ELABORAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE FILME BIODEGRADÁVEL E ATIVO COM EXTRATO DE BETERRABA (BETA VULGARIS L.)

Capítulo de livro publicado no livro do VIII ENAG E CITAG. Para acessa-lo  clique aqui.

DOI: https://doi.org/10.53934/9786585062046-84

Este trabalho foi escrito por:

Damião Alisson de Lima ^*; Bruno Raniere Lins de Albuquerque Meireles  ; Lauanna Stefhanny de Souza Rapozo  ; Neylton Marinho da Rocha; Sthelio Braga da Fonseca; Rayssa do Espírito Santo Silva;

*Autor correspondente (Corresponding author) – Email [email protected]

Resumo

Nos últimos anos vem se investigando e desenvolvendo pesquisas relacionadas com a elaboração de embalagens ativas e biodegradáveis que, além de minimizar as reações químicas indesejáveis nos alimentos ainda diminua o impacto ambiental causados por embalagens comuns. Logo, objetivou-se elaborar um filme biodegradável ativo adicionado de extrato de beterraba e caracterizá-lo quanto as suas propriedades físicas e químicas. Foram realizadas análises de: betalaínas, fenólicos totais, cor, pH, índice de intumescimento, coeficiente de transmissão de vapor de água (CTVA), opacidade, solubilidade em água e degradabilidade. O extrato apresentou luminosidade (23,58), a* (23,77), b* (18,15), pH de 6,35, betalaínas (175,20 mg/L) e fenólicos totais de 96,12 mg EAG/g. Já o filme apresentou opacidade de 56,47%, solubilidade de 32,26%, CTVA foi de 2,6×10^-5 gH₂O.mm/m².h. mmHg, o ΔE (variação de cor) foi de 4,12 sendo a mudança de cor não perceptível pelo olho humano, o intumescimento ao final da análise foi de 81,51% e na análise de degradabilidade, o filme apresentou em 20 dias 96,85% de degradação. Pode-se concluir que foi possível elaborar um extrato de beterraba com boa concentração de compostos bioativos de interesse na tecnologia de alimentos e aplicá-lo em um filme biodegradável que apresentou ótimas características físicas, estando apto para ser aplicado em alimentos e agir retardando reações indesejáveis, aumentando sua vida útil.

Palavras-chave: Extrato de beterraba; Embalagem biodegradável; Filme ativo; 

Abstract:

In recent years, research related to the development of active and biodegradable packaging has been investigated and developed, which, in addition to minimizing undesirable chemical reactions in food, also reduce the environmental impact caused by common packaging, so this work aimed to develop a biodegradable film. that was active added beet extract and characterized it. Analyzes of: betalains, phenolics, color, pH, swelling index, water vapor transmission coefficient (WATC), opacity, water solubility and degradability were performed. The extract showed luminosity (23.58), a* (23.77), b (18.15), neutral pH of 6.35, total betalains of 175.20 mg/L, and phenolics of 96.12 mgEAG/g. The film had an opacity of 56.47%, solubility of 32.26%, CTVA was 2.6×10^-5 gH₂O.mm/m2.h.mmHg, ΔE (color variation) was 4.12, being considered not perceptible by the human eye, the swelling at the end of the analysis was 81.51% and in the degradability analysis the film showed 96.85% degraded in 20 days. Based on these results, it can be concluded that it was possible to make a beetroot extract with a good concentration of compounds of interest in food technology and apply it in a biodegradable film that presented excellent physical characteristics, being able to be applied in food and act by delaying undesirable reactions increasing its useful life.

Keywords: Beetroot extract; Biodegradable packaging; Active film;

INTRODUÇÃO

Atualmente percebe-se o surgimento de novas tecnologias relacionadas aos materiais para produção de embalagens para alimentos, isso está ligado a nova tendência do mercado que é a substituição de compostos sintéticos por naturais, visando diminuir o impacto ambiental causado pela deposição dessas embalagens sintéticas no meio ambiente. Com isso, surgem os filmes biodegradáveis que possuem grande visibilidade tecnológica devido a seu baixo custo e rápida decomposição. São considerados não tóxicos, ou seja, podem ser aplicados diretamente no alimentos agindo na conservação dos mesmos, pois funcionam como uma barreira aos fatores externos, como sujidades, gases, luz, umidade e compostos aromáticos, controlando a transferência de massa (1).

Atrelado a esse seguimento, a indústria de alimentos visa através de estudos e testes a inserção de compostos que atuem de forma ativa no alimento, e os filmes podem atuar como veículo para esses aditivos, enriquecendo, protegendo e aumentando a vida de prateleira daqueles alimentos que possuem maior susceptibilidade a reações indesejáveis como por exemplo, a oxidação lipídica em produtos de origem animal. Uma alternativa para retardar essa reação é a adição de extratos vegetais nesses filmes por possuírem sustâncias consideradas antioxidantes, como o extrato de beterraba.

A beterraba (Beta vulgaris L.) é originária das regiões de clima temperado da Europa e Norte da África, sendo no Brasil cultivada principalmente no Sul e Sudeste, ela apresenta alta capacidade de cultivo e baixo custo de processamento. Tecnologicamente falando, a inserção do extrato desse vegetal em filmes se torna interessante devido a beterraba possuir compostos bioativos como as betalaínas que são importantes antioxidantes capazes de retardar a peroxidação lipídica nos alimentos (2). Mediante o exposto, essa pesquisa objetiva elaborar e caracterizar um filme ativo biodegradável com adição de extrato de beterraba.

MATERIAL E MÉTODOS

1. Obtenção dos extratos de beterraba

As beterrabas para o estudo foram adquiridas no mercado varejista da cidade de Pombal/PB, foram escolhidas em fase de maturação intermediária e após a seleção foram levadas para o Laboratório de Carnes e Pescados da Universidade Federal de Campina Grande, Campus de Pombal/PB, sanitizadas em água clorada a 100 ppm para dar prosseguimento com a pesquisa.

Os extratos de beterraba (Beta vulgaris L.) foram obtidos a partir da solubilização do material vegetal com 70% de etanol e 30% de água, obedecendo uma proporção amostra: mistura de solvente de 1:2, sob agitação mecânica (Incubadora TE-420) por 4 horas a 120 rpm, em temperatura ambiente de 25 ± 2°C. Posteriormente, o extrato foi filtrado em papel filtro e mantido ao abrigo de luz e sob refrigeração a 6 ± 2°C.

• Análises físico-químicas dos extratos

O extrato hidroalcoólico de beterraba foi submetido às seguintes análises físico-químicas:

• Quantificação do teor de betalaínas totais:

A quantificação do teor de betalaína foi realizada por espectrofotometria. Para o cálculo da concentração das betalaínas, foi utilizada a Equação 1.

Teor de betalaína (mg/L) = (A*DF*MW*1000) / (ε*L)                 (Equação 1)

Em que, A é a absorção λmáx (538 nm) corrigida pela absorção a 600 nm; DF é o fator de diluição empregado; MW é a massa molar (g/mol); ε é a absortividade molar (L mol-1 cm-1) e L é o comprimento do percurso da luz (cm). Sendo, os resultados expressos em mg/L de extrato.

• Teor de fenólicos totais:

A avaliação do teor de fenólicos totais do extrato obtido foi determinada de acordo com o método de Folin-Ciocalteu, com modificações de (3). As leituras das absorbâncias das misturas foram medidas a 760 nm em UV-vis da Shimadzu, modelo UV-2550. O ácido gálico foi usado na curva padrão e os resultados foram expressos em termos de ácido gálico equivalente (mg GAE/g extrato).

2.3.  Colorimetria:

Foi utilizado o Colorímetro (Konica Minolta, modelo CR-10) para leitura dos parâmetros L* (luminosidade), a* (intensidade de vermelho/verde) e b* (intensidade de amarelo/azul).

2.4. pH:

Foi quantificado por pHmetro digital (Gehaka, modelo PG 2000), seguindo as recomendações do método 977.20, descrito por (4).

• Preparo das embalagens ativas de beterraba

Os filmes foram elaborados utilizando gelatina, alginato e glicerol, sendo este, adicionado com a função de agente plastificante. A gelatina (2% m/v) foi dispersa em água destilada sob homogeneização. Em seguida, foi adicionado o alginato (2% m/v) e glicerina (2% m/v) submetendo-os ao aquecimento de 90 ºC por 10 minutos. Em seguida, foi acrescido   20% (v/v) do extrato hidroalcoólico de beterraba, homogeneizando-se por aproximadamente 5 minutos. Posteriormente, a formulação foi colocada em placas estéreis e submetidos à secagem em estufa de ar circulante a 40 ºC por aproximadamente 7 horas.

• Determinação das propriedades mecânicas e hidrofílicas do filme

Foram avaliados os seguintes parâmetros:

• Cor:

 A cor foi avaliada utilizando Colorímetro Konica Minolta, modelo CR- 10 para leitura dos parâmetros L* (luminosidade), a* (intensidade de vermelho/verde) e b* (intensidade de amarelo/azul), onde os filmes foram analisados em sextuplicata. A mudança de cor (ΔE) em relação ao tempo foi calculada de acordo com a Equação 1.

Onde: L₀*, a₀ * e b₀* são os parâmetros de cor do filme utilizado como referência (inicial) e L*, a* e b* são os atributos de cor dos filmes ao fim dos 60 dias.

1. Espessura:

A espessura foi determinada utilizando-se um paquímetro digital da marca Mitutoyo, com divisões de 0,01 mm, em dez pontos aleatórios para todos os filmes.

1.  Índice de intumescimento:

Os filmes foram cortados em 4 cm² e mantidos em dessecador com sílica gel por 4 dias. Após esse período, as amostras foram pesadas e submetidas a um processo de imersão em água destilada em intervalos de tempo de 1, 2 e 3 minutos. O cálculo do índice de intumescimento foi realizado conforme a metodologia descrita por (5).

1. Coeficiente de transmissão de vapor de água:

Para avaliação do coeficiente de transmissão do vapor de água (CTVA) foi utilizada a metodologia descrita por (6) pelo Método do Dessecador Invertido, utilizando solução NaCl 15% (m/v) sob vácuo e em ambiente com temperatura (24°C) e umidade (91%) controladas. As amostras foram avaliadas em triplicata durante seis dias, em intervalos de tempo de 12 em 12 horas. O coeficiente de transmissão de vapor de água foi calculado de acordo com a Equação 2 onde Ci é o coeficiente angular da reta gerada pelo ganho de peso da sílica em função do tempo; X, é a espessura (mm) e A, é a área do filme (m2); Ps, é a pressão de saturação de vapor de água à 25°C (22,2mmHg); UR1, é a umidade relativa na câmara (70 %) e UR2, é a umidade relativa no interior da cápsula (0 %). O resultado foi expresso em gH₂O.mm/m².h.mmHg.

1. Opacidade:

Para a avaliação da opacidade dos filmes foi empregada a metodologia descrita por (7) sendo calculada com base na absorbância do filme a 600 nm dividida pela espessura do filme, conforme a Equação 3. A transmissão de luz ultravioleta-visível (UV-Vis) do filme foi registrada pelo equipamento espectrofotômetro SP-220 (Biospectro) e a espessura foi medida utilizando-se um paquímetro digital da marca Mitutoyo.

Opacidade = abs (600nm) /espessura(cm)x 100       (Equação 3)

1. Solubilidade em água:

Os valores de solubilidade em água foram obtidos seguindo o método descrito por (7). Os filmes foram cortados nas medidas de 2 x 2 cm, sendo as amostras secas em estufa de circulação na temperatura de 105°C por 24 horas, para se alcançar peso constante. Em seguida, as amostras de filmes foram imersas diretamente em 30 mL de água destilada a 25 °C por 24 horas, então foram coletadas e passaram por secagem novamente em estufa até obter peso constante.      A solubilidade dos filmes foi calculada utilizando a Equação 4 abaixo:

Solubilidade (%) = [(Pi – Pf)/Pi ] x 100                   (Equação 4)

Onde: Pi e Pf representam os pesos iniciais e finais das amostras secas, respectivamente.

1.  Degradabilidade:

A avaliação da degradabilidade dos filmes foi realizada através da verificação da perda de massa quando exposto à microbiota natural encontrada no solo por um período de 20 dias. As amostras foram cortadas em forma quadrada (2 x 2cm), pesadas e enterradas em bandejas de plásticos com 12 cm de profundidade. A cada 5, 10, 15 e 20 dias, os filmes foram desenterrados e retirados do contato com o solo com auxílio de uma pinça e lavados com água destilada para eliminar os resquícios de terra, em seguida foram secos em estufa a 50 °C por 24 h (8). O percentual de degradação foi calculado através da Equação 5 a seguir:

Degradabilidade (%) = (mi-mf) /mi x 100    (Equação 5)

Onde: mi é a massa inicial do filme e mf é a massa final

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Na Tabela 1 estão representados os valores das análises físico-químicas realizadas no extrato hidroalcoólico de beterraba.

Tabela 1: Valores médios dos parâmetros físico-químicos analisados no extrato hidroalcoólico de beterraba.

Parâmetro	Extrato de beterraba (Média ± Desvio padrão)
L	23,58 ± 0,2
a*	23,77 ± 0,4
b*	18,15 ± 0,2
pH	6,35 ± 0,09
Betalaínas Totais (mg/L)	175,20 ± 0,4
Compostos Fenólicos (mg EAG/g)	96,12 ± 1,2

O extrato apresentou coloração satisfatória. O valor de L indica a luminosidade e pode variar de 0 a 100, o resultado obtido sinaliza que o extrato elaborado apresentou luminosidade de 23,58, porém (9) analisando a luminosidade de extrato hidroalcoólico de beterraba alcançou um valor superior de 32,65, o que indica que o extrato elaborado nessa pesquisa estava mais concentrado, não prevalecendo a transparência da água, a qual apresenta alta luminosidade.

O parâmetro a* representa a tonalidade que varia entre verde (valores negativos) e vermelho (valores positivos), o extrato analisado obteve média de 23,77 sugerindo a predominância da cor vermelha assegurando os resultados visuais, em que o extrato apresentou coloração semelhante à da beterraba in natura, possivelmente por conta do alto teor de betaninas, composto derivado das betalaínas responsável pela coloração vermelha, presente no bulbo das beterrabas (10).

Já a coordenada b* em que sua escala de cor varia do amarelo (valores positivos) ao azul (valores negativos), obteve para o extrato de beterraba hidroalcoólico valor médio de 18,15 o que favorece a predominância da coloração vermelha, sendo uma característica positiva para o estudo.

O extrato apresentou pH de 6,35. Segundo (11) que analisando o pH em beterrabas obteve variando entre 6,24 e 6,65, o pH tem influência direta na cor e na substância química dos pigmentos, incluindo as betalaínas que possuem instabilidade, pois, valores de pH abaixo de 3 e acima de 7 gera degradação provocando mudança de cor.

Em relação as betalaínas totais o extrato de beterraba apresentou média de 175,20 mg/L, esse valor é superior ao encontrado por (12) que ao analisar o teor de betalaínas em extrato hidroalcoólico de beterraba obteve 44,46 mg/L, evidenciando que esse pigmento se mostrou mais estável no extrato em estudo sendo influenciado por fatores como o pH, forma de extração, tipo de solvente utilizado, além das condições de cultivo da beterraba.

Os compostos fenólicos são importantes nos alimentos pois atuam como antioxidantes primários que promovem a remoção ou inativação dos radicais livres formados durante a fase de iniciação ou propagação da oxidação lipídica, mediante a doação de átomos de hidrogênio a essas moléculas (13). O teor de fenólicos totais no extrato hidroalcoólico de beterraba em estudo foi de 96,12 mg de EAG/100g, superior ao encontrado por (12) que obteve 1101,7 µg EAG/100g, essa diferença de valor se dá pelo fato de os compostos fenólicos se degradarem rapidamente devido a sua alta reatividade sob diferentes condições, tais como temperatura, pH, oxigênio e luz (14). A Figura 1 mostra o filme polimérico com adição de extrato hidroalcoólico de beterraba elaborado, e na Tabela 2 estão representados os resultados médios das análises das propriedades mecânicas e hidrofóbicas dessa embalagem.

Segundo Iahnke (15) a transparência ou opacidade de filmes é medida através da sua transmitância interna, quanto maior o valor de transmitância, mais transparente é o filme, logo, o filme com adição de extrato de beterraba analisado apresentou uma baixa transmitância de energia luminosa, pois obteve-se 56,47% de opacidade, se mostrando uma ótima barreira à luz que é um dos fatores desencadeadores da oxidação lipídica. Esse resultado se dá pela adição do extrato de beterraba que possui uma coloração escura, além disso, a glicerina adicionada na formulação pode agir ligando-se à matriz polimérica, o que acaba reduzindo os espaços entre as cadeias dificultando a passagem luminosa (16).

A solubilidade em água é uma das propriedades mais importantes quando se fala em filmes poliméricos, pois ela pode determinar a funcionalidade e aplicação do filme como embalagem alimentícia, uma vez que ela pode requerer uma maior hidrofobicidade em água com afim de aumentar a integridade do alimento ou uma menor solubilidade quando se trabalha com produtos para pronto consumo (15). O filme analisado apresentou baixa solubilidade em água de 32,36%, esse resultado se justifica pela presença do agente plastificante glicerina, pois segundo (17), a glicerina associada a matriz polimérica torna o filme mais vulnerável ocupando uma área maior na superfície do filme e por possuir caráter higroscópico facilita a solubilidade em água, porém, essa solubilidade é favorável pois facilita o contato dos compostos fenólicos com o alimento agindo de forma mais eficaz contra a oxidação lipídica.

Tendo em vista que a permeabilidade é uma propriedade importante na seleção de um filme para recobrimento de alimentos, pois ela diminui a interação do alimento com o ambiente externo funcionando como uma barreira preservando as características sensoriais como umidade, suculência e textura. O filme com extrato de beterraba apresentou coeficiente de transmissão de vapor de água (CTVA) de 2,6×10^-5 gH₂O.mm/m².h.mmHg, valor superior ao encontrado por (18) que obteve 2,13×10^-11 gH₂O.mm/m².h.mmHg em filmes de amido de mandioca, porém, (19) reporta que fatores como a concentração de plastificante, a espessura, as características das moléculas permeantes, as interações entre cadeias poliméricas e o grau de reticulação influenciam na permeabilidade ao vapor de água em filmes poliméricos.

A cor do filme pode afetar na aceitação do produto tanto em aplicações comestíveis quanto em não comestíveis como é o caso da embalagem em estudo, que ao final dos 60 dias de armazenamento, o filme com extrato de beterraba apresentou uma diferença de cor (ΔE) média de 4,12, valor inferior ao encontrado por (18) que foi um ΔE  variando de 6,92 a 13,99 em filme polimérico de amido de mandioca, tendo em vista que segundo Alves (20) quando o valor do ΔE é maior que 5 a diferença pode ser facilmente perceptível pelo olho humano, enquanto que os valores acima de 12  correspondem a uma diferença absoluta de cor, notável mesmo para painéis não treinados. Logo, o resultado obtido para o filme em análise não excedeu esse parâmetro, assim, pode-se atestar que a variação de coloração não teria influência na aceitação do consumidor

O resultado da análise de índice de intumescimento está apresentado na Figura 2. Esse parâmetro determina o grau de absorção de água pelo filme de beterraba.

De acordo com a Figura 2, o filme apresentou nos primeiros 5 minutos uma absorção de água em média de 71,63% havendo um aumento de aproximadamente 9% aos 10 minutos e após isso demonstrou uma tendência a estabilidade na taxa de absorção, obtendo o valor de 81,51% ao final da análise. Os resultados sugerem que essa absorção de água foi causada principalmente pela glicerina e alginato adicionados devido a suas higroscopicidades. É importante destacar que não é interessante que o filme absorva a água presente nas almôndegas, uma vez que sensorialmente a água tem a função de dar suculência e maciez, logo, uma possibilidade para evitar esse problema seria a mudança do tipo de plastificante para um menos hidrofílico ou realizar a reticulação do filme com íons de cálcio, pois segundo Lima (21) a reticulação influencia na melhoria das propriedades hidrofílicas dos filmes com alginato, tornando a estrutura mais compacta e diminuindo a solubilidade.

A Figura 3 mostra o resultada da análise de degradabilidade no filme com adição de extrato de beterraba.

Como visto na Figura 3 o filme com adição de beterraba apresentou nos primeiros 5 dias 46,54% de degradabilidade chegando ao final dos 20 dias de análise com 96,85% de degradação apresentando pela equação da reta uma tendência para total degradabilidade em menos de 25 dias. Santos (22) relata que os filmes poliméricos ao serem expostos em condições de descarte como presença de umidade, contato com o solo e raios solares se degradam pois os microrganismos encontrados no solo liberam enzimas capazes de quebrar as ligações moleculares do filme, transformando os polímeros em fragmentos moleculares de fácil digestão por fungos e bactérias, sendo que a quantidade de biomassa que resulta deste processo é relativamente inofensiva ao meio ambiente, logo, o filme com extrato de beterraba pode ser considerado biodegradável ajudando a reduzir a poluição ambiental e a contaminação do solo, da água e do ar.

CONCLUSÕES

Diante os resultados obtidos, pode-se concluir que: Foi possível elaborar um extrato de beterraba com ótimas propriedades químicas e adiciona-lo no processo de elaboração de um filme biodegradável que apresentou boas propriedades físicas, estando este apto em trabalhos futuros para a aplicação em alimentos que possuam propensão a oxidação.

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