Pesquisadoras desenvolvem embalagens à base de amido e resíduos de mirtilo

Além de biodegradáveis, os materiais mudam de cor quando o alimento se torna impróprio para o consumo e podem colaborar para prolongar seu prazo de validade
filmes de amido e de amido com mirtilo
Foram testados diferentes tipos de amido para a produção dos filmes - Foto: Gustavo Diehl/UFRGS

A engenheira química Cláudia Luchese desenvolveu, para sua tese de doutorado, embalagens à base de amido e de resíduos do processamento do suco de mirtilo. Além de biodegradáveis e inteligentes – os filmes mudam de cor quando o alimento embalado se torna impróprio para consumo –, elas também têm potencial de atuar como embalagens ativas, ou seja, podem interagir com o produto, prolongando seu tempo de vida de prateleira. O trabalho, apresentado no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química da UFRGS, foi orientado pelas professoras Isabel Cristina Tessaro e Jordana Corralo Spada e realizado em cotutela com a Universidade do País Basco, na Espanha.

O projeto visa a atender a uma demanda socioambiental cada vez mais urgente: a de encontrar substitutos adequados para os plásticos convencionais – materiais sintéticos de origem fóssil que, após um brevíssimo período de uso, demoram centenas de anos para se degradar na natureza. Segundo um estudo publicado na revista Science Advances, da década de 1950, quando começou a produção em massa de plásticos, a 2015, foram descartados cerca de 6,3 bilhões de toneladas do material, dos quais apenas 9% foram reciclados. Se continuarmos nesse ritmo, em 2050 teremos 12 bilhões de toneladas de resíduos plásticos em aterros sanitários ou no meio ambiente. Outro levantamento, realizado pela organização Race for Water e divulgado pelo Instituto Akatu, aponta que 35% dos plásticos produzidos são usados uma única vez, por apenas 20 minutos. Depois, 10% desse material descartado tem como destino o mar. Vale ressaltar que não é apenas uma questão de dar a destinação correta aos resíduos, afinal, mesmo no processo de reciclagem são consumidas grandes quantidades de energia térmica. Isso sem contar o fato de que há um limite no número de vezes que o plástico pode ser reciclado. Estamos, portanto, apenas adiando sua chegada ao aterro.

De acordo com Isabel, os trabalhos com embalagens biodegradáveis no âmbito do Laboratório de Tecnologia e Desenvolvimento de Membranas e Embalagens (Latem), do qual as três fazem parte, ocorrem desde o início dos anos 2000. “Principalmente tentando utilizar biopolímeros, que são biodegradáveis e permitem que a gente tenha um descarte mais sustentável. Além dos biopolímeros, nosso foco em todos os trabalhos é tentar utilizar resíduos da agroindústria. Porque aí resolve, na verdade, dois problemas ambientais: a questão dos resíduos e a questão das embalagens que não são biodegradáveis”, destaca a professora.

O amido foi escolhido para o trabalho de Cláudia por ser uma matéria-prima abundante, não tóxica, biodegradável, de baixo custo de comercialização e disponível em todo o mundo. Nesse estudo, o amido não é proveniente de resíduos industriais, mas essa opção não é totalmente descartada pelo grupo (inclusive, em outros projetos, usam resíduos das produções de mandioca e de arroz). Já a opção pelo mirtilo – esse, sim, proveniente do reaproveitamento de resíduos agroindustriais – se deu pelo fato de a fruta ser rica em antocianinas, uma classe de compostos capazes de mudar de coloração ao serem submetidos a diferentes valores de pH.

A primeira parte do trabalho teve os objetivos de avaliar o desempenho de diferentes fontes de amido na formação de filmes plásticos, entender seus mecanismos de formação e analisar as características específicas de cada um deles. Foram testados os amidos de milho, trigo, batata e mandioca, e os filmes foram caraterizados quanto à espessura, ao conteúdo de umidade, à solubilidade em água, à permeabilidade ao vapor de água e às propriedades mecânicas. Não foi possível desenvolver filmes à base de batata, provavelmente devido ao baixo teor de amilose do tubérculo. A mandioca e o milho, por outro lado, foram as matérias-primas que se mostraram mais promissoras. Foi com esses dois, portanto, que as cientistas prosseguiram com o trabalho.

A segunda etapa consistiu na incorporação do mirtilo para a produção de embalagens inteligentes, capazes de avaliar a qualidade e a segurança do alimento e de transmitir essa informação ao ambiente externo. Os filmes produzidos aqui, além dos testes da primeira parte, foram também submetidos a avaliações colorimétricas com soluções produzidas em laboratório e com produtos alimentícios, confirmando seu potencial de indicar ao consumidor mudanças de pH e, consequentemente, a deterioração dos alimentos. “As antocianinas que estão no mirtilo, que seriam nosso composto indicador, mudam de cor conforme o pH. Essa capacidade que elas têm poderia conferir uma informação para o consumidor para que ele se dê conta de que aquele alimento não está mais propício a ser consumido, ou de que ainda está. Enfim, tem várias possibilidades. Então, como o alimento muda de pH conforme vai se deteriorando, principalmente produtos cárneos, o filme vai ficando com uma coloração azulada ou amarelada, amarronzada”, explica Cláudia.

Por fim, na terceira fase do trabalho, desenvolvida na Universidade do País Basco, foram testados diferentes métodos de produção e conduzidos novos experimentos com os filmes, incluindo um de migração dos compostos fenólicos (grupo de antioxidantes que combatem os radicais livres) provenientes do mirtilo, que ressaltou o potencial dos filmes para o desenvolvimento de embalagens ativas. Diferentemente da embalagem inteligente, que informa ao consumidor a condição do produto, a ativa interage com o alimento embalado, colaborando para manter sua qualidade e prolongar seu tempo de vida, ou mesmo melhorando sua segurança e suas propriedades sensoriais.

Todos os filmes passaram também por avaliações de biodegradabilidade – estudos qualitativos que verificaram a degradação de amostras enterradas em compostos vegetais. “E a gente fez também análise de ecotoxicidade para avaliar se, após o teste de biodegradabilidade, aquela terra, aquele composto que a gente usou para biodegradar os filmes, tinha sofrido alguma modificação de toxicidade e se poderia, eventualmente, não crescer nenhuma planta ali. Nós testamos com feijão, e, depois, tínhamos uma plantação de feijão”, conta Cláudia. É importante salientar, contudo, que apesar do sucesso dos testes, não é possível afirmar que de fato não há qualquer tipo de consequência nociva para a terra, uma vez que a ecotoxicidade varia para cada planta. Há, até mesmo, vegetais capazes de nascer e sobreviver em terrenos bastante poluídos. Como não há adição de nenhuma substância tóxica (além do amido e do mirtilo, os filmes contêm apenas água e plastificante, um composto capaz de fornecer maleabilidade ao polímero), “a probabilidade de que seja tóxico é bem pequena, mas a gente não pode dizer que não existe porque não testamos para todas as variedades de plantas. A gente não fez todas as análises para verificar essa questão”, esclarece a engenheira química.

 

Outras pesquisas e próximos passos

Contemplada com uma bolsa de pós-doutorado, Cláudia dará continuidade ao trabalho iniciado em sua tese. Entre as atividades previstas, estão os testes com a aplicação das embalagens a alimentos diversos. Paralelamente, outros estudos vêm sendo conduzidos no âmbito do Latem. “Agora a gente está expandindo um pouco a área, com filmes de açafrão, tem as meninas que usam casca de arroz, a gente está testando com fécula e outros tipos de resíduos, como casca de nozes, casca de amendoim”, exemplifica a pós-doutoranda. “Ao mesmo tempo, a gente estuda todas essas interações, vai bem a fundo. A gente não está simplesmente fazendo testes com diferentes resíduos para ver o que vai dar. A gente estuda toda a sinergia entre os resíduos, faz análises de morfologia, de estrutura, de absorção de água”, comenta Isabel.

Tirinhas das embalagens semirrígidas biodegradáveis

Espumas feitas de resíduos de mandioca com cascas de arroz (à frente) e de amendoim (ao fundo) podem substituir as bandejinhas de isopor – Foto: Gustavo Diehl/UFRGS

Também são desenvolvidos materiais que visam a aplicações diversas, como as embalagens semirrígidas – também chamadas de espumas – que objetivam substituir as bandejinhas de isopor. As espumas feitas de resíduos de mandioca com cascas de arroz e de amendoim, por exemplo, são ideais para alimentos mais secos, perecíveis e com curto prazo de validade, como bolos e pães.

O desafio, as pesquisadoras enfatizam, é grande. Por estarem lidando com matérias vivas, a reprodutibilidade e a padronização não são simples de alcançar. “O polietileno, por exemplo, não degrada, ele é sintético, obtido a partir de uma fonte fóssil, não biodegradável, não renovável. Mas as propriedades dele são sempre as mesmas, independente da reprocessabilidade. O amido retrograda, ele gelatiniza, tem outras propriedades que os polímeros comerciais sintéticos não vão apresentar. Então, é um desafio bastante grande trabalhar com biopolímeros justamente por essa questão: eles não são sempre iguais”, relata Cláudia. Também é importante que todas essas interações necessárias às produções das embalagens não encareçam muito o produto final, evitando, assim, que se tornem inviáveis comercialmente.  Afinal, destaca Isabel, “a ideia é fazer esse trabalho aqui para que no futuro ele possa ser implementado na indústria”.

 

Tese

TítuloDesenvolvimento de embalagens biodegradáveis a partir de amido contendo subprodutos provenientes do processamento de alimentos
AutoraCláudia Leites Luchese
Orientadora:  Isabel Cristina Tessaro
Coorientadora: Jordana Corralo Spada
Unidade:
 Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química

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