Desenvolvimento e avaliação de filme biodegradável de polietileno incorporado de amido de grão-de-bico (Cicer arietinum L.) - Oliveira, Talita Moreira de (Universidade Federal de Viçosa, 2007)
A preocupação com a poluição causada pelo grande volume de plásticos descartados no ambiente tem levado ao estudo de novos materiais biodegradáveis. O amido é um dos polímeros naturais com maior potencial de aplicação no desenvolvimento de embalagens biodegradáveis, por ser renovável e obtido a partir de diversas fontes a baixo custo. O grão-de-bico é promissor para a utilização em filmes, principalmente pelo seu alto teor de amilose. O objetivo desse trabalho foi extrair e caracterizar o amido de grão- de- bico e incorporá-lo na produção de filme biodegradável de polietileno. O amido de grão-de-bico apresentou 28% de rendimento no processo de extração, com alta pureza. A observação em microscopia eletrônica de varredura mostrou grânulos de amido com formato cilíndrico e oval, com dimensões de 20 μm de comprimento e 10 μm de largura. O padrão de cristalinidade mostrado por difratometria de raios- X foi do tipo C, típico de leguminosas. A análise das propriedades de pasta foi feita por calorimetria diferencial de varredura (DSC) e analisador rápido de viscosidade (RVA). Em DSC, foi encontrada a temperatura inicial de gelatinização de 65,51°C, a final de 86,90°C e a entalpia de gelatinização de 12,12 J/g. O RVA mostrou uma temperatura inicial de gelatinização de 73,1°C, valores elevados de viscosidade, baixa quebra e alta tendência à retrogradação. O amido apresentou pouco inchamento e solubilidade, mesmo à temperatura de 90°C. O gel de amido de grão-de-bico mostrou-se turvo e com alta sinerese e apresentou elevada dureza e elasticidade em análise de perfil de textura. A resistência ao aquecimento, alta viscosidade da pasta e boa capacidade de formação de géis do amido de grão-de-bico asseguram sua potencial utilização em filmes que sofrem a ação de pressão e temperatura elevadas. Os filmes de polietileno (PE) incorporados com o amido de grão-de-bico nas concentrações de 5, 10, 15 e 20% foram processados em extrusora mono-rosca, utilizando 2.5% acetil tributil citrato (ATBC) como plastificante. Os filmes com menores concentrações de amido apresentaram boa distribuição na matriz do PE, e gelatinização dos grânulos de amido mais completa. Aqueles com maiores concentrações provocaram desestruturação dos filmes devido à não gelatinização de boa parte dos grânulos. A incorporação do amido nos filmes de PE resultou em aumento da opacidade, mas não provocou alteração no padrão de cristalinidade e na temperatura de transição vítrea. Em termos de propriedades mecânicas, os filmes com amido se apresentaram rígidos e quebradiços, perdendo a capacidade de alongamento. Os filmes perderam peso nos testes de biodegradação no solo e na água, de no máximo 3% após 90 dias, com tendência de aumento com o tempo. Houve crescimento de fungos nos filmes enterrados no solo e algas naqueles submersos em água. O início da degradação se deu exatamente nos pontos de acúmulo de grânulos de amido, o que provocou a formação de buracos. Os resultados mostram incompatibilidade entre o plastificante ATBC e o PE, com exsudação e perda do plastificante para o ambiente, o que não era esperado. O amido de grão-de-bico permitiu a formação de filmes plásticos, com melhores propriedades mecânicas e aparência naqueles com concentrações mais baixas de amido incorporado, e favoreceu o aumento na taxa de degradação no ambiente. Estudos posteriores são necessários para a sua aplicação como embalagem alimentar.

The concern with the pollution caused by the great volume of waste plastics in the environment has led to the study of new biodegradable materials. The starch is one of natural polymers with greater potential of application in the development of biodegradable packaging, which is renewable and can be obtained from much variety of crops at low cost. Chickpea is promising for the use in films, mainly for its high quantity of amylose. The aim of this study was to extract and characterize starch from chickpea and use it to produce a biodegradable film of polyethylene. Chickpea starch yield was of 28%, having high purity. Scanning electron micrographs revealed cylindrical and oval granules, with mean length and width of 20 μm and 10 μm, respectively. X-ray pattern could be assigned to a C- type starch, typically of legume seeds. Pasting properties from chickpea starch were measured using differential scanning calorimetry (DSC) and rapid visco analyzer (RVA). The DSC parameters such as onset temperature, conclusion temperature and enthalpy of gelatinization were 65.51°C, 86.90°C and 12,12 J/g, respectively. Pasting temperature evaluated from RVA was 73.1°C and was observed high viscosity values and set-back and low shear thinning. Chickpea starch showed low swelling power and solubility at 90°C. Starch gel showed high turbidity values and syneresis and, at texture profile analysis, were observed high compressive force and springiness. The heating resistance, high paste viscosity and good capacity to form gel could be related to a great potential to use chickpea starch for films that suffer high pressure and temperature during processing. Polyethylene films incorporated with 5, 10, 15 and 20% chickpea starch and plasticized with 2.5% of acetyl tributyl citrate (ATBC) were processing at a single-screw extruder. Films with less starch concentration presented good appearance and well gelatinized granules and that ones with more starch had structural problems because of not totally gelatinized granules. The incorporation of starch in the PE films resulted in increase of the opacity and it did not provoke alteration in the crystallinity pattern and the glass transition temperature. In terms of mechanical properties, the films with starch showed a characteristic of a rigid and brittle material, losing the elongation capacity. The films had lost weight in the biodegradation tests at soil and water, of 3% maximum after 90 days, with trend of increase with the time. It had growth of fungus in the films embedded in soil and algae in that submerge in water. The microorganisms had initiated the degradation for the starch points, provoking formation of holes. The control film (without starch and with plasticizer) showed to have incompatibility between ATBC and PE, with loss of the plasticizer for the environment. The chickpea starch allowed the formation of plastic films, with better mechanical properties and appearance at lowest concentrations, and increased the biodegradation at the environment. More studies are necessary for its application as food packaging.
Development and evaluation of biodegradable film of polyethylene incorporated with chickpea starch (Cicer arietinum L.)
Keywords: Propriedades funcionais; Amido de grão-de-bico; Filme biodegradável; Functional properties; Chickpea starch; Biodegradable film; CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::CIENCIA E TECNOLOGIA DE ALIMENTOS::TECNOLOGIA DE ALIMENTOS