UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁPRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO
DIRETORIA DE PESQUISAPROGRAMA INSTITUCIONAL DE BOLSAS DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA–
PIBIC- CNPq
RELATÓRIO TÉCNICO - CIENTÍFICO
Período: 01/ agosto/ 2016 a 31/julho/ 2017
(X) PARCIAL
( ) FINAL
Título do Projeto de Pesquisa ao qual está vinculado o Plano de Trabalho: Tecnologias
apropriadas para extração e bioconversão de resíduos da indústria de pesca para
produção de biofilmes
Nome da Orientadora: Lúcia de Fátima Henriques Lourenço
Titulação da Orientadora: Profa Dra.
Unidade: Instituto de Tecnologia (ITEC)
Faculdade: Engenharia de Alimentos (FEA)
Título do Plano de Trabalho: Efeito do pH, sorbitol e glicerol nas propriedades de
biofilmes elaborados a partir de resíduo de peixe.
Nome do Bolsista: Gessica Silva Ribeiro.
Tipo de Bolsa:
(X) PIBIC/CNPQ
1. INTRODUÇÃO
O crescimento exponencial da população, principalmente urbana, juntamente
com o desenvolvimento industrial e novos padrões de consumo tem ocasionado o
aumento da geração de embalagens plásticas, causando problemas ambientais. Uma das
soluções encontradas é o desenvolvimento de filmes, em substituição ao uso de
polímeros sintéticos (HAMAGUCHI et al., 2007).
Dentre os polímeros naturais, as proteínas têm sido amplamente estudadas
devido a sua abundância e boa capacidade de formação de filmes, no entanto, diferentes
tipos de proteínas possuem propriedades distintas devido às diferenças na estrutura
molecular e composição (PIRES et al., 2011). Proteínas de pescado, incluindo
miofibrilares e sarcoplasmáticas, têm sido utilizadas como material para formação do
filme (LIMPAN et al., 2010; CHINABHARK et al., 2007), pois apresentam
propriedades vantajosas no preparo destes, como habilidade para formar redes,
plasticidade e elasticidade, boa barreira ao oxigênio e boas propriedades mecânicas, no
entanto, sua barreira ao vapor de água é baixa devido à natureza hidrofílica destas
moléculas (RHIM e NG, 2007).
Durante a etapa de filetagem, 70% viram resíduos que podem ser utilizados
como fonte de proteínas (GOMEZ-GUILLEN et al, 2007; BUENO et al, 2011;). As
propriedades dos filmes à base de proteína dependem de vários fatores, tais como o pH
da solução filmogênica, o plastificante, as condições de preparo e as substâncias
incorporadas às soluções formadoras dos filmes (CHINABHARK et al., 2007).
Dentre as possíveis fontes de matéria proteica está a piramutaba
(Brachyplatystoma vaillantii) este é um bagre de água doce pertencente à família
Pimelodidae, possuí o corpo de coloração cinza-escura na região dorsal e cinza-claro na
região ventral como na figura 1, no norte do Brasil a espécie ocorre principalmente ao
longo dos rios Solimões-Amazonas e em seus tributários de água barrenta.
2. JUSTIFICATIVA
O Brasil é considerado um dos países com maior potencial para a expansão da
aquicultura principalmente pela extensão dos recursos hídricos. O país apresenta a
maior riqueza de espécies de peixes de água doce do mundo, com mais de 3000
espécies, o que é superior em dez vezes ao número de peixes de todos os rios e lagos da
Europa, que é cerca de 320 espécies (CARNEIRO et al., 2004). Apresenta também
diversos microclimas e áreas adequadas ao desenvolvimento da atividade (CAMARGO
e POUEY, 2005).
Os resíduos (subprodutos) do processamento da indústria de pesca podem alcançar
até 70% do peso inicial dos peixes, e são considerados como matérias-primas de alta
qualidade e baixo valor comercial, que não são utilizados na maioria dos casos,
tornando-se dejetos que causam prejuízos ecológicos, sanitários e econômicos
(MACHADO, 2010). Um grave problema enfrentado pelas empresas é a enorme
quantidade de subprodutos produzidos pelo processamento que gera uma grande
quantidade de resíduos desperdiçados e muitas vezes causando sérios problemas de
contaminação do ambiente (OETTERER, 2002). Esses subprodutos sólidos produzidos,
pelas indústrias, acabam muitas vezes causando sérios problemas ambientais, podendo
se tornar potenciais fontes poluidoras dos recursos hídricos, do solo e do ar, portanto, a
aproveitamento desses subprodutos comestíveis assume importância muito grande, pois
minimiza os problemas de produção e custo das matérias primas (BRUSCHI, 2001).
Uma alternativa para a utilização desses resíduos é a elaboração de biofilme
semipermeável, biodigestível, biocompatível, biodegradável, com características
protetoras e ação fungicida e bactericida, que pode ser utilizado como uma alternativa
rentável e promissora em sistemas de conservação de alimentos, de grande importância
na indústria de alimentos (ALVES, 2006; DAMIAN et al. 2005), além de contribuir
para a diminuição dos impactos ambientais por utilizar os subprodutos da indústria de
pescados. A utilização de resíduo do processamento de pescado para a obtenção de
novos produtos deve ser realizada para efetivação da empresa limpa, com aumento da
receita e contribuindo para a preservação ambiental. A maior justificativa, porém, é de
ordem nutricional, pois o resíduo de pescado contribui cerca de metade do volume da
matéria-prima da indústria e é fonte de baixo custo (OETTERER et al, 2003).
A maioria dos biofilmes é constituída de plásticos biodegradáveis obtidos a partir
de materiais de fonte renovável, que agem como barreira a elementos externos e podem
proteger os produtos embalados de danos físicos e biológicos, assim como impedir a
volatilização de compostos e a perda de umidade, aumentando a vida útil do produto.
Nos últimos anos, vem ocorrendo um grande interesse pelo desenvolvimento de
biofilmes ou filmes biodegradáveis biologicamente, em razão das preocupações
ambientais sobre o descarte dos materiais não renováveis das embalagens para
alimentos e das oportunidades para criar novos mercados para as matérias-primas
formadoras de filme. Os materiais poliméricos naturais, tais como proteínas, são
biodegradáveis e podem, portanto, desempenhar um papel significativo para resolver os
problemas ambientais provocados pelo uso de materiais poliméricos sintéticos.
Os biofilmes formados com proteínas de peixe apresentam propriedades funcionais
interessantes como à habilidade para formar redes, plasticidade e elasticidade, além de
apresentar uma boa barreira ao oxigênio. No entanto, sua barreira ao vapor de água é
baixa em razão da sua natureza hidrofílica, esta característica pode ser modificada pela
adição de plastificantes. Portanto, são necessários estudos para ampliar pesquisas com
as espécies de peixe da região amazônica e estabelecer suas potencialidades para a
obtenção de proteínas miofibrilares que possam ser utilizadas na elaboração de
biofilmes. Estas proteínas são encontradas em subprodutos da indústria de filetagem de
pescados (resíduos de peixe), materiais estes referentes às sobras do processamento de
filetagem. Sabendo que a indústria pesqueira gera um volume de resíduo superior a
50%, em média, e ciente do alto teor de proteínas destes resíduos, faz-se necessário
maior aproveitamento deste material. Neste contexto, surgiu o interesse em
desenvolvimento de biofilmes com características de embalagens biodegradáveis, que
não causam danos ao meio ambiente contribuindo para redução dos problemas
ambientais. O objetivo deste trabalho é elaborar biofilme de proteínas miofibrilares de
resíduo de piramutaba (Brachyplatystoma vaillantii), por meio da variação do pH e dos
plastificantes.
Figura 1- Piramutaba (Brachyplatystoma vaillantii).
Fonte: RODRIGUES, 2009.
3. OBJETIVOS
3.1 OBJETIVO GERAL
Estudar o efeito do pH e dos plastificantes no processo de obtenção de filmes
biodegradáveis.
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
- Calcular o rendimento das proteínas miofibrilares extraídas do resíduo da piramutaba
(Brachyplatystoma vaillantii);
- Caracterizar as proteínas miofibrilares liofilizada.
4. MATERIAL E MÉTODOS
4.1 MATERIAIS
4.1.1 Obtenção da matéria prima.
Foram utilizados resíduos (aparas) provenientes do processo de filetagem da
indústria de pesca Ecomar localizada no município de Vigia-Pa, o material foi
transportado para o laboratório de Produtos de Origem Animal LAPOA, da
Universidade Federal do Pará e foram mantidos sob congelamento.
4.2 MÉTODOS
4.2.1 Extração das proteínas miofibrilares
A metodologia utilizada foi proposta por Zavarezeet al. (2012) com algumas
modificações. As aparas da piramutaba foram descongeladas sob refrigeração à 7°C,
posteriormente as aparas passaram por processo de limpeza separando o músculo das
peles e espinhas. Em seguida, o resíduo foi colocado em imersão em 5 volumes de
solução clorada por 5 minutos, sendo posteriormente filtrado em tecido failed. O
material foi novamente imerso em água destilada para a retirada do excesso de solução
clorada da amostra e filtrado. O material retido foi misturado com 5 volumes de cloreto
de sódio 50 Mm (Synth PA-ACS) por 5 minutos e submetido a filtração, este processo
foi repetido mais duas vezes, sendo que a última filtração ocorreu em centrifugação a
10.000 rpm durante 4 minutos a 4°C em centrifuga refrigerada (Thermo Fisher,
Multifuge X1R). A pasta de proteína final foi distribuída em bandejas de aço inox,
congelada a -22°C e submetida à liofilização a -60°C por 48 horas (Liotop, L101),
posteriormente a proteína liofilizada foi triturada e colocada em peneira redonda de inox
de Tyler 35 com abertura de 0,42 mm, obtendo as proteínas miofibrilares liofilizadas
(PML).
4.2.2 Cálculo do rendimento da extração da proteína miofibrilar
Foi calculado através da relação entre a proteína final liofilizada e a quantidade
inicial de matéria-prima.
4.2.3 Caracterização físico-química das proteínas miofibrilares liofilizadas
- Umidade: Foi realizada pelo método gravimétrico de acordo com o método 932.12 da
AOAC (1997), por secagem em estufa a 105°C até peso constante;
- Proteína bruta: Foi determinada através da determinação do nitrogênio total, pelo
método de Kjeldahl e conversão em proteína, multiplicando o valor obtido pelo fator
6,25, de acordo com o método 940.25 da AOAC (1997);
- Lipídeos: Foram determinados pelo método Soxlet, usando éter de petróleo como
extrator, de acordo com o método 922.06 da AOAC (1997);
- Cinzas: Foram determinados pelo método gravimétrico, por calcinação, de acordo
com o método 938.08 da AOAC (1997), em forno mufla a 550°C;
- Cor instrumental: Foi determinada utilizando colorímetro MINOLTA modelo CR
310, obtendo-se parâmetros de L* (luminosidade), a* (intensidade do vermelho), b*
(intensidade do amarelo), C* (valor do croma) e h* (ângulo de tonalidade).
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1 RENDIMENTO DO PROCESSO DE EXTRAÇÃO DAS PROTEÍNAS
MIOFIBRILARES DA PIRAMUTABA.
O valor de rendimento do processo de obtenção da proteína miofibrilar liofilizada
foi de 39.23% com alto rendimento de PML atribuído ao processo de extração das
proteínas da matéria-prima, que foi efetivo em recuperar as proteínas contidas nos
resíduos de peixe.
O processo de lavagens é utilizado para remover proteínas de baixo peso molecular
(proteínas sarcoplasmáticas), aumenta a proporção de proteínas miofibrilares
(HAMAGUCHI et al. 2007; HEMUNG; CHIN, 2013), uma vez que, geralmente as
proteínas miofibrilares são insolúveis em água (ZAVAREZE et al. 2012). Belibagliet al.
(2003), explica que o objetivo da lavagem consiste na remoção das proteínas solúveis
em água e outros materiais (gordura, sangue, mineral entre outros), resultando no
aumento da concentração de proteína miofibrilar (actomiosina), melhorando a força de
gel e a elasticidade.
5.2 CARACTERIZAÇÃO FISICO-QUIMICA DAS PROTEÍNAS MIOFIBRILARES
LIOFILIZADAS
A Tabela 1 apresenta os resultados da composição centesimal realizada nas
proteínas miofibrilares da piramutaba.
Tabela 1.Composição centesimal das proteínas miofibrilares liofilizadas da Piramutaba.
Componentes (%) PML
Proteínas 92,66±0,2
Lipídeos 2,0±0,1
Umidade 7,75±0,02
Cinzas 0,97±0,005
Cor
a* -3,60
b* 15,73
c*(Croma) 16,13
L* (Luminosidade) 88,69
h (Ângulo de tonalidade) 102,93
Média ± desvio padrão; b.s: base seca em triplicata.
PML= Proteína Miofibrilar Liofilizada.
%= Porcentagem.
O alta percentual de proteína obtida, de 92,66% demonstra a eficiência na
extração das PML pela metodologia empregada, uma vez que a mesma foi capaz de
reter frações de proteínas miofiblilares que normalmente poderiam ser dispersas pelas
sucessivas lavagens em soluções de baixa força iônica neutra (CUQ et al.,1995). O
resultado encontrado mostrou-se próximo ao encontrado por Freitas (2011) em estudo
realizado com corvina (Micropogonias furnieri), com teor proteico de 94,6%, mas,
superior à Garcia e Sobral (2005) que reportaram 80%.
O teor de gordura de 2% é considerado baixo e está relacionado à espécie estudada,
uma vez que a piramutaba é um peixe de água doce pois quando se compara o
percentual de lipídeos entre as espécies de água doce e salgada, geralmente são
observados maiores teores nos peixes marinhos. Um valor próximo de lipídeos, porém
superior, foi encontrado por Monterrey-Quintero e Sobral (2000) em tilápia (2,40%),
justificado pela diferença de entre as espécies estudadas.
O valor de umidade (Tabela 1) foi muito próximo porém superior ao encontrado
em estudo realizado com pescada por Prentice et al. (2002), que encontrou valor de
7,0% para umidade de proteína liofilizada. Vidal et al (2011) relataram valores de
umidade entre 0,37% e 2,11% para concentrado proteico da tilápia, inferiores quando
comparados aos do presente estudo.
O valor de cinzas de 0,97% pode ser considerado baixo quando comparado com
outros estudos, pode estar relacionada com as sucessivas lavagens que pode ter
arrastado minerais presentes na amostra. Em estudo realizado por Vidal et al. (2011)
encontrou-se valores entre 2% e 2,92% de cinzas para concentrado proteico de tilápia.
O resultado do parâmetro a* para análise de cor da PML foi negativo (-3,60)
evidenciando uma tendência ao verde. O b* encontrou-se um valor positivo (15,73)
tendendo ao amarelo e o valor do croma (16,13), demonstra que a amostra não apresenta
cor intensa considerado como um bom parâmetro, pois o biofilme produzido deverá
apresentar certa transparência. O parâmetro L* (luminosidade) se aproxima de 100
evidenciando uma tendência a ser claro e o ângulo de tonalidade h pode ser considerado
com de cor amarela.
6. TESTES PRELIMINARES
Foram realizados alguns testes preliminares para a produção dos biofilmes, os
biofilmes produzidos utilizaram 1,5% de proteína de peixe (PP), foi utilizado pH 11 e
plastificante glicerol em concentrações de 25% e 50%, um teste também foi feito em pH
11 sem adição de plastificante conforme demonstrado na Figura 2.
Figura 2: Testes preliminares realizados.
O biofilme produzido a partir de 0% de plastificante demonstrou aspecto ressecado
e opacidade intensa como mostra a Figura 3.
Figura 3: a) Filme com 0% de plastificante; b) Filme com 25% de plastificante; c) Filme com
50% de plastificante
Os filmes produzidos com adição de plastificante glicerol apresentaram aspectos
diferentes em relação ao biofilme produzido sem adição do plastificante, sendo que,
com adição de 25% e 50% do plastificante os filmes apresentaram uma coloração
transparente e maior elasticidade.
7. Atividades a serem desenvolvidas nos próximos meses.
- Elaborar biofilme utilizando as proteínas miofibrilares da piramutaba;
- Verificar o efeito do pH nos filmes;
PP 1,5% pH 11
0%
Glicerol 25%
Glicerol 50%
a b
c
- Verificar o efeito dos plastificantes nas propriedades dos filmes;
- Avaliar as características de barreira dos biofilmes.
7.1 MÉTODOS
7.1.1 Obtenção do biofilme
Os biofilmes serão obtidos de acordo com Zavarezeet al. (2012) em que o
processo consiste primeiramente no preparo da solução formadora do biofilme, onde 1%
de proteínas de peixe (PP) será misturada com água destilada (p/v). O pH será ajustado
para 3 e/ou 11 com ácido acético glacial 2M e hidróxido de sódio 2M. Será adicionado
nesta mistura concentrações de sorbitol e/ou glicerol como plastificante de acordo a
Figura 2.
PP 1,5%
pH 3
pH 11
25% Sorbitol
0%
50% Sorbitol
50% Glicerol
25% Glicerol
50% Glicerol
25% Glicerol
50% Sorbitol
25% Sorbitol
0%
Figura 4: Formulações dos biofilmes.
A solução final será homogeneizada a 10.000 rpm durante 5 minutos utilizando
homogeneizador Turratec (Tecnal, TE-102) em seguida será submetida a banho-maria
(TECNAL, TE-057) durante 30 minutos nas temperaturas de 70°C. Através do método
casting, 150mL da solução formadora de biofilme será colocada em suporte de silicone
no formato circular de 22cm de diâmetro por 3cm de altura, que será direcionado para
secagem em estufa incubadora (Quimis, Q315M) por 8 horas a 45°C.
7.1.2 Caracterização do biofilme
- Espessura: será medida através micrômetro digital com resolução de 0,001 mm
(Insize, modelo IP54);
- Resistência à tração e porcentagem de alongamento na ruptura: serão
determinadas empregando-se metodologia ASTM D882-91 (ASTM, 1996) utilizando
texturômetro (QTS, Brookfield);
- Permeabilidade ao vapor de água: será determinada utilizando-se o método
modificado ASTM D882-95 descrito por Arfatet al. (2014);
- Solubilidade: será determinada a matéria seca não dissolvida em água pela
metodologia descrita por GONTARD et al., (1994);
- Cor: será determinada utilizando colorímetro MINOLTA modelo CR 310,
Obtendo-se parâmetros de L*, a* e b*.
8. CONCLUSÃO
A caracterização da proteína miofibrilar liofilizada da piramutaba demonstrou o
grande potencial que a espécie possui para a produção de biofilmes. No entanto, apesar
de vários estudos já terem sido realizados, ainda devem ser realizados e ajustadas as
metodologias para solucionar problemas ainda apresentados nas propriedades
tecnológicas para obter filmes biodegradáveis viáveis para serem utilizados de forma
mais abrangente.
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