Clara da Silva Brum1; Maria Eduarda Prado Viegas1; Thielly Kailany de Freitas dos Santos1; Schana Andréia da Silva2 e Schirlei Viviane Rossa2
1- Estudante do Curso Técnico em Química
2- Orientadora do projeto
O presente artigo é um Trabalho de Conclusão do Curso Técnico em Química da Fundação Escola Técnica Liberato Salzano Vieira da Cunha, Novo Hamburgo/RS
Resumo
Com a elevada produção e consumo de materiais plásticos, surge uma grande preocupação com as questões ambientais, pois o uso excessivo desses polímeros, acompanhado de um descarte inadequado, geram consequências nocivas ao meio ambiente. Por não serem biodegradáveis e por se tratar de um material difícil de se compactar, acabam gerando um grande volume de lixo que se espalha pelo meio ambiente ocasionando a poluição de rios e oceanos. Então, para minimizar esses impactos ambientais, uma das alternativas é a utilização de polímeros naturais para a produção de um bioplástico que tem como vantagem a sua degradabilidade, obtida de fontes orgânicas e renováveis.
Este estudo tem como objetivo utilizar a fibra do caroço da manga para produzir um bioplástico pois, apesar de ser uma ótima fonte de biopolímero, esta matéria orgânica não é aproveitada pela indústria. A ideia é promover a extensão do tempo de vida deste resíduo e a diminuição dos impactos ambientais causados pelos polímeros artificiais. No processo de produção do bioplástico foram utilizadas diferentes proporções de fibra triturada, glicerina, amido e água deionizada. Depois de pronto, foi moldado o bioplástico. Por se tratar de um termoplástico, com camadas, foi formado um pote, com o propósito de utilizá-lo para embalagens de fast food. Ao final do processo, foram realizados testes de resistência à temperatura, biodegradabilidade, absorção de água e densidade para a avaliação das suas propriedades e, futuramente, serão feitos testes para definir, especificamente, que tipos de alimentos podem ser armazenados neste pote.
Palavras-chave: caroço da manga, polímeros, sustentabilidade
Abstract
With the high production and consumption of plastic materials, a great concern with environmental issues arises, as the excessive use of these polymers, accompanied by inadequate disposal, gene- rate harmful consequences for the environment. Because they are not biodegradable and because it is a difficult material to compact, they end up generating a large volume of waste that, because it takes up a lot of space, spreads through the environment and cau- ses the pollution of rivers and oceans. So, for a possible minimiza- tion of these environmental impacts, one of the alternatives is the use of natural polymers for the production of a bioplastic that has the advantage of its degradability, in addition to being obtained from organic and reusable sources. Therefore, this study aims to use mango seed fiber to produce a bioplastic because, in addition to being a great source of biopolymer, this organic matter is not used by the industry, promoting the extension of the lifetime of this residue and the reduction of environmental impacts caused by artificial polymers. ln the bioplastic production process, different proportions of crushed fiber, glycerin, starch and deionized water. Once ready, we were able to mold the bioplastic into a flat format, as it is a thermoplastic and, with layers, we form a pot, which our purpose is to use for fast food packaging. At the end of the process, temperature resistance, biodegradability, water absorption and density tests were carried out to assess their properties and, in the future, tests will be carried out to specifically define what types of food can be stored in this pot.
Keywords: mango seed, polymers, sustainability
Introdução
Atualmente, tem-se procurado muito por alternativas de substituição dos polímeros artificiais, pois a produção dos plásticos, aos quais estamos habituados, é ambientalmente nociva. Estes plásticos são materiais formados pela união de grandes cadeias moleculares chamadas polímeros, uma substância derivada do petróleo de alta massa molar, que consiste em moléculas caracterizadas pela repetição de um ou mais tipos de monômeros (MACHADO, 2011). Por não serem biodegradáveis e por serem um material difícil de se compactar, os polímeros acabam gerando um grande volume de lixo que, por ocupar muito espaço, aliado ao descuido no descarte, se espalham pelo meio ambiente e também ocasionam a poluição de rios e oceanos, principalmente pelos plásticos de uso descartável.
Os bioplásticos são usados em vários tipos e aplicações, como por exemplo, na fabricação de embalagens para produtos de limpeza, higiene, cosméticos e produtos farmacêuticos. Alguns por serem biocompatíveis e facilmente absorvidos pelo organismo humano, podem ser empregados na área médico-farmacêutica, prestando-se à fabricação de fios de sutura, próteses ósseas e cápsulas que liberam gradualmente medicamentos na corrente sanguínea (COUTINHO et. al., 2004). Além da sua aplicação em embalagens descartáveis por não necessitarem de um grande tempo de vida útil ou grande resistência.
A manga é uma fruta que se destaca na exploração comercial, além de existirem cultivos em pomares domésticos de autoconsumo. O Brasil é o sétimo produtor mundial de manga e, dentre as cultivares de importância comercial, a Tommy Atkins é a mais plantada e exportada pelo País (MARQUES et al, 2010). Entretanto, devido à sua elevada atividade agrícola, o Brasil produz resíduos agroindustriais no processamento primário, onde ocorre a extração da polpa propriamente dita, resíduos esses compostos basicamente pelas cascas e caroços, que correspondem acerca de 16,0% do fruto, e que não são utilizados pela indústria.
Com isso, novas alternativas vêm sendo buscadas para a utilização da matéria orgânica gerada, sem causar impactos ambientais.
Tal situação é enfrentada por produtores e indústrias, pois embora os resíduos de produção sejam biodegradáveis, necessitam de um tempo mínimo para serem mineralizados, constituindo uma fonte de poluentes ambientais. Importante ressaltar que nessa biomassa residual podem estar contidas várias substâncias biologicamente ativas e que acabam sendo desperdiçadas. Assim a utilização eficiente desses resíduos é importante, uma vez que pode gerar empregos, agregar valor aos subprodutos agroindustriais e prevenir problemas de poluição ambiental (SILVA, 2016).
Além disso, as frutas e vegetais são ótimas fontes de polímeros naturais e estão sendo cada vez mais estudadas para serem aplicadas em diversas áreas da indústria, inclusive, no desenvolvimento de bioplásticos. Sendo assim, no presente trabalho se utilizou a manga para o desenvolvimento de um bioplástico, no qual foi utilizado o seu caroço, que seria descartado até mesmo pelas indústrias alimentícias, promovendo, então, a extensão do tempo de vida desse resíduo e a diminuição dos possíveis impactos ambientais causados pelos polímeros artificiais.
Foi feito contato com uma empresa de sucos, a Purea Indústria Alimentícia LTDA de São Paulo. Segundo informação de que foi descartado, em 2020, 173,5 toneladas de resíduos, define-se que 250 kg de caroço são descartados por dia, em média, e com esse descarte poderíamos produzir mais de 20.000 bandejas de bioplástico, de 100.000 m3 e 0, 1 cm de espessura. Além de o caroço ser descartado no consumo alimentar dos cidadãos. Então, após o uso dessas bandejas de bioplástico, elas seriam coletadas e sofreriam um processo de compostagem, gerando novas árvores e frutos. Portanto, diante dos malefícios causados pelos polímeros sintéticos e da oportunidade de reutilização de resíduos alimentares, nos perguntamos se é possível e acessível desenvolver um bioplástico a partir da fibra extraída do caroço da manga.
A partir disso, traçamos o objetivo geral do projeto, sendo este o desenvolvimento de um bioplástico a partir da fibra do caroço da manga, bem como alguns objetivos para serem realizados como examinar a composição dos polímeros sintéticos e naturais, identificar os problemas que os plásticos não biodegradáveis oferecem ao meio ambiente, investigar como é feita a produção dos bioplásticos e seus benefícios, comparar características químicas e físicas do bioplástico desenvolvido com o plástico comum usado na indústria de descartáveis, e explicar a quantidade de caroço de manga que é descartada e sua rentabilidade na produção do bioplástico. Portanto, no presente artigo se dispõe as diferentes análises já realizadas nos protótipos e a descrição de outros métodos avaliativos a serem desenvolvidos, para a avaliação das propriedades do bioplástico.
2. Materiais e métodos
2.1 Preparo do bioplástico
No processo de produção do bioplástico foram utilizadas diferentes quantidades de fibra de caroços de manga, que foram secos naturalmente durante duas semanas, cortados com tesoura, secos novamente em um forno, à 150ºC por cerca de duas horas para retirar qualquer umidade restante e, em seguida, triturados no liquidificador. O pó da fibra passou por análise de granulometria, obtendo-se 82,38% de seus grãos menores que 0,5mm.
Essas diferentes quantidades de fibra foram misturadas com diferentes quantidades de glicerina 99% (Tabela 1), 1O gramas de amido e 250 ml e água deionizada, que foram aquecidos em uma chapa elétrica por cerca de uma hora, até o aumento da viscosidade da mistura. Nesse ponto, o béquer foi retirado da chapa e o gel foi despejado em uma placa de vidro, de forma que não ficasse totalmente espalhado na placa, para formar um filme mais espesso. Para a secagem da placa, foram colocadas por uma semana em uma estufa sob temperatura constante de 45ºC (SILVA, 2018). E, após a secagem, o filme formado foi retirado e prensado em prensa hidráulica para torná-lo uniforme e sem irregularidades para prototipagem. Como também, foi depositado em formas de silicone, para moldagem em camadas e com aquecimento para formar um pote (Figura 1).
Tabela 1
Figura 1: Protótipo após ter sido retirado do aquecimento
2.2 Testes
2.2.1 Resistência à temperatura
Três amostras de cada tratamento de bioplástico foram colocadas em uma placa de Petry ou em vidro de relógio, em um tamanho menor, e submetidas a aquecimento em estufa em diferentes temperaturas (100, 130, 150, 180ºC) por 30 minutos para verificar em que temperatura o filme poderia apresentar deformações. Consideramos deformações as rachaduras que surgiram na amostra. Em relação à temperatura, descobrimos qual foi considerada a temperatura máxima na qual acima dela os fragmentos começaram a queimar (SILVA, 2018).
2.2.2 Biodegradação
Para o teste de biodegradação, foi preparada uma amostra de cada tratamento, de mesmo tamanho, e cada uma foi pesada e posta em um pote, os quais eram iguais, e foram preenchidos com a mesma quantidade de solo fértil. Esses potes foram enterrados na mesma área por três semanas. Após esse tempo, os fragmentos de bioplásticos foram desenterrados e lavados para eliminar o solo aderido e colocados em estufa a 40ºC por 15 minutos para secagem. Assim, a massa seca foi pesada para a realização do cálculo do percentual de biodegradação. O teste de biodegradação foi, também, através da observação da presença de furos e deformações que serão posteriormente registradas em fotos.
2.2.3 Absorção de água e densidade
O primeiro teste determinou a capacidade que o bioplástico possui de absorver água. Então, foi pesada a massa do bioplástico antes e depois da imersão em água, sendo possível determinar o percentual de água absorvida pela amostra. E para o teste de densidade, foi pesada uma amostra do bioplástico e calculado seu volume através da multiplicação do comprimento pela largura e pela espessura e, então, a densidade foi calculada pela equação (DIAS, 2019):
2.2.4 Contagem de fungos
A contagem de fungos servirá para determinar se algum fungo se desenvolveu na amostra durante o tempo analisado. Segundo a Universidade Federal do Estado do Rio de Janeiro, deve-se pesar assepticamente 1O g da amostra, sendo esse o bioplástico produzido e adicionar, próximo ao fogo, 90 ml de diluente. Transferir, com auxílio de uma pipeta estéril, um volume de 1 ml para um tubo com 9 ml de Água Peptonada Tamponada identificado com 10-1, homogeneizar o tubo da diluição e despejar 1 ml em placa de Petry; Transferir, com auxílio de uma pipeta estéril, um volume de 1 ml para um tubo com 9 ml de Água Peptonada Tamponada identificado com 10-2, homogeneizar o tubo da diluição e despejar 1 ml em placa de Petry; Transferir, com auxílio de uma pipeta estéril, um volume de 1 ml para um tubo com 9 ml de Água Peptonada Tamponada identificado com 10-3, homogeneizar o tubo da diluição e despejar 1 ml em placa de Petry. Em todas as placas terá o meio Ágar Batata Glicosado. Posteriormente, as placas serão incubadas a 20-25ºC por 1 semana, e depois será realizada a análise e a contagem.
2.2.5 Tração
O ensaio de tração é um ensaio mecânico destrutivo, no qual um corpo de prova é submetido a uma força uniaxial que o deforma até a fratura (rompimento). Durante o processo, os valores de força aplicada e os valores de deformação são guardados para que seja possível criar um gráfico de tensão-deformação.
Durante o ensaio, a máquina de ensaio de tração aplicará uma força no corpo de prova e o deslocamento causado por essa será medido. Porém, utilizaremos o conceito de tensão para que o gráfico final deste processo não dependa da área de seção transversal do corpo de prova, mas apenas de suas propriedades mecânicas (AZEVEDO, 2020). A tensão será calculada da seguinte forma:
3. Resultados e Discussões
Obtivemos quatro tratamentos com diferentes proporções de fibra e glicerina em formato de potes (Figura 2 e 3) que foram submetidos a testes de resistência à temperatura, biodegradabilidade, absorção de água e densidade para avaliação de suas propriedades.
Figura 2: Imagem da parte superior do protótipo pronto
Figura 3: Imagem da parte inferior do protótipo pronto
Em relação aos resultados, no teste de densidade, o Tratamento 1 apresentou densidade de 2, 15 (+/- 0,06) g/ml, o Tratamento 2: 2,37 (+/- 0, 13) g/ml, o Tratamento 3: 2,45 (+/- 0,07) g/ml e o Tratamento 4: 2,93 (+/- 0,06) g/ml.
No teste de absorção de água, colocamos as amostras em potes com água por uma semana e ao final deste período o Tratamento 1 absorveu 26,4 (+/- 2,94) % de água, o Tratamento 2: 19,72 (+/- 6,09) %, o Tratamento 3: 17, 12 (+/- 8,08) % e o Tratamento 4: 16,46 (+/- 1,27) %.
No teste de biodegradabilidade, as amostras permaneceram enterradas por três semanas e, após retiradas, todas sofreram biodegradação com 100% da massa decomposta.
No teste de resistência à temperatura, as amostras queimaram e ficaram quebradiças em 180ºC.Realizamos também um cálculo de efeitos nos resultados do teste de densidade (Tabela 2) e no teste de absorção de água (Tabela 3) para análise e confiabilidade dos dados obtidos e descoberta do melhor tratamento desenvolvido.
Tabela 2: Cálculos de efeitos dos testes em triplicata da densidade
Tabela 3: Cálculo de efeitos dos testes em triplicata da absorção de água
Além disso, foi realizada uma análise comparativa com um isopor, Poliestireno Expandido, que se trata de um polímero termoplástico derivado do petróleo, para comprovar os benefícios do nosso bioplástico produzido. Então, reproduzidos os mesmos testes, pelos quais o protótipo passou, nesse isopor, e em relação aos seus resultados, ele apresentou densidade de 0,06791 g/ml, não absorveu quantidade alguma de água em uma semana, começou a queimar a 85ºC e não se degradou em 70 dias. Justificando que o bioplástico criado, a partir da fibra do caroço da manga, é melhor no quesito da biodegradação e resistência à temperatura, além de ser mais pesado, por causa de sua alta densidade. Porém, o protótipo tem menos capacidade de suportar alimentos líquidos, por absorver uma quantidade significativa de água.
4. Considerações Finais
Comparando os valores de efeito com o teste t, pode-se dizer que os parâmetros teor de glicerina e de fibra não tiveram efeito significativo na absorção de água, com 95% de confiança. Já na densidade, os parâmetros teor de glicerina e de fibra tiveram efeito significativo, com 95% de confiança. Os resultados dos testes de biodegradabilidade e resistência à temperatura foram satisfatórios e aparentemente o Tratamento 1 e 3 foram os melhores, que tinham menos glicerina comparado aos demais. E o Tratamento 4, que continha mais glicerina, teve o pior aspecto.
Além disso, ao realizar o projeto, foram produzidos protótipos de um bioplástico feito da fibra do caroço da manga (Figura 4) para tentar minimizar os problemas causados no meio ambiente pelos plásticos convencionais, com o propósito de utilizá-lo para embalagens de fast food, já que esses são descartados após seu uso, gerando uma grande quantidade de lixo. Entretanto, por se tratar de um termoplástico, ele pode ser moldado da forma desejada quando aquecido a uma certa temperatura, o que possibilita, por exemplo, ser um substituto para embalagem de ovos feita de isopor, flocos de proteção e entre outras embalagens de comidas e bebidas.
Em relação à viabilidade do protótipo, a embalagem custaria em torno de 6 centavos, enquanto o isopor custa 0,5 centavos. Mesmo sendo um preço mais elevado, comparado com o isopor, acredita-se que o bioplástico de caroço de manga continua sendo viável, devido a qualidades já citadas, como sua biodegradabilidade e resistência à temperatura.
Já os testes de contagem de fungos e de tração ainda não foram realizados. E, futuramente, também serão feitos testes para definir, especificamente, que tipos de alimentos podem ser armazenados no protótipo produzido, conforme a legislação para embalagens alimentícias. Buscando, então, promover o consumo responsável dos plásticos entre a comunidade, fomentando um ambiente mais sustentável.
Figura 4: Possíveis utilizações do protótipo produzido
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