Influence of physical and chemical caracteristics of plasticizers in the manufacturing and on the structural behavior and hygroscopic of films of calcium alginate

O consumidor consciente tem dado preferência a alimentos processados de melhor qualidade nutricional e com vida de prateleira prolongada, sempre com a devida preocupação com os efeitos prejudiciais acumulativos ao meio ambiente do descarte de subprodutos. Filmes biodegradáveis estão inseridos neste contexto. Eles são produzidos a partir de polímeros naturais, principalmente polissacarídeos e proteínas, com potencial aplicação na indústria farmacêutica e alimentícia. O alginato é um polissacarídeo que tem extensa aplicação em biotecnologia devido a sua habilidade de formar géis fortes e insolúveis ao ser reticulado com Ca++. Essa reação é tão rápida e localizada, impedindo a posterior moldagem do gel em forma de filmes. Para a confecção de filmes insolúveis é necessário primeiro fabricar um filme de alginato de sódio de baixa reticulação com cálcio, já contendo plastificante, que é então exposto a uma solução contendo cálcio para completar a reticulação por difusão. Nesse contato, entretanto, a solução reticuladora pode solubilizar o plastificante e o filme formado não apresenta uma flexibilidade desejável. Assim, o objetivo deste estudo foi selecionar formulações para a confecção de filmes de alginato de cálcio estruturados com plastificantes que apresentem baixa tendência de lixiviação/solubilização em meios aquosos. O estudo enfocou primeiramente plastificantes convencionais (glicerol, manitol, xilitol, sorbitol, maltitol e poli-etileno glicol-300). Também foram considerados os açúcares simples (frutose, lactose e sacarose), ácido graxo de cadeia curta (ácido hexanóico), surfactante não-iônico (Tween 20) e solutos não-convencionais (etanolamina, lactato de sódio, triacetina e citrato de tributila). Apenas formulações que produziam filmes transparentes de boa manuseabilidade foram consideradas, e esse critério eliminou os filmes plastificados com poli-etileno glicol-300, maltitol, lactose, sacarose, frutose, etanolamina, lactato de sódio, Tween 20, triacetina e ácido hexanóico. A seleção definitiva de plastificantes considerou, o aspecto visual, conteúdo de umidade, solubilidade em água, permeabilidade ao vapor de água, grau de intumescimento, resistência à tração e alongamento dos filmes formados. Os plastificantes que produziram filmes que satisfizeram requisitos mínimos para esses atributos foram glicerol, xilitol, manitol e citrato de tributila. Filmes com esses plastificantes foram submetidos à determinação de observações microscópicas de sua estrutura (MEV) e de isotermas de sorção, cor e opacidade e temperatura de transição vítrea. Os resultados confirmaram a excelente ação plastificante do glicerol e um comportamento similar do xilitol. O manitol e o citrato de tributila formam filmes de baixa higroscopicidade, mas são pouco flexíveis. Um compromisso entre alta resistência mecânica, boa aparência e baixa solubilidade em água pode ser obtido usando uma mistura de citrato de tributila e glicerolResponsible consumers are looking for processed food with higher nutritional value and extended shelf live, without disregarding the damaging cumulative effects of sub products discharge on the environment. Biodegradable films are part of this concept. They are produced from natural polymers, mainly saccharides and proteins, with potential applications in the pharmaceutical or food industries. Alginates are polysaccharides with large applications in biotechnology due to their ability to form strong and insoluble gels when crosslinked with Ca++. This reaction is fast and localized, preventing subsequent casting of the gel in the form of a film. In order to produce smooth and insoluble films, a weekly reticulated film already containing the plasticizer is confectioned first, and then exposed to a calcium solution and the reticulation is complemented by diffusion. During the contact period, however, the solution is prone to leach the plasticizer, and the resulting film will not present the required flexibility. The objective of this study was to select calcium alginate film forming formulations structured with plasticizers that show low solubilization/leaching susceptibilities in aqueous environments. The study examined initially the more conventional plasticizers (glycerol, mannitol, xylitol, sorbitol maltitiol, polyethylene glycol (PEG 300)). Consideration was then given to the simpler sugars (like fructose, lactose and sucrose), short chain fatty acids (hexanoico acid), non ionic surfactant (Tween 20) and non conventional solutes like ethanolamine, sodium lactate, triacetin and tributyl citrate. The final selection of adequate plasticizers was based on visual aspect, moisture content, solubility in water, water vapor permeability, degree of swelling in water, tensile strength and elongation of the films. The plasticizers that produced films with an adequate compromise within these attributes were glycerol, xylitol, mannitol and tributyl citrate. Films containing these plasticizers were submitted to microscopic observations of their structure (MEV), and their sorption isotherms, color and transparency, and glass transition temperature were determined. The results confirmed the excellent and powerful plasticizing effect of glycerol and a similar behavior of xylitol. Mannitol and tributyl citrate form films with lower hygroscopicity, but are less flexible. A compromise between high mechanical resistance, attractive appearance and low solubility in water can be obtained with a mixture of tributyl citrate and glycero