Contribuição da xilana para as propriedades físico-químicas e de biodegradação em bioplásticos à base de amido.
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Data
2021-07-22
Autores
Macedo, João Victor Carpinelli
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
Plastic has served society very well for decades, being able to present itself as a light and moldable material, mechanically and thermally resistant, inert to chemical products, electrical insulator, in addition to having interesting optical characteristics such as its transparency. Such characteristics, associated with the low price of its raw material, a residue from the processing of petroleum until then little used, made it crucial for the industry and the market, which consolidated its presence in society in different countries. However, as it is a resistant material, remaining for centuries without fully decomposing, and for having a large production in order to meet the needs of a consumer society, it began to accumulate in the environment over the years since its creation. Its abundance in the environment causes damage to life in different biomes, especially marine environments, in addition to having residues that can be toxic and reach humans through the food chain. A possible solution is biodegradable materials that use renewable raw materials such as proteins, lipids, and polysaccharides, the so-called bioplastics. In this context, the present study aimed to produce bioplastics based on starch with different proportions of xylan extracted from sugarcane bagasse and glycerol as a plasticizer. For this, their physicochemical properties (solubility, hydrophilicity, moisture, water barrier, opacity, crystallinity, and mechanical resistance) were evaluated. The biodegradation of the bioplastic was determined by buried and CO2 released. As a result, it was observed that the increase in the proportion of xylan made the bioplastics more soluble in water, susceptible to enzymatic attack by microorganisms, and opaque. Through of the contact angle test, the bioplastic with starch and plasticizer showed lower affinity to water compared to the one including xylan, which among them the proportion of 25 % (w/w of the polysaccharides) was the least hydrophilic. Bioplastic with 5 % (w/w of polysaccharides) xylan showed better crystallinity followed by starch. As for its mechanical strength, the bioplastic with 10 % xylan (w/w of polysaccharides) owned the highest tensile stress (2.56 MPa), but the presence of xylan considerably reduced its elongation at break (ranging from 16 to 37 %) in relation to the starch bioplastic (208.8 %). In general, after 30 days of burial, the bioplastics had practically no fragments visible to the naked eye, and the rate of CO2 production together with the increase in cell count after the biodegradation period demonstrate that there was an effective catabolic action of the microorganisms in the bioplastics. Thus, the 5 % xylan bioplastic showed the best physicochemical results when obtaining a biodegradable material.
O plástico serviu muito bem à sociedade durante décadas, podendo se apresentar como um material leve e moldável, mecanicamente e termicamente resistente, inerte a produtos químicos, isolante elétrico, além de possuir características ópticas interessantes como sua transparência. Tais características, associada ao baixo preço da sua matéria prima, um resíduo do processamento de petróleo até então pouco utilizado, fizeram com que ele se tornasse crucial para a indústria e o mercado, o que consolidou sua presença na sociedade em diferentes países. Contudo, por ser um material resistente, permanecendo séculos sem se decompor totalmente, e por ter uma larga produção a fim de atender as necessidades de uma sociedade consumista, ele passou a se acumular no meio ambiente ao longo dos anos desde sua criação. Sua abundancia no meio ambiente acarreta prejuízos à vida em diferentes biomas, especialmente os ambientes marinhos, além de possuir resíduos que podem ser tóxicos e chegar ao ser humano através da cadeia trófica. Uma possível solução são os materiais biodegradáveis e que utilizam matéria-prima renovável como proteínas, lipídeos e polissacarídeos, os chamados bioplásticos. Neste contexto, o presente estudo objetivou produzir bioplásticos baseado em amido com diferentes proporções de xilana extraída do bagaço de cana-de-açúcar e glicerol como plastificante. Para isso, suas propriedades físicoquímicas (solubilidade, hidrofilicidade, umidade, barreira à água, opacidade, cristalinidade, e resistência mecânica) foram avaliadas. A biodegradaçãodo bioplástico foi determinada por enterramento e liberação de CO2. Como resultado, foi observado que o aumento na proporção de xilana tornou os bioplásticos mais solúveis em água, susceptíveis ao ataque enzimático de microrganismo, e opacos. Por meio do ensaio de ângulo de contato, o bioplástico apenas com amido e plastificante apresentou menor afinidade à água, comparado aos compostos por xilana, que dentre eles a proporção de 25 % (m/m de polissacarídeos) foi a menos hidrofílica. O bioplástico com 5 % (m/m de polissacarídeos) de xilana apresentou melhor cristalinidade seguido pelo de amido. Quanto à sua resistência mecânica, o bioplastico com 10 % de xilana (m/m de polissacarídeos) foi o que possuiu maior tensão de tração (2,56 MPa), porém a presença de xilana reduziu consideravelmente sua elongação na quebra (variando de 16 a 37 %) em relação ao bioplástico de amido (208,8 %). No geral, após 30 dias enterrados os bioplásticos já não apresentavam praticamente nenhum fragmento visível a olho nú, e a taxa de produção de CO2 juntamente com o aumento da contagem de células após o período de biodegração demonstram que houve uma efetiva ação catabólica dos microrganimos nos bioplasticos. Sendo assim, a concentração de 5 % de xilana foi a que mostrou melhores resultados físico-químicos ao obter um material biodegradável.
O plástico serviu muito bem à sociedade durante décadas, podendo se apresentar como um material leve e moldável, mecanicamente e termicamente resistente, inerte a produtos químicos, isolante elétrico, além de possuir características ópticas interessantes como sua transparência. Tais características, associada ao baixo preço da sua matéria prima, um resíduo do processamento de petróleo até então pouco utilizado, fizeram com que ele se tornasse crucial para a indústria e o mercado, o que consolidou sua presença na sociedade em diferentes países. Contudo, por ser um material resistente, permanecendo séculos sem se decompor totalmente, e por ter uma larga produção a fim de atender as necessidades de uma sociedade consumista, ele passou a se acumular no meio ambiente ao longo dos anos desde sua criação. Sua abundancia no meio ambiente acarreta prejuízos à vida em diferentes biomas, especialmente os ambientes marinhos, além de possuir resíduos que podem ser tóxicos e chegar ao ser humano através da cadeia trófica. Uma possível solução são os materiais biodegradáveis e que utilizam matéria-prima renovável como proteínas, lipídeos e polissacarídeos, os chamados bioplásticos. Neste contexto, o presente estudo objetivou produzir bioplásticos baseado em amido com diferentes proporções de xilana extraída do bagaço de cana-de-açúcar e glicerol como plastificante. Para isso, suas propriedades físicoquímicas (solubilidade, hidrofilicidade, umidade, barreira à água, opacidade, cristalinidade, e resistência mecânica) foram avaliadas. A biodegradaçãodo bioplástico foi determinada por enterramento e liberação de CO2. Como resultado, foi observado que o aumento na proporção de xilana tornou os bioplásticos mais solúveis em água, susceptíveis ao ataque enzimático de microrganismo, e opacos. Por meio do ensaio de ângulo de contato, o bioplástico apenas com amido e plastificante apresentou menor afinidade à água, comparado aos compostos por xilana, que dentre eles a proporção de 25 % (m/m de polissacarídeos) foi a menos hidrofílica. O bioplástico com 5 % (m/m de polissacarídeos) de xilana apresentou melhor cristalinidade seguido pelo de amido. Quanto à sua resistência mecânica, o bioplastico com 10 % de xilana (m/m de polissacarídeos) foi o que possuiu maior tensão de tração (2,56 MPa), porém a presença de xilana reduziu consideravelmente sua elongação na quebra (variando de 16 a 37 %) em relação ao bioplástico de amido (208,8 %). No geral, após 30 dias enterrados os bioplásticos já não apresentavam praticamente nenhum fragmento visível a olho nú, e a taxa de produção de CO2 juntamente com o aumento da contagem de células após o período de biodegração demonstram que houve uma efetiva ação catabólica dos microrganimos nos bioplasticos. Sendo assim, a concentração de 5 % de xilana foi a que mostrou melhores resultados físico-químicos ao obter um material biodegradável.
Descrição
Palavras-chave
Bioplastic, Biomass, Ciências biológicas, Biopolímeros, Polissacarídeos, Biomassa vegetal