregado como revestimento de chocolates, gomas de
mascar e balas, sem nenhum poder calórico, melhorando e mantendo a aparência
do produto e aumentando o tempo de armazenamento. Na indústria do plástico, a
pululana pode substituir o poliestireno ou o cloreto de polivinila em transparência,
dureza, rugosidade e brilho (PRADELLA, 2006).
33
3.1.7. Gelana
A gelana é um exopolissacarídeo também conhecido comercialmente como
heteropolissacarídeo-60 (PS-60), produzido por Sphingomonas paucimobilis, uma
bactéria Gram-negativa, aeróbia, de pigmentação amarela apresentando um único
flagelo polar. Sua estrutura molecular consiste em unidades repetidas de (β-1,3-D-
glicose, β-1,4-D-ácido glucurônico, β-1,3-D-glicose e α-1,4-L-ramnose) e dois grupos
acetil, acetato e glicerato ligados ao resíduo de glicose adjacente ao ácido
glucurônico (CANILHA et al., 2006).
A gelana tem a propriedade de formar géis mesmo em concentrações muito baixas,
menores que 0,1%. Isso se torna possível devido à adição de um eletrólito (sal,
ácido ou surfactante aniônico) a uma solução quente de gelana e posterior
resfriamento. Duas formas de gelana são comercializadas, a forma nativa e a forma
desacetilada (figura 11), onde são retirados os grupos acetil. A presença do grupo
acetil implica em géis macios, elásticos e sem brilho, enquanto que a forma
desacetilada implica em géis firmes, duros, não elásticos e com alto brilho. A
utilização em conjunto das duas formas de gelana, em variáveis proporções,
possibilita uma larga variedade de viscosidade e texturas (PRADELLA, 2006).
34
O
O
OHOH
CH2OH
OO
COO-M+
OH
OH
O O
OH
OH
CH2OH
O
OH
O
CH3
OHn
CH2OH
OH
OH
OO
OH
OH
COO-M+
OO
CH2
OOH
O
O
C
O
CH2OH
OH
O
OH
CH3
O
OH
O
OH3CC
0.5
n
Figura 11 – Estruturas da gelana (In: PRADELLA, 2006, p. 46)
A goma gelana tem sido muito utilizada para substituir o ágar, pois tem propriedade
de produzir um gel termoreversível, porém mais versátil nas suas aplicações. Devido
à diversidade de suas estruturas e propriedades, a gelana possui ampla aplicação
na indústria farmacêutica e principalmente na indústria alimentícia, como agente
texturizante, estabilizante, espessante, emulsificante, gelificante, atuar na retenção
da umidade, na estabilidade ao calor em sorvetes de máquina e dar resistência em
geléias, gelatinas, doces de frutas, iogurtes e sucos de frutas (CANILHA et al., 2006;
PRADELLA, 2006).
35
4. MECANISMOS DE BIODEGRADAÇÃO
Biodegradação é a degradação catalisada por microrganismos vivos presentes no
meio ambiente, convertendo o material polimérico em substâncias mais simples
como dióxido de carbono e água. Pode ocorrer em ambientes aeróbios (na presença
de oxigênio) ou ambientes anaeróbios (na ausência de oxigênio) (SANTOS, 2007;
CANGEMI; DOS SANTOS; NETO, 2005). O processo químico da biodegradação
pode ser resumido conforme as reações da figura 12:
Cpolímero + O2 CO2 + H2O + Cresidual + C biomassa + sais (condições aeróbicas)
Cpolímero CO2 + CH4 H2O+ + Cresidual + C biomassa + sais (condições anaeróbicas)
Figura 12 – Resumo das reações de biodegradação de biopolímeros (In: SANTOS, 2007, p. 16-17)
Existem três fatores que são indispensáveis para a biodegradação: 1) a existência
de microrganismos capazes de sintetizar enzimas específicas para iniciar o processo
de fragmentação; 2) as condições ambientais, principalmente a umidade e 3) a
estrutura do polímero, onde se incluem ligações químicas, grau e tipo de
ramificação, grau de polimerização, hidrofobicidade, estereoquímica, cristalinidade,
entre outros (SANTOS, 2007).
A biodegradação ocorre em duas etapas: fragmentação e mineralização. A primeira
consiste na decomposição da macromolécula em cadeias menores pelas enzimas
extracelulares. Na segunda, ocorre o deslocamento dos fragmentos oligoméricos
gerados para o interior das células dos microrganismos, onde serão bioassimilados
e mineralizados, ou seja, processo em que serão produzidos gases, água, sais,
minerais e nova biomassa. O ataque enzimático e a formação dos produtos de
decomposição são específicos em relação ao biopolímero, conjunto de enzimas
utilizadas e ao sítio de ataque. Dependendo destes fatores, a biodegradação de
36
polímeros pode ocorrer, basicamente, por dois mecanismos distintos: hidrólise
biológica e oxidação biológica (SANTOS, 2007).
A hidrólise biológica é catalisada por enzimas hidrolases. Algumas enzimas
proteolíticas (proteases) catalisam a hidrólise de ligações peptídicas e outras as de
ligações éster (figura 13). A velocidade de hidrólise dos polímeros é controlada por
várias propriedades, como estrutura, morfologia e área superficial (FRANCHETTI;
MARCONATO, 2006).
N CN C
N CN C
N C
O
O
O
O
OH
H
H
H
H
C NC N
C NC N
C N
O
O
O
O
O H
H
H
H
A
O
O
n
B
Figura 13 – Estrutura: A) de cadeias polipeptídicas e B) do poli(εεεε-caprolactona) - um polímero contendo ligações éster (In: FRANCHETTI; MARCONATO, 2006, p. 813)
Este mecanismo é seguido pela oxidação biológica das cadeias poliméricas
(catalisada pelas oxigenases), quebra das mesmas, formando cadeias menores e
bioassimilação destas pelos microrganismos. Este processo ocorre em polímeros
contendo hetero-cadeias, tais como amido, celulose e poliésteres alifáticos (figura
14), dos quais os PHAs são exemplos típicos. Nestes últimos, os grupos ésteres são
facilmente hidrolisáveis por esterases de fungos (FRANCHETTI; MARCONATO,
2006).
37
OCH2OH
HOHO
OCH2OH
HOHO
HO
O
O
HOHO
CH2OHO
O
HOHO
CH2OHO
OH
n
12
3
4
5
6
Ligação α (1,4)
A
O
HOO
HO
OO
HO
HO
OH
O O
OH
HO
HO
OO
HO
HO
OO
OH
HO
HO
OO
HO
HO
O
OH OH OHβ-1,4
B
O
OCH3
n
C
Figura 14 – Estrutura da: A) amilose; B) celulose e C) poli(hidroxibutirato) - um poliéster alifático (In: JACOB, 2006, p. 14; FRANCHETTI; MARCONATO, 2006, p. 812 e 813)
A oxidação biológica é a reação de oxidação, na presença de oxigênio, com
introdução grupos peróxidos nas cadeias carbônicas, por ação das monooxigenases
e dioxigenases, seguida por quebra das cadeias e posterior bioassimilação de
produtos de baixa massa molar, como ácidos carboxílicos, aldeídos e cetonas. A
bioassimilação se inicia tão logo estes produtos de baixa massa molar forem
formados no processo de peroxidação. É um mecanismo que se aplica
38
essencialmente a polímeros apenas de cadeia carbônica (FRANCHETTI;
MARCONATO, 2006).
39
5. MATERIAIS E MÉTODOS
5.1. MATERIAIS E REAGENTES
• Batata
• Ralador
• Cadinho de porcelana
• Pistilo
• Peneira
• Bécker 250 mL
• Proveta 100 mL
• Balança digital (Tecnal, B-Tec-1300)
• Pipeta graduada 10 mL
• Pipeta volumétrica 1 mL
• Bastão de vidro
• Vidro de Relógio
• Bico de Bunsen
• Tripé
• Tela de amianto
• Indicador de pH (Merck)
• Placa de petri de plástico
• Estufa (Tecnal - 397/4)
• Água destilada
• Ácido clorídrico (Synth)
40
• Hidróxido de sódio (Synth)
• Glicerina (Cromoline)
5.2. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
5.2.1. Extração e obtenção do amido de batata
Com o auxílio de um ralador, oito batatas de tamanho médio, pesando juntas 762
gramas, foram raladas para apresentar-se na forma de pequenos filetes. Estes
foram divididos em quantidades aproximadamente semelhantes para seguir
separadamente ao processamento de extração.
Cada uma dessas quantidades foram adicionadas a um cadinho de porcelana,
juntamente com 100 mL de água destilada e amassadas com um pistilo para efetuar
a extração do amido contido na batata.
O conteúdo obtido foi peneirado em um béquer de 250 mL. Adicionou-se mais água
destilada ao cadinho com a batata, repetindo-se o processo, e novamente
peneirando o conteúdo no mesmo béquer.
Esperou-se 5 minutos, com o béquer em repouso, para que o amido presente
sofresse decantação (figura 15). Logo em seguida, o sobrenadante foi descartado.
Adicionou-se 100 mL de água destilada ao amido e agitou-se a solução com um
bastão de vidro. Novamente esperou-se por 5 minutos para a decantação do amido
e descartou-se o sobrenadante. O amido ainda úmido foi passado para uma placa
de petri e levado para a estufa, onde foi submetido à secagem por 6 horas à
temperatura de 75°C.
41
Figura 15 - Amido decantado
5.2.2. Obtenção do bioplástico a partir do amido de batata
Em um béquer, foi pesado 2,5g do amido seco e adicionado 25 mL de água
destilada, 3 mL de ácido clorídrico 0,1M e 2 mL de glicerina, agitando-o bem a cada
adição.
Em seguida, colocou-se um vidro de relógio sobre o béquer com a mistura e levou-
se ao bico de bunsen para aquecimento em uma chama branda por 15 minutos
(figura 16). Logo após, aguardou-se o resfriamento da mistura e então neutralizou-se
com hidróxido de sódio 0,1M. Foi utilizado indicador universal de pH para verificar a
neutralização da mistura.
42
Figura 16 – Aquecimento da mistura para obtenção do bioplástico
A mistura polimérica foi colocada em uma placa de petri de plástico (figura 17) e
levada para a estufa, onde ficou submetida à temperatura de 60°C por 24 horas para
a secagem, obtendo-se assim, o bioplástico.
43
Figura 17 – Mistura polimérica antes da secagem
44
6. RESULTADOS E DISCUSSÃO
O trabalho foi dividido em duas etapas: a extração do amido da batata e a obtenção
do bioplástico, sendo utilizada para isto a metodologia exibida em vídeo presente no
site: http://bioplasticnews.blogspot.com/search/label/Videos.
Para o processo de extração do amido, o rendimento é variável a cada procedimento
executado. O rendimento é influenciado pela concentração de amido presente, como
e por quanto tempo a batata foi amassada. Desta forma, é possível utilizar menos
quantidade de batatas e obter maior quantidade de amido, bem como utilizar mais
batatas e obter menos amido.
Foram utilizados 762 gramas de batata (oito batatas de tamanho médio), que foram
amassadas para que fosse extraído o amido presente. Posteriormente, este foi
lavado, purificado e levado para a estufa, gerando aproximadamente 42 gramas do
amido seco (figura 18), garantindo rendimento de 5,51%.
A adição de água ao amido após a decantação, no processo de extração, tem a
finalidade de lavar e purificar o amido, removendo possíveis partículas presentes na
solução.
45
Figura 18 – Amido seco obtido após extração
Na segunda etapa, ou seja, na obtenção do bioplástico, água tem a função de atuar
como um agente desestruturante do grânulo, com o rompimento das ligações de
hidrogênio entre as cadeias e também age como plastificante. O ácido clorídrico
atua quebrando as ligações glicosídicas, diminuindo a cadeia polimérica, facilitando
a mobilidade entre das moléculas. Já a glicerina, utilizada como plastificante, tem a
função é tornar os filmes mais flexíveis e facilitar a processabilidade (TEIXEIRA,
2007; CEREDA; VILPOUX, 2004).
Com o aquecimento da mistura, os grânulos do amido começam a intumescer, até
que em certa temperatura, a energia do sistema torna-se suficiente para vencer as
ligações de hidrogênio presentes no grânulo do amido, com perda da cristalinidade,
enquanto que as regiões amorfas são solvatadas e os grânulos incham rapidamente,
acarretando no seu rompimento e assim passando a ser completamente solúveis,
transformando o sistema em um gel (DA RÓZ, 2004).
Após a neutralização e secagem da mistura em estufa, a fim de evaporar água,
ocorre um rearranjo das moléculas de amido devido à forte tendência de formação
46
pontes de hidrogênio entre moléculas adjacentes, favorecendo a recristalização e a
formação do filme bioplástico (figura 19).
Figura 19 – Bioplástico obtido após secagem
47
7. OBTENÇÃO DE BIOPLÁSTICO A PARTIR DE AMIDO COMO TEMÁTICA PARA O ENSINO DA ESTRUTURA, PROPRIEDADES E APLICAÇÕES DOS POLÍMEROS NATURAIS E SINTÉTICOS
É muito fácil perceber que a química ainda é vista pela maioria dos alunos do ensino
médio como uma disciplina difícil e complexa. Observa-se também que o conteúdo
programático no ensino de química baseia-se em métodos mecanicistas de
definições, regras, fórmulas, nomenclaturas, classificações, restando aos alunos a
memorização e o estudo de conteúdos não relacionados com seu cotidiano.
Pensando desta forma, o aluno perde o interesse nas aulas e torna ainda mais
problemática a intensa necessidade de assimilação dos conteúdos ensinados pelo
professor, o que dificulta ou até impossibilita que os alunos e por conseqüência a
sociedade de modo geral, compreendam que muitos eventos e objetos cotidianos
são oriundos de fenômenos que envolvem reações químicas (SOUZA, 2007).
Um dos grandes desafios atuais nas escolas de ensino médio é construir uma ponte
entre o conteúdo a ser ensinado e o mundo cotidiano dos alunos. Este vínculo
beneficia muito o aluno, fazendo-o perceber a importância dessa ciência para o
avanço científico e tecnológico e sua presença na vida desde os eventos mais
simples, como respirar e coar o café. A química é uma disciplina na qual pode
abusar-se de exemplos do cotidiano, possibilitando a abertura de um leque muito
grande de conteúdos para abordagem em sala de aula (VALADARES, 2001).
Outro aspecto muito importante para melhorar o ensino de química é a
experimentação, quase sempre ausente e esquecida nas escolas de ensino médio,
mesmo a química sendo uma ciência experimental por definição. Porém, a falta de
infra-estrutura como laboratórios, equipamentos, reagentes ou a própria manutenção
dos mesmos, são obstáculos bem conhecidos à viabilização de aulas práticas. Neste
contexto, as escolas poderiam adotar aulas experimentais com materiais de uso
cotidiano, próximo ao aluno, de fácil obtenção e de baixo custo (SILVA et al., 2001).
A implementação de freqüentes aulas práticas seria ideal, pois contribuiria no
desenvolvimento dos conceitos a partir da observação e também aumentaria a
48
participação dos alunos nas aulas, tornando o aprendizado mais significativo (DIAS;
GUIMARÃES; MERÇON, 2003).
O experimento realizado neste trabalho, ou seja, obtenção de bioplástico a partir do
amido de batata engloba tanto a experimentação com materiais de fácil acesso
quanto à relação com o cotidiano.
Sendo aplicado aos alunos, este único experimento serve de base para abordar
diversos conteúdos, principalmente os referentes a polímeros. Para iniciar o ensino
deste tema, podem-se definir polímeros como “macromoléculas de alta massa molar,
formadas por unidades de moléculas menores chamadas monômeros”
(MARCONATO E FRANCHETTI, 2002) e abordar que as reações pelas quais os
monômeros são ligados são chamadas reações de polimerização (figura 20).
CH2 CH
CH3
m polímeroCH2 CH
CH3
CH2 CH
CH3
CH2 CH
CH3npropilenomonômero Polímero polipropileno
(m e n são números grandes)
unidades monoméricas
Figura 20 – Ilustração de uma reação de polimerização (In: adaptado de SOLOMONS, 1996, p. 418)
É possível ensinar que o plástico é um tipo de polímero e que “embora sólidos a
temperatura ambiente em seu estado final, quando aquecido acima da temperatura
de amolecimento tornam-se fluidos e passíveis de serem moldados, por ação
isolada ou em conjunto de calor e pressão” (SPÍNACÉ; DE PAOLI, 2005). Existem
muitos tipos de plásticos, sendo os principais os polihidrocarbonetos, os poliésteres
e as poliamidas (figura 21).
49
CH2 CH
Cl ncloreto de polivinila
Polihidrocarboneto
NH C (CH2)5 NH C (CH2)5 NH C
O O O
n
náilon 6
Poliamida
C C O
OO
CH2CH2 On
polietilenotereftalato-PET
Poliéster
Figura 21 – Estrutura de alguns plásticos (In: SOLOMONS, ano, p. 470, 869 e 871)
Ao abordar as estruturas dos plásticos, também podem ser exploradas as funções
orgânicas, fazendo uma revisão sobre este tema. Além disso, as estruturas dos
polímeros refletem nas suas propriedades físicas [viscosidade, densidade,
resistência mecânica e química, estado de transição vítrea (Tg) e temperatura de
fusão cristalina], as quais dependem do tipo de interação intermolecular presente na
molécula (MANO; MENDES, 2004). Estas interações são “forças de atração, de
natureza eletrostática, que mantêm as moléculas unidas nos estados sólido e
líquido”. Dispersão de London, interações dipolo-dipolo, ligações de hidrogênio e
interação íon-dipolo são exemplos de interações intermoleculares. As primeiras são
as mais fracas, pois ocorrem em moléculas apolares onde não existe um dipolo
permanente (CURI, 2006). O polietileno é um representante deste tipo de interação
(figura 22).
50
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
n
Polietileno
Figura 22 – Estrutura do polietileno (In: CURI, 2006, p. 20)
Em moléculas polares as interações são um pouco mais fortes, pois nestas os
dipolos são permanentes. Já as ligações de hidrogênio são ainda mais fortes, devido
à diferença de eletronegatividade existente entre o hidrogênio e os átomos de
oxigênio, nitrogênio ou flúor (CURI, 2006). A celulose representa esta interação
(figura 23).
OO
OO
O
OHO
OH
HO OHOHHO H2C
H2C
OH
OH2C
OHOH
n
Celulose
Figura 23 – Estrutura da celulose (In: CURI, 2006, p. 20)
As interações íon-dipolo são muito mais fortes do que as ligações de hidrogênio
presentes entre os grupos OH da celulose e as moléculas de água. A interação íon-
dipolo é a responsável pela solvatação dos íons quando uma substância iônica se
dissolve em água. É também esta interação que permite ao poliacrilato de sódio
(figura 24), um polímero superabsorvente, possuir grande afinidade com água, uma
vez que este contém os íons sódio e carboxilato formando a interação íon-dipolo
(CURI, 2006).
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O-Na+O
n
Poliacrilato de sódio
Figura 24 – Estrutura do poliacrilato de sódio (In: CURI, 2006, p. 20)
São estas diferenças entre as interações intermoleculares que explicam, por
exemplo, porque o papel e as fraldas descartáveis, compostos respectivamente por
celulose e poliacrilato de sódio, interagem com a água, absorvendo-a, enquanto que
os plásticos constituídos de moléculas de polietileno, não interagem.
O tema ainda possibilita abordar o impacto ambiental gerado pelos plásticos, o seu
tempo de degradação no meio ambiente e ainda medidas para minimizar o acúmulo
por descarte indevido, como a reciclagem, no caso dos polímeros sintéticos e a
ampliação do uso de plásticos biodegradáveis.
52
8. CONCLUSÃO
A metodologia empregada para a extração do amido da batata e posterior utilização
do mesmo na obtenção do bioplástico foi eficiente, resultando em um bioplástico
transparente, maleável e resistente.
Os bioplásticos têm se mostrado cada vez mais como uma alternativa eficaz para
minimizar o impacto ambiental gerado pelo descarte indevido de plásticos sintéticos.
Eles geram resíduos de curta duração, sendo degradados facilmente pelo solo em
poucos meses, integrando-se totalmente a natureza. Além disso, os bioplásticos
substituem e apresentam propriedades similares aos plásticos convencionais,
possuindo ainda muitas aplicações em diversas áreas.
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REFERÊNCIAS
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