No Brasil, pesquisadores da Universidade Estadual Paulista (UNESP) de Ilha Solteira desenvolveram um filme que pode substituir o plástico em embalagens de alimentos. O filme é feito de hidroxipropilmetilcelulose (HPMC) e restos de celulose bacteriana que sobraram do processamento industrial. Ambas as matérias-primas são sustentáveis. Eles são combinados para produzir um filme biodegradável de nanocristais de celulose bacteriana e HPMC.

O produto supera o desempenho do filme feito apenas de HPMC. Um artigo sobre o projeto de pesquisa, que foi apoiado pela FAPESP, é publicado no jornal Material e interfaces aplicados da ACS.

"Decidimos preencher a matriz de HMPC com nanocristais de celulose bacteriana para aprimorar suas propriedades. Também queríamos criar protocolos mais ecológicos para o desenvolvimento de novos compósitos, do próprio material à sua origem, então incluímos o reaproveitamento de resíduos industriais no projeto, disse Márcia Regina de Moura Aouada, um co-autor do artigo. Aouada tem um Ph.D. em química pela UNESP, onde leciona e é pesquisadora do Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais (CDMF), um da Pesquisa, Centros de Inovação e Difusão (RIDCs) apoiados pela FAPESP.

Desde seu Ph.D., Aouada estudou filmes feitos a partir de fontes renováveis, e filmes comestíveis e biodegradáveis, com o objetivo de reduzir a geração crescente de resíduos sólidos na forma de embalagens plásticas descartáveis ​​de alimentos.

"Uma das limitações dos filmes feitos de HPMC e outros biopolímeros é sua baixa resistência mecânica em comparação com os filmes tradicionais derivados do petróleo. Eles também são altamente permeáveis ​​ao vapor de água, que limita os aplicativos disponíveis. Melhoramos essas propriedades adicionando celulose bacteriana, "disse Pamela Melo, aluna da pós-graduação em ciências dos materiais pela UNESP e primeira autora do artigo do projeto, que foi conduzido durante seu doutorado. pesquisa sob a supervisão de Aouada.

Receita de bolo

Os pesquisadores obtiveram restos de celulose bacteriana da Seven Indústria de Produtos Biotecnológicos, que fabrica biofilmes para curativos no estado do Paraná. Para converter esse resíduo em filme adequado para embalagem de alimentos, eles primeiro transformaram as sobras em pó. “Em seguida, submetemos o pó à hidrólise de ácido sulfúrico, um processo bem descrito na literatura, "Disse Melo. O resultado foi uma suspensão de nanocristais de celulose bacteriana, que eles misturaram com HPMC diluído em água para produzir uma dispersão formadora de filme, um alvo de interesse para a indústria de bioplásticos.

"Não é suficiente criar bons compostos. Precisamos encontrar a melhor solução para obter boas propriedades de filme por vários fatores, como viscosidade e concentração de nanopartículas. Uma analogia justa poderia ser uma receita de bolo:estudar a receita é outra inovação significativa em nosso estudo , "Disse Aouada.

"A forma como os nanocristais interagem com a matriz HPMC e são distribuídos dentro dela determinará a qualidade do filme, então conduzimos testes e chegamos à distribuição ideal por meio de dispersão de alta energia usando um dispersor Turrax, "Disse Melo. A dispersão formadora de filme foi depositada em um substrato. Os solventes evaporaram após 24-48 horas. O resultado foi um mais forte, produto menos permeável do que o filme somente HPMC. A quantidade de água absorvida pelo material atualmente é uma restrição ao seu uso em embalagens.

Outro achado positivo é que os nanocristais não alteram a transparência da HPMC.

Vantagens da celulose bacteriana

A celulose é o polímero mais abundante na natureza e o principal componente das fibras vegetais, proporcionando rigidez para as plantas. A celulose vegetal é bem conhecida e utilizada na fabricação de papel, mas algumas bactérias, algas e invertebrados marinhos também secretam celulose, que tem sido usado há algum tempo em biofilmes para curativos de feridas e agora está se expandindo para outras áreas, como embalagens de alimentos.

A proteção do ambiente natural é o que mais beneficia. “A celulose bacteriana pode ser produzida em laboratório o ano todo, independentemente das condições meteorológicas e ambientais. É uma molécula mais pura e o processo de produção gera menos poluição, "Disse Aouada. O processamento da celulose vegetal requer a eliminação de impurezas como a lignina usando compostos organoclorados, prejudiciais ao meio ambiente.

Outra vantagem da celulose bacteriana é a presença de fibras nanométricas em sua estrutura. "Isso é muito interessante porque dá ao material propriedades distintas, como alta resistência à tração, o que significa que pode suportar certas cargas ou tensões sem quebrar, "Disse Aouada.

Próximos passos

Os pesquisadores planejam continuar testando as dispersões formadoras de filme até concluírem que desenvolveram um produto competitivo. Eles estão estudando outras técnicas de dispersão de polímeros, comparando-os com o uso de HPMC, e avaliar sua biodegradabilidade.

Se eles tiverem sucesso no desenvolvimento de melhores dispersões formadoras de filme, pode ser possível usar celulose bacteriana em maior escala. “Nosso foco principal é encontrar substitutos para materiais não considerados ecologicamente corretos, como produtos petrolíferos. Esses substitutos incluem compostos biodegradáveis ​​derivados de recursos renováveis, "Disse Aouada.

O uso de sobras de celulose e outros resíduos também ajuda a reduzir o custo de processamento. Os consumidores geralmente preferem o filme plástico para embalagem porque é barato. Além disso, existem outras fontes promissoras de celulose bacteriana, como as indústrias de cana-de-açúcar e soja. “Estudos têm mostrado que a celulose bacteriana pode ser obtida usando cana-de-açúcar ou melaço de soja como substrato, "Disse Aouada.