Propriedades de filmes de gelatina reticulados por via enzimática e física

Abstract

Filmes biopoliméricos têm contribuído com o setor de embalagens ecológicas e biodegradáveis. Contudo, aqueles de origem proteica são pouco aplicados nessa área devido ao caráter hidrofílico desse material. No presente trabalho, foram produzidos filmes de gelatina suína tipo A, utilizando a enzima transglutaminase (TGase) e radiação ultravioleta (UV) como agentes reticulantes. Um planejamento experimental composto central foi utilizado para determinação dos efeitos da concentração de gelatina, glicerina e enzima sobre a espessura, solubilidade de filmes em meio aquoso, permeabilidade ao vapor de água (PVA), propriedades mecânicas (Módulo de Young, tensão e alongamento) e ângulo de contato. Com base nestes resultados, foram elaborados filmes na condição ótima dos fatores, os quais foram caracterizados pelas mesmas propriedades analisadas no planejamento experimental, como também por análises de infravermelho, térmica e morfológica. Observou-se que a variação das concentrações de TGase foram pouco influentes nas respostas avaliadas. Contudo quando confrontados os filmes com e sem tratamento enzimático, observou-se que as propriedades foram afetadas devido ao tratamento enzimático. O aumento da concentração de gelatina contribuiu para o aumento da espessura, ângulo de contato, Módulo de Young (E0) e Tensão máxima (s). Em contrapartida a adição do plastificante hidrofílico (glicerina) incorreu no aumento da solubilidade, permeabilidade e alongamento (e) dos filmes. A otimização do planejamento resultou num filme composto por 60,0 mg.mL-1 de gelatina, 20,0 mg.mL-1 de glicerina e 4,0 mg.mL-1 de TGase. Foram obtidas as seguintes respostas (com os valores estimados pelo modelo entre parênteses): espessura de 0,086 ± 0,007 mm (0,1025 mm), solubilidade a 25 °C de 39,18 ± 0,69 % (43,09 %), solubilidade a 50 °C de 40,70 ± 0,78 % (48,86 %), PVA de 0,3706 g.mm.m-2.h-1.kPa-1 (0,2948 g.mm.m-2.h-1.kPa-1), E0 de 929,02 ± 189,77 MPa (649,35 MPa), s de 41,14 ± 7,80 MPa (29,2 MPa) eede 14,71 ± 0,75 % (36,1 %). Os filmes tratados com UV por 3 h não apresentaram diferenças significativas, porém a exposição por 8 h demonstrou efeito expressivo na solubilidade a 50 °C e redução de quase 50 % no ângulo de contato. As análises térmicas mostraram que a adição de glicerina reduz estabilidade térmica ao passo que a reticulação enzimática aumenta a estabilidade. As micrografias revelaram que o tratamento simultâneo com TGase e irradiação UV (8 h) conferiu fragilidade ao filme produzido demonstrando efeito degradativo da exposição UV prolongada.<br>

Abstract : Biopolymers films have contributed to the ecological and biodegradable packaging sector. However, those protein products are poorly applied in this area due to the hydrophilic nature of this material. In this study, pigskin type A gelatin films were produced using the enzyme transglu-taminase (TGase) and ultraviolet (UV) as crosslinking agents. Through a central composite design, we determined the effects of concentration of gelatin, glycerin and enzyme in thickness, film solubility in aqueous medium, water vapor permeability (WVP), mechanical properties (Young's Modulus, stress and elongation) and contact angle. Consider-ing the results of the experimental design applied to the desirability function for drafting film with optimum condition of factors, character-ized according to the properties analyzed in experimental design and infrared analysis, thermal and microscopic. It was for experimental de-sign the variation of TGase concentrations were little influential in re-sponses evaluated. However when comparing the film with and without enzyme treatment it was found that the properties have been affected due to enzyme treatment. The increase in the concentration of gelatin contributed to the increased thickness, contact angle, the Young's modu-lus (E0) and stress (s). However the addition of a hydrophilic plasticizer (glycerin) incurred in increased solubility, permeability and elongation (e) of the films. The optimization resulted in a film composed by 60.0 mg.mL-1 of gelatin, 20.0 mg.mL-1 of glycerin and 4.0 mg.mL-1 of TGase. The following results were obtained (the values estimated by the model in brackets): thickness of 0.086 ± 0.007 mm (0.1025 mm) solubility at 25 ° C 39.18 ± 0.69% (43.09%); solubility at 50 ° C 40.70 ± 0.78% (48.86%), PVA 0.3706 g.mm.m-2.h-1.kPa-1 (0.2948 g.mm.m-2.h-1.kPa-1) E0 MPa 929.02 ± 189.77 (649.35 MPa) s of 41.14 ± 7.80 MPa (29.2 MPa) and e 14,71 ± 0.75% (36.1%). The films treated with UV for 3 h showed no significant differences, but the exposure for 8 h showed sig-nificant effect on the solubility at 50 °C and reduce almost in 50 % the contact angle. The thermal analysis showed that addition of glycerin reduces thermal stability while the enzyme and UV (8 h) crosslinking increases. The micrographs revealed that simultaneous treatment with TGase and UV (8 h) gave the fragile film produced showing degradative effects of prolonged UV exposure.