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UNIOESTE
UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARANÁ
CAMPUS DE MARECHAL CÂNDIDO RONDON
CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM AGRONOMIA
NÍVEL MESTRADO
MARA ADRIANE SCHEREN
BIODEGRADABILIDADE DE MATERIAIS À BASE DE FÉCULA DE
MANDIOCA EM MEIO SÓLIDO INERTE DE VERMICULITA
MARECHAL CÂNDIDO RONDON
AGOSTO/2005
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MARA ADRIANE SCHEREN
BIODEGRADABILIDADE DE MATERIAIS À BASE DE FÉCULA DE
MANDIOCA EM MEIO SÓLIDO INERTE DE VERMICULITA
Dissertação apresentada à Universidade
Estadual do Oeste do Paraná, como parte
das exigências do Programa de Pós-
Graduação em Agronomia - Nível
Mestrado, para obtenção do título de
Mestre.
Orientadora: ProfªDrª.Simone Damasceno
Gomes
MARECHAL CÂNDIDO RONDON
AGOSTO/2005
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FICHA CATALOGRÁFICA DE TESE
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)
Divisão de Biblioteca e Documentação - UNIOESTE
Scheren, Mara Adriane
Biodegradabilidade de materiais à base de fécula de mandioca em meio sólido inerte de vermiculita/ Mara
Adriane Scheren – Marechal Cândido Rondon, 2005.
91 p.: il.
Dissertação – (mestrado) – Universidade Estadual do Oeste do Paraná, 2005.
Bibliografia.
1. Material biodegradável (plástico) 2. Fécula de mandioca 3. Dióxido de carbono 4. Biodegradação
5.Microrganismo. I. Título.
CDD 635.652
Ata da reunião da Comissão Julgadora da Defesa de Dissertação da
bióloga.
MARA
ADRIANE
SCHEREN
. Aos dezesete dias do mês de agosto do ano de 2005, às 13:30 horas, sob a presidência
da PROFª. DRª. SIMONE DAMASCENO GOMES, em sessão pública reuniu-se a Comissão
Julgadora da defesa da Dissertação da Bióloga. Mara Adriane Scheren, aluna do Programa de Pós-
Graduação em Agronomia – Nível Mestrado com área de concentração em
“PRODUÇÃO
VEGETAL”,
visando à obtenção do título de
“MESTRE EM AGRONOMIA”
, constituída pelos
membros: Prof. Dr.Gilberto Costa Braga (UNIOESTE); Profª. Drª. Marney Pascoli Cereda (UCDB –
Campo Grande – MS) e Profª. Drª. Simone Damasceno Gomes (Orientadora Unioeste).
Iniciados os trabalhos, o candidato submeteu-se à defesa de sua Dissertação, intitulada:
“ESTUDO
DA BIODEGRADABILIDADE DE MATERIAIS A BASE DE FÉCULA DE MANDIOCA EM MEIO
SÓLIDO INERTE”.
Terminada a defesa, procedeu-se ao julgamento dessa prova, cujo resultado foi o seguinte,
observada a ordem de argüição:
Prof. Dr. GilbertoCosta Braga.........................................................................APROVADA
Profª. Drª. Marney Pascoli Cereda.................................................................APROVADA
Profª. Drª. Simone Damasceno Gomes (Orientadora)...................................APROVADA
Apurados os resultados, verificou-se que o candidato foi habilitado, fazendo jus, portanto, ao título de
“MESTRE EM AGRONOMIA”
, área de concentração:
”PRODUÇÃO VEGETAL”.
Do que, para
constar, lavrou-se a presente ata, que vai assinada pelos senhores membros da Comissão Julgadora
e por mim, Secretária.
Marechal Cândido Rondon, 17 de Agosto de 2005.
_______________________________________
Prof. Dr. Gilberto Costa Braga
_______________________________________
Profª. Drª.Marney Pascoli Cereda
____________________________________________
Profª. Drª. Simone Damasceno Gomes (Orientadora)
_______________________________________
Noili Batschke – Secretária
ii
UNIOESTE
UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO
PARANÁ
CAMPUS DE MARECHAL C
ÂNDIDO RONDON
DEDICATÓRIA
DEDICATÓRIADEDICATÓRIA
DEDICATÓRIA
O SORRISO E A ESPIRITUALIDADE
Sorrio porque o momento existe
Sorrio porque a vida é bela
Amando as coisas que deus criou na terra.
Sorrio porque existo,
Porque a espiritualidade está em toda à parte.
Sei que sou alegre porque o momento existe
E me traz a liberdade que eu preciso.
Sorrio porque sou feliz
E o sorriso resplandece o meu semblante.
Sorrio porque o momento existe
E a hora é essa de estar perto de você.
Sorrio porque Deus é bom e generoso
E dá a liberdade de estar aqui
Como em qualquer outra parte.
Poema ditado pelo espírito da escritora Cecília Meireles e
psicografado por Mara Adriane Scheren
no dia 19 de Maio de
1999, em reunião mediúnica na Sociedade Espírita Bezerra de
Menezes de Sede Nova/RS.
iii
AGRADECIMENTOS
A DEUS pela criação de minha vida, dádiva inesgotável e abençoada,
A meus PAIS José Plínio Scheren e Cândida Conceição Scheren pela oportunidade que me
concederam de estar aqui e evoluir,
Aos meus IRMÃOS Carla Simone, José Rodrigo e Nara Juliana pela alegria de viver,
Aos meus SOBRINHOS, Luiza, João Selmiro, Vítor Germano e Isadora, pelas horas de
distração a mim concedidas,
Ao meu querido e amado NAMORADO, Sávio Silva, pela alegria, incentivo e amor sem
limites,
Aos meus AMIGOS pelo encorajamento diante dos obstáculos,
Aos COLEGAS da classe do mestrado em Agronomia da UNIOESTE do ano de 2003,
A minha querida ORIENTADORA Professora Doutora Simone Damasceno, pelo incentivo
e esforço,
Ao COORDENADOR do curso de Mestrado e amigo Professor Doutor José Renato
Stangarlin, pelo incentivo, ajuda e apoio nas horas turvas de dúvidas, tanto cientificamente
como pessoal,
A todos os PROFESSORES doutores do curso de mestrado em agronomia desta instituição
que colaboraram na minha caminhada científica,
A todos os PROFESSORES que contribuíram para a minha formação profissional até aqui,
Ao PROFESSOR Doutor Gilberto Costa Braga por ter cedido o seu laboratório sem medir
esforços para que essa pesquisa pudesse ser realizada com sucesso,
A PROFESSORA Doutora Marney Pascoli Cereda pela participação e auxílio nesta pesquisa,
A empresa NATU-LYNE – materiais biodegradáveis – Botucatu/SP pela doação das
amostras de bandejas termoformadas de fécula de mandioca,
A NEUZA Francisca Michelon Herzog técnica do laboratório de alimentos e
microbiologia, amiga, companheira e colaboradora no desenvolvimento desta pesquisa,
A GILMAR Franzen, técnico do laboratório de Fitopatologia pela colaboração e incentivo
nesta pesquisa através das análises microbiológicas,
As BIBLIOTECÁRIAS da UNIOESTE/PR, campus Marechal Cândido Rondon,
A SECRETÁRIA do curso de Mestrado em Agronomia Noeli Batschke ,
A todos os FUNCIONÁRIOS da UNIOESTE campus Marechal Cândido Rondon/PR que
colaboraram para minha formação,
Aos GUARDAS noturnos pela ajuda no projeto de pesquisa
E a TODOS que de uma ou outra maneira contribuíram para que este trabalho pudesse
lograr êxito,
O meu MUITO OBRIGADO, que DEUS ilumine e conceda muita felicidade, paz,
harmonia, sucesso e amor nas vossas vidas.
iv
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS....................................................................................................
vii
LISTA DE TABELAS...................................................................................................
ix
RESUMO......................................................................................................................
x
1. INTRODUÇÃO.........................................................................….............................
1
2. REVISÃO DE LITERATURA....................................................................................
4
2.1Plásticos e a Sociedade..........................................................................................
4
2.2. Tipos de Plásticos Biodegradáveis.......................................................................
7
2.3. Biopolímeros de amido..........................................................................................
13
2.4 Bandejas Termoformadas de Fécula de Mandioca...............................................
18
25 Biodegradação.......................................................................................................
22
2.6 Microrganismos biodegradadores..........................................................................
30
3. MATERIAL E MÉTODOS........................................................................................
33
3.1. Local da realização do experimento.....................................................................
33
3.2. Materiais avaliados quanto à biodegradabilidade................................................
33
3.2.1. Fécula de mandioca...........................................................................................
33
3.2.2. Bandejas termoformadas de fécula de mandioca............................................
35
3.3.Ensaios para avaliação da biodegradalidade........................................................
35
3.4 Substrato................................................................................................................
37
3.5 Inóculo....................................................................................................................
38
3.6 Experimentos..........................................................................................................
40
3.6.1 Avaliação do efeito do tipo de inóculo na biodegradação da fécula de
mandioca......................................................................................................................
41
3.6.1.1 Avaliação microbiológica dos inóculos............................................................
41
3.6.2 Avaliação da biodegradabilidade das bandejas termoformadas de fécula de
mandioca......................................................................................................................
42
3.7 Determinação da biodegradabilidade....................................................................
43
3.7.1 Determinação da quantidade de dióxido de carbono.....................................
44
3.7.2 Determinação da quantidade teórica de dióxido de carbono....................... 45
3.7.3 Cálculo da porcentagem de mineralização....................................................
45
3.8 Análise dos resultados...........................................................................................
46
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO...............................................................................
47
4.1. Caracterização dos microrganismos do inoculo...................................................
47
4.2. Biodegradabilidade da fécula de mandioca em função do tipo de inóculo
utilizado.........................................................................................................................
53
4.3 Potencial de biodegradabilidade da fécula de mandioca e bandejas
termoformadas de fécula de mandioca........................................................................
60
5. CONCLUSÕES........................................................................................................
71
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...........................................................................
72
vi
LISTA DE FIGURAS
1 Famílias de biopolímeros com suas matérias primas..........................................09
2 Diferentes fórmulas químicas de polímeros biodegradáveis................................24
3 Amostra de Fécula de Mandioca............................................................…...........34
4 Amostra de bandeja termoformada de fécula de
mandioca................................................……………………............................…...……..35
5 Respirômetro utilizado para realização do teste de biodegradabilidade através da
medida de Dióxido de Carbono Liberado no experimento...........................................36
6 Experimento na BOD....................................................………..............................37
7 Caracterização visual de meio Martin com crescimento de fungos na diluição 10
-
2
do Composto Verde................................................................................................47
8 Caracterização visual de meio Martin com crescimento de fungos na diluição 10
-
2
do Composto Total.......................................................................................................48
9 Análise quantitativa de fungos do Composto Verde e Total na diluição 10
-2.
......48
10 Caracterização visual do meio extrato de solo na diluição 10
-4
com crescimento
de Colônias de Bactérias do Composto Total...........................................................50
11 Caracterização visual do meio extrato de solo na diluição 10
-4
com crescimento
de Colônias de Bactérias do Composto Verde .........................................................50
12 Análise quantitativa de bactérias para o Composto Verde e Total na diluição 10-
4.
........................................................................................................................................51
vii
13 Taxa de Mineralização da Fécula de Mandioca para o Composto Verde e
Composto Total..........................................................................................................53
14 Massa de Dióxido de Carbono liberada no processo de biodegradação da
Fécula de Mandioca par o Composto Verde e Composto
Total.................................................................................................................................54
15 Taxa de MIneralização para Fécula de Mandioca (material referencial) com as
repetições usadas no ensaio..................................................……….............................60
16 Taxa de MIneralização para bandejas termoformadas com as repetições usadas
no ensaio.............................................................……………………….................……..61
17 Massa de CO2 Acumulada ao longo do processo para as várias repetições de
fécula de mandioca (material referencial) utilizadas no ensaio...................................62
18 Massa de Dióxido de Carbono Acumulada ao longo do processo para as várias
repetições de bandejas utilizadas no ensaio.................................................................69
19 Produção de dióxido de carbono horário ao longo do processo para as várias
repetições de fécula de mandioca (material referencial) utilizadas no
ensaio..........................................................................................................................68
20 Produção de dióxido de carbono horário ao longo do processo para as várias
repetições de bandejas termoformadas utilizadas no
ensaio
.
..............................................................................................................................68
Viii
LISTA DE TABELAS
1 Composição nutricional da amostra fécula de mandioca utilizada no ensaio.......34
2 Composição da solução mineral para o teste do meio inerte sólido.......………...38
3 Composição da Solução Ringer............................................................……….....39
4 Distribuição Final do Experimento.............................…………………………….....43
5 Colônias de bactérias encontradas na análise microbiológica dos inóculos........49
ix
RESUMO
Devido à problemática do consumo e descarte de materiais plásticos,
pesquisas estão buscando produtos que sejam biodegradáveis, os bioplásticos,
como substitutos aos plásticos tradicionalmente utilizados. Para favorecer o
desenvolvimento desses materiais, é necessário um logotipo internacional que seja
reconhecido pelo consumidor para indicar se o material comprado é compostável.
Para tanto, testes de biodegradabilidade, utilizando metodologias recomendadas,
devem ser realizados visando fornecer informações obtidas em condições de Brasil,
já que ainda não constam na literatura internacional. Dessa maneira esta pesquisa
objetiva avaliar a biodegradabilidade de materiais à base de fécula de mandioca em
meio sólido inerte de vermiculita sob condições aeróbias controladas. A vermiculita é
um mineral inerte que simula as condições ambientais naturais de compostabilidade.
Os testes foram conduzidos em respirômetro e o potencial de biodegradabilidade foi
determinado através da quantificação do dióxido de carbono liberado durante o
processo. O CO
2
foi quantificado através do método da titulometria usando solução
de Hidróxido de Bário a 0,0125 N e titulação com solução de HCl 0,05 N, de acordo
com o método descrito na ISO 17556/2003.Os conjuntos de frascos foram mantidos
em estufa de incubação do tipo BOD com temperatura controlada em 30 ºC durante
18 dias para fécula de mandioca com 15 mL de inóculo, quando testado a origem do
inóculo, proveniente de composto sólido urbano total (resíduo doméstico, orgânico e
inorgânico) e composto sólido verde (resíduo de poda de árvores), de fontes
distintas para avaliação do tipo de inoculo. Para avaliação da biodegradação da
bandeja termoformada de fécula de mandioca foi usada temperatura de 36ºC
durante 45 dias para fécula de mandioca (material referencial) e 60 dias para
avaliação da biodegradabilidade das bandejas termoformadas de fécula de
mandioca com 45 mL de inóculo para ambos extraído de composto verde. Os
resultados referentes à origem do inoculo para 15 mL de inóculo a 30 ºC durante 18
dias de processo foram obtidas taxas de mineralização. do material teste na faixa de
28,37% para o composto verde e 27,71% para o composto total, demonstrando que
a origem do inóculo não influenciou na taxa de mineralização.. Em relação às taxas
de mineralização para bandejas termoformadas de fécula de mandioca quando
x
quando usado 45 mL de inóculo em 45 dias de processo a 36 ºC para a fécula de
mandioca (material referencial) e 60 dias de processo com 45 mL de inóculo a 36 ºC
para bandejas termoformadas obteve-se respectivamente os valores 43,89% e
42,71%. De acordo com as normas de avaliação da biodegradabilidade (ASTM e
ISO), 60 % do C do polímero deve ser mineralizado para CO
2
em 45 dias, para que
o mesmo possa receber a designação de “biodegradável”. Esse percentual não foi
obtido no trabalho, embora os materiais avaliados sejam comprovadamente
biodegradáveis. Os materiais utilizados no ensaio possuem características químicas
semelhantes na sua constituição, conseqüentemente o tipo de material não
influenciou nesse processo de biodegradabilidade. Acredita-se que a temperatura, o
tempo de processo, o equipamento, ou a ação dos microrganismos degradadores
podem ter contribuído para as baixas taxas de mineralização que não foram
satisfatórias em relação àquelas citadas em literatura e preconizadas pelas normas
para biodegrabilidade de plásticos deixando margem para novos estudos e testes.
Palavras-chave: material biodegradável, amido, fécula de mandioca, dióxido de
carbono; biodegradação e microrganismos.
xi
ABSTRACT
Because of the great problems of the consume and discharging of plastic
materials, researches are bringing products which are biodegradables, the plastics,
as substitutes to plastic materials that are traditionally used. To favor the
development of these materials, is necessary an international logo that are
recognized by the consumer in order to indicate if the material bought is
compoudable. For this purpose, tests of biodegrability, using methodologies
recommended must be performed in order to provide informations obtained in
conditions of Brazil, since it hasn´t been reported in the international literature yet.
Thus, this research aims to evaluate the biodegrability of materials originating from
starch of manioc in solid inert mean (vermiculite), under aerobic controlled conditions.
The vermiculite is an inert mineral that when is put in touch with the material to be
degraded, doesn´t reacts, simulating, thus, the natural environmental conditions of
compoundability. The tests were carried out in respirometer and the potential of
biodegrability was determined by the quantification of the carbon dioxide liberated
during the process by the titrimetric method, using 0,0125 N Bario Hidroxid Solution
and titration with 0,05 N Cloridric Acid Solution, in accordance to the method
described in the ISO 17556/2003 .The sets of flasks were maintained in chamber of
incubation type B.O. D in controlled temperature at 30º C during 18 days for starch
of manioc containing 15 mL of inoculo originating from total urban solid compound (
organic and inorganic domestic residue, and green solid compound ( residue
originating from loppingof trees), from different sources in order to evaluate the type
of the inoculo. For evaluating the biodegradation of the termoformed trays of starch of
manioc ( reference material) the temperature of 36ºC was used during 45 days and
for the evaluating of the biodegrability of the termoformed trays of starch of manioc
containing 45 mL of inoculo during 60 days, both extracted from green compound.
The results referring to origin of the inoculo for 15 mL of inoculo at 30º C during 18
days of processing were obtained mineralization rates of the test material ranged
28,37% for the green compound and 27, 71% for the total compound. It shows that
xii
the origin of the inoculo did not influence the mineralization rate, during the
evaluation period. In relation to the mineralization rates for termoformed trays of
starch of manioc when 45 mL of inoculo during 45 days of processing at 36 º C
(reference material) and 60 days of processing with 45 mL of inoculo at 36º were
used for termoformed trays were used, the values of 43,89% and 42,71% were
obtained respectively. In accordance to the evaluation rules of biodegrability (ASTM
and ISO), 60% of the C from the polimer must be mineralized in CO2 form during 45
days, in order to it can be receive the assignment “ biodegradable” . This percentage
did not obtain from the work, although the materials evaluated are biodegradable.
The material used for the tests have similar chemical characteristics in its
constitution, thus, the type of material did not influence this process of biodegrability.
Its assumed that the temperature, the time of processing, the equipment or the action
of degradating microorganisms may have been contributted for low mineralization
rates that weren´t satisfatory in relation those named in the literature and preconized
by the rules about biodegrability of plastics, contributing for new studies and tests.
Key - words: biodegradable mineral, starch, starch of manioc, carbon dioxide,
biodegradation, microrganism.
xiii
1 INTRODUÇÃO
Semelhantemente à grande maioria dos casos registrados na história da
humanidade, o fator preponderante para o surgimento dos materiais plásticos, já na
segunda metade do Século XIX, deveu-se principalmente a interesses econômicos.
Muitos esforços realizados no passado, visando tornar os plásticos mais
estáveis, determinaram uma vida útil potencialmente ilimitada, enquanto muitas
aplicações têm curta duração. Criou-se, assim, um grande problema ambiental com
resíduos plásticos de difícil degradabilidade, devido as suas origens de constituintes
apenas inorgânicos. Diante do contínuo crescimento de uso do plástico, novos
produtos e novas aplicações surgem com freqüência. As pesquisas estão buscando
produtos que sejam alternativos, no sentido de reduzir o problema de descarte
desses materiais, portanto, alternativas como, reciclagem, incineração e redução do
volume pela degradabilidade, são atuais mas ainda não se apresentam com
tecnologia totalmente dominada. Além dessas ações observa-se também que tem
havido aumento crescente do interesse por polímeros biodegradáveis como
substitutos aos plásticos tradicionalmente utilizados.
Os bioplásticos presentes no mercado são oriundos principalmente de amido,
com 85 a 90% do mercado. Entre os bioplásticos de amido incluem-se os fabricados
com amidos nativos ou pouco modificados, isolados ou em conjunto com moléculas
naturais ou sintéticas. Inclui-se também o ácido lático como resultado da
polimerização obtido por fermentação do amido. Em relação à comercialização dos
bioplásticos Averous (2002) comenta:
“No momento os mais comercializados são o PLA (ácido
polilático) e o PCL.(policaprolactonas) O primeiro de origem
biotecnológica e celulose com amido, o segundo de origem a
base de petróleo e amido. Ambos são 50% biodegradáveis,
pois a parte sintética não se degrada”.
A fécula de mandioca, devido as suas propriedades peculiares, tem sido
objeto de estudos no desenvolvimento de materiais biodegradáveis para aplicação
em vários setores (Castro, 2004; Vicentini, 2003; Henrique, 2002). Neste contexto
trabalhos avaliando a biodegradação de materiais à base de fécula de mandioca são
importantes, tendo em vista a aptidão que a fécula de mandioca tem demonstrado
para o setor e a necessidade de se realizar testes de biodegradação em condições
que simulem as condições reais, nas quais os resíduos sólidos biodegradáveis serão
dispostos no ambiente.
Propriedades de biodegradação de um determinado polímero são
caracterizadas pela proporção de Carbono do polímero mineralizada para CO
2
num
determinado tempo. De acordo com as normas de avaliação da biodegradabilidade
(ASTM e ISO), 60 % do C do polímero deve ser mineralizada para CO
2
em 45 dias,
para que o mesmo possa receber a designação de “biodegradável”.
Para favorecer o desenvolvimento de materiais biodegradáveis seria necessário
um logotipo internacional que seja reconhecido pelo consumidor para indicar se o
material comprado é compostável (Vilpoux & Averous, 2003). Para tanto, testes de
biodegradabilidade, utilizando metodologias recomendadas, devem ser realizados
visando fornecer informações obtidas em condições de Brasil, já que ainda não
constam na literatura internacional.
No Brasil a fabricação e utilização de materiais plásticos biodegradáveis ainda
é incipiente, havendo relatos de processos em escala piloto, mas poucos em escala
industrial devido, principalmente, ao preço mais elevado que os derivados de
sintéticos químicos e à falta de uniformização entre os países para estabelecer
critérios tais como biodegradabilidade e compostabilidade. No entanto a referida
situação tende a mudar, em função de ações que permitam a transferência de
tecnologia a um menor custo e da pressão por parte dos consumidores. Se essa
expectativa se concretizar, estudos de biodegradação dos materiais sob condições
padronizadas serão exigidos para que os mesmos possam ser comercializados.
Para tornar mais fácil o uso do polímero biodegradável é importante estimar a
biodegradação tanto do ponto de vista qualitativo como quantitativo, de acordo com
o tipo de meio no qual o material será disposto. Assim sendo, esta pesquisa objetiva
a avaliação microbiológica dos inóculos provenientes de composto verde e total, a
biodegradabilidade da fécula de mandioca em meio sólido de vermiculita em função
do tipo de inóculo utilizado e o potencial de biodegradabilidade para a fécula de
mandioca e bandejas termoformadas de fécula de mandioca em meio sólido de
vermiculita em condições ambientais brasileiras.
2 REVISÃO DE LITERATURA
2.1 PLÁSTICOS E A SOCIEDADE
Antes do advento do plástico, muitos artigos pessoais como pentes, fivelas,
botões, eram confeccionados a partir da queratina, extraída de cascos e cornos de
gado. Houve um declínio desse material no mercado, e uma crescente ascensão de
utensílios de marfim. A exigência da indústria dessa época quase provocou a total
dizimação dos elefantes da Costa Oeste da África. Após isso, incentivado por um
prêmio de 10 mil dólares, John Wesley Hyatt criou o celulóide, material moldável e
versátil, a partir de então inúmeros materiais plásticos de origem sintética foram
sendo desenvolvidos para as mais diversas aplicações (Canto, 1999).
O uso de plásticos é crescente na vida diária da população, pois novas e
numerosas aplicações surgem com freqüência. Diversos fatores respondem por
essa evolução meteórica, entre os quais se destacam o custo e a durabilidade.
O quadro sanitário no Brasil é precário e decadente, segundo dados do IBGE
(2000) 59% dos municípios dispõem seus resíduos sólidos em lixões, 17% em aterro
controlado, 13% em aterros sanitários, 2,8% tem programas de reciclagem, 0,6% em
áreas alagadas,0,4% usam compostagem, 0,3% aterros especiais e 0,2% fazem uso
da incineração (Souza e Lopes, 1993).Dentre as características químicas para a
biodegradabilidade de resíduos sólidos; o plástico desafia a ciência e a natureza.
Além da problemática da disposição e tratamento precários de resíduos
sólidos essencialmente plásticos no continente que prejudicam e contaminam os
recursos naturais renováveis; o ambiente marinho também tem sido bastante
afetado pelos resíduos plásticos lançados por embarcações ocasionando estragos à
fauna.
NO Brasil, as embalagens plásticas mais utilizadas e conhecidas são de
polietileno, seguido do polipropileno e PVC (policloreto de vinila). Constantemente
surgem alternativas com o objetivo de minorar a questão, ou, pelo menos, reduzir a
quantidade desses resíduos. Entre as soluções que vêm sendo tomadas para a
questão, encontram-se o estabelecimento de aterros sanitários em locais
adequados, a adoção de programas de coleta seletiva e reciclagem, campanhas de
conscientização, maior atuação dos poderes públicos, reutilização, incineração e
degradabilidade—cada qual com seus argumentos prós ou contras (Lima, 2004).
Com o agravamento do problema surgiram pressões ecológicas e
governamentais, com leis determinando e regulamentando o uso de plásticos
degradáveis em certas aplicações. A pesquisa busca materiais biodegradáveis, ou
com adição de produtos que tornem os plásticos convencionais mais
biodegradáveis, possibilitando melhorar a preservação do meio ambiente. Já estão
sendo produzidos industrialmente plásticos essencialmente biodegradáveis em
escala limitada, tanto por características que impedem o uso generalizado ou em
virtude de um custo muito elevado.(Huang, 1985).
No entanto, os plásticos biodegradáveis devem associar o custo competitivo
às propriedades compatíveis para o seu uso genérico. O processo de biodegradação
também deve prever a integração com os outros processos de recuperação do
plástico como reciclagem, reutilização freqüente e até mesmo incineração com baixa
taxa residual (Souza e Lopes, 1993).
O agravamento do problema ecológico causado pelos resíduos plásticos
incentiva a pesquisa de polímero com propriedades degradáveis para aplicações de
curta duração, principalmente nos casos de pouca exigência de suas propriedades
mecânicas. Com isso, materiais plásticos degradáveis pelos diversos mecanismos
identificados (foto, bio e oxidegradação) estão sendo pesquisados e alguns produtos
comercializados, embora a custos ainda não competitivos.(Canto, 1999).
Segundo Dumoulin (2001) o uso dos materiais plásticos é um componente
ordinário da vida moderna e a agricultura segue o movimento. Em 1970 surgiu o
nome de cultivo protegido (plasticultura) desde então o uso de materiais plásticos
não parou de crescer.
O maior uso de cobertura morta ocorre na China, país com a maior área
recoberta de plástico do mundo. Segundo Dumoulin (2001), a distribuição dos
plásticos usados na França é: PE (polietileno) 95.000t ano
-1
, com 25.000 t. para
filmes finos; PP (polipropileno) 35.000 t ano
-1
; PVC (cloreto de poli vinil) 35.000 t
ano
-1
e outros como PS (poliéster) 5.000 t ano
-1
. Esse tipo de cobertura muito
utilizado apresenta numerosas vantagens como proteção dos solos e dos lençóis
freáticos, com a limitação da lixiviação dos elementos minerais; mas também
problemas, principalmente para sua eliminação após o uso (César, 2001).
Segundo César, (2001) um material biodegradável destinado à agricultura
deve responder a critérios-agro-econômicos como mostrar qualidades agronômicas
similares aos materiais tradicionais não biodegradáveis, ter um custo compatível
com uma gestão sadia das explorações hortícolas e ser mecanizável.
Atualmente a disposição dos resíduos de plásticos descartados se tornou
uma especial preocupação ambiental, despertando interesse e crescimento em
relação aos polímeros biodegradáveis. Em geral, embalagens plásticas, não são
biodegradáveis como o papel, a madeira, o couro e tecidos de algodão o são, ou
seja, não se decompõem sob a ação de microrganismos. (Lima, 2004).
2.2 TIPOS DE PLÁSTICOS BIODEGRADÁVEIS
Polímeros são moléculas gigantes que apresentam unidades que se repetem.
Podem ser sintéticos, obtidos em laboratório (polietileno, isopor, etc...) ou naturais,
que ocorrem na natureza (proteínas, amido, borracha, etc.). De modo geral, um
polímero é considerado degradável quando possui na estrutura ou formulação
componentes que aceleram sensivelmente as baixas taxas de degradação próprias
da resina (Lima, 2004).
Guilbert (2000) define três tipos de materiais biodegradáveis, os polímeros
agrícolas (Figura 1)usados sozinhos ou em mistura com polímeros sintéticos
biodegradáveis. Os polímeros de origem microbianos (Figura 1) formados a partir da
fermentação de produtos agrícolas usados como substrato. Averous (2002) identifica
nesta classe os polihidroxi-alcanoatos, com sigla PHA e o seu representante mais
conhecido, o PHBV (polihidroxibutirato covalerato). E os de origem biotecnológica
(Figura 1) polimerizados por processos químicos convencionais e obtidos a partir do
produto da fermentação de matérias primas agrícolas usadas como substrato, o
material mais conhecido desta categoria é o PLA.
Em relação a esse bioplástico (PLA), Dumoulin, (2001) relata:
“O principal PLA é o Hasper produzido pela Cargill/Dow Polymers.
Esse PLA é derivado do amido de milho ou açúcar de beterraba
(podem ser usados outros tipos de amido ou de açúcar), com
biodegradação entre quatro e seis semanas em equipamento de
compostagem piloto. Pode ser usado para elaborar filmes para a
agricultura, potes de iogurte, fraldas ou têxteis e produtos de
higiene (junto com algodão).”
O PLA parece ser o único plástico originário de fonte vegetal que possui
chances de ser comercializado, sua fabricação utiliza baixo consumo de energia e
em razão disso possui alta taxa de conversão, com aproveitamento em torno de
80% de cada quilo de açúcar.(Gerngross e Slater, 2000).
Segundo Bastioli (2000), no caso de um aumento de produção os preços
poderão se localizar entre US$ 2 e 4 por kg. No caso de fixar-se em US$ 2, os
mercados possíveis de serem atingidos serão muito maiores, pois o PLA possui
características similares ao PET e PP. A barreira a umidade do biopolímero é
melhor que nos outros materiais derivados de amido e a barreira a gás é inferior.
Aos polímeros biodegradáveis, Averous (2002), adiciona uma quarta classe,
são os derivados por síntese, obtidos da indústria petroquímica por via sintética
clássica (Figura 1). Esta última via é representada por numerosos polímeros e
subgrupos: os policaprolactonas (PCL); os poliésteraminas (PEA); os copoliéster
alifáticos ou polibutileno succinato adipato (PBSA) e os copoliéster alifáticos co-
trefilados, como o polibutileno adipato tereftalato (PBAT).
As famílias de polímeros biodegradáveis são apresentadas na Figura 1.
Fonte: Citados por Vilpoux & Averous (2003) e Weber (2000).
Figura 1: Famílias de biopolímeros com suas matérias primas.
Os PCL e o PLA são os polímeros que dominam o mercado, com exceção
dos derivados de amido (Averous, 2002). Segundo Weber (2000) as embalagens
feitas a partir de amido continuarão de se desenvolver com o apoio de seus nichos
de mercado tradicionais não alimentares. Em uma segunda fase depois de resolver
Polímeros
biodegradáveis
Originados
por
derivados de
petróleo
Polissaca
-
rídeos
Amido
Produtos
ligno-
celulosicos
Madeira
Palhas . . . .
Poli
caprolactone
PCL
Poliéster
amida
PEA
Co
-
poliéster
alifático
PBSA
Co
-
poliester
aromáticos
PBAT
Ácido
Polilático
PLA
Origem
Biotecnológica
Origem
Microbiana
Polihidroxi
alcanoato
PHA
Polilactídio
s
Polihidroxi butirato
PHB
Polihidroxi butirato
Co-valerato
PHBV
Outros:
Pectinas
Quitosona,
Quitina,
Gomas . . . .
Proteínas
-
lipídeos
Vegetal:
Zeína
Proteína de
soja
Glúten
Origem
Agrícola
(Biomassa)
Animal:
Caseína
Soro de leite
Colágeno,
gelatina
os problemas de resistência à umidade e de custo, os biopolímeros de amido
deverão penetrar no mercado alimentar.
Para Tuil et al. (2000), filmes biodegradáveis multicamadas podem ser usados
como embalagens alimentícias com atmosfera controlada ou com gás. O amido é
uma embalagem com excelente barreira a oxigênio e gás carbônico, encontrando
problemas apenas com água ou vapor d’ água. A aplicação de camadas de
biopolímeros resistentes á água na proporção de 10%, permitiu a Tuil et al. (2000)
obter filmes resistentes á água com espessura de 30 a 100 µm. Esse material é
atualmente comercializado pela AVEBE com o nome de Paragon e pode ser
processado por sopro e usado em multicamadas com PLA ou PHBV (Weber,
2000).
Segundo Bastioli, 1996 citado por Vilpoux & Averous (2003), sob a marca
Mater-Bi a Novamont produz quatro tipos de materiais biodegradáveis, todos
baseados em amido misturado com um outro componente sintético, Esses
produtos podem ser classificados em:
Classe A – Materiais biodegradáveis, mas não compostáveis (biodegradação
em dois anos em ambiente líquido). Produtos feitos a partir de amido e
copolímeros de álcool etileno vinílico. (Witt et al., 1997;Bastioli, 2000).
Classe Z – materiais biodegradáveis e compostáveis, principalmente para
produção de filmes e folhas (biodegradação em 20-45 dias em condições de
compostagem). Material feito a partir de amido e PCL, na proporção de 50%. A
Mater Bi testou esses produtos de acordo com as normas ASTM 5338 e DIN
54900 e os certificou como produtos compostáveis. Esses produtos tem uma
degradação em torno de 56 dias, similar as embalagens, talheres para fast-food,
etc. O teste Sturm (DIN V 54900) apresentou uma degradação em torno de 70 a
90%. Quando testados de acordo com a ASTM D 5338 por um período de 45 dias
em condições de compostagem controlada obteve-se valores em torno de 74 a
100%. (Witt et al. 1997). A taxa de degradação com valor aproximado de 90% para
Mater BI ZFO3U/A foi encontrado durante 20 dias em teste de compostagem
controlada utilizando-se a ISO 14855 (Degli-Innocenti et al.2000).
Classe V -material biodegradável, compostável e solúvel, como substituto
das embalagens de EPS (biodegradação em tempo menor que Z). O teor em
amido desses produtos é superior a 85% (Witt et al. 1997).
Classe Y – materiais biodegradáveis e compostáveis, para itens moldados por
injeção, rígidos e dimensionalmente estáveis. Materiais feitos com matérias primas
inteiramente naturais, tais como derivados de celulose.Quando testados em meio de
compostagem controlada esses materiais obtiveram um grau de degradação em
torno de 90%. De acordo com a norma ASTM D 5338 (Degli-Innocenti et al.2000).
Os polímeros biodegradáveis de sínteses apresentam o problema de serem
caros (preço muitas vezes superior a 3 Euro kg
-1
), em comparação com os
polímeros de uso comum, tal como PE (0,8 a 1,1 Euro kg
-1
) (Thouzeau, 2001).
Segundo Bastioli (2000), o preço dos bioplásticos está em constante redução e em
2000 esteve entre 1,2 e 4,0 US$ kg
-1
, preço que permite competir com os materiais
tradicionais em algumas áreas. O mercado anual de bioplásticos derivados de
amido em 2000 era da ordem de 20.000 toneladas, com 75% destinados a
embalagens. O uso no setor alimentar era ainda muito limitado, consistindo
principalmente em utensílios de cozinha. Neste mesmo ano, o mercado de PLA era
apenas de 3.000 toneladas, mas com expectativas de grande crescimento com a
Cargill / Dow, principalmente no mercado de filmes bi-orientados para alimentos e
de fibras (Bastioli, 2000).
Para Ginon citado por Vilpoux & Averous (2003) em torno de 120.000
toneladas de plásticos biodegradáveis são produzidas no mundo cada ano, mas
estudos Norte Americanos estimam que esta produção pode atingir 500.000
toneladas até 2005. Cerca de 90% da produção de embalagens e de sacos para
compostagem (coleta seletiva de lixo), mas outros mercados estão em
desenvolvimento ou em fase inicial de comercialização tais como os talheres
descartáveis para restaurantes coletivos, produtos de escritório, de higiene e,
sobretudo os filmes para cobertura morta agrícola.
Os Estados Unidos, Alemanha e Japão são os principais detentores de
patentes de produtos biodegradáveis, seguidos da França, Itália, Inglaterra (Niedu
et al.,1999). As descobertas alemãs estão concentradas em menos empresas que
nos Estados Unidos, onde maior número de pequenas empresas e pessoas físicas
detém patentes relevantes. Segundo os autores, a maioria das descobertas é
sobre embalagens, talheres para fast-food, etc., seguido dos materiais
absorventes, fraldas para bebês e adultos e tecidos de toalete.
Não existem dados precisos sobre o consumo de plásticos biodegradáveis no
continente europeu. Sabe-se que a Alemanha era de longe o maior consumidor.
Algumas estimativas fornecem os dados seguintes de consumo para a Europa em
1999, Thouzeau, (2001), sacos para compostagem -5.500 toneladas; embalagens
de preenchimento-2.000 toneladas; camadas sobre papel-1.000 toneladas;
embalagens alimentícias-700 toneladas; diversos-800 toneladas.
De acordo com Haugaard et al. citados por Vilpoux & Averous (2003), as
embalagens utilizadas em produtos alimentares devem apresentar características
especiais, como por exemplo, barreira à água, gás, luz, sabor, etc; propriedades
óticas (transparência); resistência, soldabilidade e moldabiliadde; propriedades de
impressão; resistência a produtos químicos e temperaturas; propriedades
estéticas; facilidade de utilização e preço competitivo.
Segundo Glenn et al., (2001) a “Earthshell” lançou embalagens alimentares
feitas com tecnologia de waffer. Essas embalagens são feitas de fécula de batata,
água, fibras de madeira, CaCO3, desmoldantes e espessantes e são cobertas de
um impermeabilizante. Weber (2000) complementa que os produtos da Earthell
(USA) ainda não estão no mercado embora estejam prestes a serem lançados.
O principal mercado para os bioplásticos derivados de amido, em função de
sua sensibilidade à água, é no formato de snacks como loose fill e de outros
produtos expandidos, como substitutos do PS (Poliestireno) (Bastioli, 2000).
2.3 BIOPOLÍMEROS DE AMIDO
O uso de amido para produzir bioplásticos teve início na década de 1970
(Curvelo et al., 2001). O amido tem a vantagem de ser barato, abundante e
renovável. Além disso, está presente em várias formas em função da origem da
matéria-prima (Lawter & Fischer, 2000). No estado granular, foi usado como agente
de enchimento para poliolefina e como componente em misturas com polímeros
sintéticos. Segundo Lawter & Fischer (2000), o amido foi também modificado por
grafting com monômeros de vinil (ex.: acrilato de metila), originando materiais que
podem ser injetados em moldes ou extrusados.
É possível produzir filmes à base de amido através do enxerto com polímeros,
tais como o polietileno (PE). Vale a pena lembrar que esses filmes são bio
fragmentados, pois apenas o amido é biodegradável e esses filmes estão sendo
abandonados (Lawter & Fischer, 2000).
O amido é um polímero facilmente biodegradável, mas não pode ser usado
estritamente como material acondicionante devido suas características hidrofílicas.
Ao amido são adicionados alguns compostos que agem como uma mistura
homogênea ou uma forma de multi-camada. Para melhorar a impermeabilização dos
produtos biodegradáveis de amido, Averous (2002) sugere a possibilidade de
incorporar polímeros biodegradáveis, renováveis ou sintéticos. Esses polímeros
podem ser misturados ao amido ou aplicados em filmes multicamadas, com uma
camada interna de amido e duas externas do polímero impermeável.Segundo Griffin
e Otey et al. citados por (Gattin et al., 2002):
“Neste campo, a primeira pesquisa conduzida com mistura de
amido, foi com polímero sintéticos”.
O primeiro material considerado biodegradável cientificamente foi encontrado
em restos de resíduos (lixo doméstico) Goheen and Wool, citado por Gattin et al.,
(2002). A biodegradabilidade do amido é estimulada pela degeneração química e
fragmentação da fração sintética, (Corti et al.,1999; Wool et al., (1990). De acordo
com Sig e Nikolov citado por Gattin et al., (2002), a biodegradabilidade do amido é
reduzida na mistura citada acima, provavelmente devido a inacessabilidade da
enzima apropriada do substrato.
Segundo Averous et al., (2001a) e Martin et al., (2001a), os filmes de amido
podem ser complexados com poliésteres termoplásticos, tais como o poli-
caprolactona (PCL) e em seguida ser processados através de sopro ou de
calandragem, como para os plásticos tradicionais. Para os filmes biodegradáveis, o
processo industrial atinge um rendimento equivalente a 80-90% daquele obtido para
polietileno de baixa densidade (PEBD) (Bastioli, 2000).
Atualmente, uma das principais vias para a produção de materiais
biodegradáveis é o amido termo plástico (TPS) (Curvelo et al., 2001). O amido não é
um verdadeiro termoplástico, mas na presença de um plastificante (água, glicerina,
sorbitol, etc.), altas temperaturas (90 – 180 °C) e cisalhamento, ele derrete e flui,
permitindo seu uso em equipamento de injeção, extrusão e sopro, como para os
plásticos sintéticos.
Para obter um amido termoplástico é necessário que o amido perca sua
estrutura granular semicristalina e adquira comportamento similar ao de um
termoplástico derretido, obtido por extrusão através da introdução de energia
mecânica e térmica Lourdin et al., (1999). A água adicionada à formulação tem duas
funções: primeiro como agente desestruturante do grânulo nativo, com rompimento
das ligações hidrogenadas entre as cadeias e em segundo como plastificante. No
entanto, é necessária a adição de um plastificante adicional além da água, tal como
um poliol, que será pouco influenciado pelas condições atmosféricas em mecanismo
de sorção – desorçao e que permitirá a obtenção de uma fase fundida em
temperatura inferior à da degradação do amido (Averous,2002). Lourdin et al. (1995)
é adicionado de 20 a 40% de plastificante, tais como glicerol, sorbitol, etc., em
relação ao peso de amido. O teor em plastificante apresenta relação direta com as
propriedades mecânicas e a transição vítrea do material.
Durante a extrusão do amido, a combinação de forças de cisalhamento,
temperatura e plastificação permite obter um material termoplástico derretido
(Averous et al., 2001a). Este material pode em seguida ser transformado através de
termoformação ou injeção (injection moulding).A baixa resistência à água e as
variações nas propriedades mecânicas sob umidade prejudicam o uso do amido. Os
derivados deste produto possuem uma alta permeabilidade a umidade e degradam
de forma rápida para muitos tipos de aplicações. Modificações para remediar a
esses problemas encarecem o produto final, limitando as soluções (Lawter &
Fischer, 2000). Para Averous et al. (2001b), além da sensibilidade a umidade, o fato
dos biopolímeros de amido terem propriedades mecânicas que se alteram com o
tempo, a baixa força de resistência ao impacto e no caso dos produtos
termoformados, a pequena espessura dos produtos formados, limitam o uso dos
derivados de amido.
As propriedades dos amidos plastificados dependem muito da umidade.
Como a água tem poder plastificante, o comportamento do material pode ser
modificado em função da umidade relativa do ar, Averous (2002), através de um
mecanismo de sorção-desorção. Quanto maior o teor de plastificante (poliol), maior o
teor em umidade. Em paralelo, as propriedades do material evoluem com o tempo,
mesmo com umidade e temperatura controladas, o que se traduz pela diminuição da
elongação na quebra e pelo aumento da rigidez do material (envelhecimento do
material0.
Segundo Curvelo et al. (2001), a resistência à umidade pode ser melhorada
com adição de polímeros sintéticos de agentes de ligação cruzada tais como sais de
Ca e Zr ou a adição de lignina. As propriedades dos TPS variam em função do tipo
de amido utilizado, com ênfase para o teor de amilose.
Além da mistura do amido com outros polímeros e do uso de plastificantes,
muitas pesquisas foram realizadas sobre a possibilidade de modificar o amido para
que os TPS possam adquirir as propriedades desejadas em matéria de resistência
mecânica e à umidade. Para Thakore et al., (2001) a esterificação do amido permite
aumentar o caráter termoplástico do amido, assim como sua estabilidade térmica,
hidrofobicidade e cristalinidade.
Essa especificidade é confirmada por Whistler & Hilbert (1944), que afirmam
também que os triacetatos de amido são mais quebradiços e frágeis quando a
reação de esterificação é feita sobre o amido de modo geral ou apenas sobre a
fração amilopectina. Quando feita sobre a fração amilose, os filmes são mais
resistentes e flexíveis. Essas características, segundo os autores, se mantém
mesmo com adição de plastificante.
Fringant et al., (1998) utilizaram um amido acetilado, com Grau de
Substituição (GS) de 3, para melhorar a resistência à umidade dos materiais
biodegradáveis. O revestimento não teve bom efeito, pela incompatibilidade do
material com o amido. O melhor efeito foi com um pratinho feito por flash
vaporização tendo como base 50% de amido pré-gelatinizado e 50% de amido
acetilado. No caso de um pratinho com 50% de amido acetilado, sem revestimento,
a impermeabilização é apenas parcial e depois de 7 horas os pratinhos já havia
ganho em torno de 50% de peso em água.
Segundo Shogren, et al., (1998), o uso de amido como base para material
biodegradável é altamente vantajoso na elaboração de artigos descartáveis como
pratos, utensílios e filmes, agindo como um método alternativo de reciclagem para o
meio ambiente na substituição de plásticos não degradáveis. Embora plásticos como
o polietileno e o poliestireno possam ser reciclados, isto não ocorre com freqüência,
devido ao alto custo de coleta e a contaminação por restos orgânicos. Alem do
amido ser um biopolímero extremamente disponível a custo médio de US$ 0,25 –
0,60/Kg, é mais barato do que o polietileno e poliestireno US$ 0,80 – 1,50/Kg.
A qualidade e custo final dos produtos serão sensivelmente dependentes da
qualidade de amido e do processo de mistura. Por sua disponibilidade e custo, o
amido de milho é a matéria-prima mais empregada para esse fim, mas o arroz, a
batata, a mandioca, entre outros, também servem como fontes de amido. O estágio
atual do desenvolvimento tecnológico de misturas de PEBD (polímero de baixa
densidade) e amido não permite seu uso generalizado. A competitividade econômica
e a mecânica comparadas com as dos polímeros convencionais deixam a desejar.
Contudo, fatores como evolução tecnológica, redução nos custos e legislação que
torne obrigatório o uso de plásticos degradáveis deverão, certamente, favorecer seu
consumo (Schroeter, 2001).
2.4 BANDEJAS TERMOFORMADAS DE FÉCULA DE MANDIOCA
A fécula de mandioca, devido as suas propriedades peculiares, tem sido
objetivo de estudos no desenvolvimento de materiais biodegradáveis para aplicação
em vários setores (Castro, 2004; Vicentini, 2003; Henrique, 2002). Para o uso
dessas embalagens biodegradáveis a base de fécula de mandioca são necessárias
informações sobre seu desempenho e sua biodegradabilidade Para obter
informações sobre o desempenho físico, químico e mecânico foi implementado um
ensaio usando bandejas elaboradas com fécula de mandioca como biomaterial que
simula o poliestireno expandido (PSE). (Castro, 2004). Em relação à
biodegradabilidade das bandejas termoformadas de fécula de mandioca citadas
acima, ainda não existem estudos.
Com o objetivo de avaliar o comportamento de bandejas de fécula de
mandioca comparadas as de poliestireno expandido (PSE), foram embalados
tomates (Lycopersicum esculentus L.) da cultivar Débora Plus, com filmes de cloreto
de polivinila (PVC) esticável e autoaderente; armazenadas sob refrigeração a 5 ± 0,1
°
C e em condições ambientes a 20
±
0,1
°
C. Foi utilizado como testemunha
bandejas de poliestireno expandido.Conclui-se que as bandejas de fécula de
mandioca ganharam peso em relação as de poliestireno expandido devido à
passagem de umidade dos tomates que provavelmente perderam peso a
temperatura ambiente. Não foi observado o aparecimento de patógenos. As
bandejas de fécula de mandioca utilizadas no ensaio para as condições de
refrigeração 5 ± 0,1 °C apresentaram resultados de potencial utilização onde estas
não alteraram seu peso Castro (1999).
Segundo Castro (2004) o material utilizado no ensaio citado acima é
elaborado de matéria prima natural, renovável e biodegradável. Devido a pouca ou
nenhuma literatura referentes à caracterização de embalagens termoformadas de
amido, para algumas caracterizações das bandejas de fécula de mandioca, foram
utilizadas análises, ensaios e normas descritas para embalagens plásticas, porém
para outras características das bandejas de amido foram utilizadas algumas análises
descritas em referencias bibbliográficas anteriormente.
Embora a biodegradação das bandejas de fécula de mandioca, não tenha
sido descrito e feito parte das análises de caracterização, quando exposta ao solo
durante 7 dias, sofrem degradação rápida diminuindo sua massa, quando
comparadas com as poliestireno expandido.
Os valores médios das dimensões em milímetro (mm) e os coeficientes de
variação encontrados para as bandejas de fécula de mandioca são superiores aos
de poliestireno expandido, apresentando uma maior variação dimensional entre as
unidades, caracterizando material mais heterogêneo. Como descrito por Castro
(1999) com uso das bandejas de fécula de mandioca para armazenar frutos de
tomate (Lycopersicum esculentus L.) em temperatura de 20 ± 0,1 °C observou-se
que as bandejas sofreram deformações alterando suas dimensões originais, quando
absorvem a umidade dos frutos.
Em relação às propriedades físicas das bandejas termoformadas de fécula de
mandioca foi observado que apresentam peso superior as de poliestireno expandido,
aproximadamente 5 vezes maior, e também uma maior variação de peso entre as
unidades, caracterizando um lote mais heterogêneo. Para Shogren et al., (1998), o
maior peso e a densidade das bandejas de amido, podem ser controladas por
mudanças na formulação, quantidade de matéria seca, e temperatura de formação,
onde baixas temperaturas provocam menor expansão da massa polimérica, sendo
necessário maior quantidade de matéria seca para formação da bandeja.
Observou-se uma pequena variação de volume entre a bandejas de fécula de
mandioca e poliestireno expandido. Esta diferença é devido ao tamanho das abas
laterais das bandejas de fécula, que são superiores as de poliestireno expandido,
porem as outras dimensões como largura, comprimento e espessura são
semelhantes. As bandejas de fécula de mandioca quando empilhadas umas sobre
as outras, apresentam volume 25% superior ao volume ocupado pelas bandejas de
poliestireno. Esse volume maior é atribuído a dois fatores: primeiro, a maior altura da
aba lateral e o segundo, ao não encaixe mais adequado das bandejas, por
problemas de irregularidade de comprimento e largura, não sendo possível um
encaixe mais adequado entre as bandejas.
As amostras das bandejas de poliestireno expandido, quando colocadas em
contato com a chama do bico de Bunsen, produziram uma fumaça preta com
liberação de fuligem. Estas características estão de acordo com as informações
relatadas por Alves et al., 1999 citado por Castro (2004) que determina as
características para os materiais plásticos através da queima. As bandejas de fécula
de mandioca, quando expostas à queima direta, produziram cinzas, H
2
O e CO
2
, não
oferecendo riscos ao meio ambiente. Desta forma podemos prever que este material
quando exposto ao meio ambiente e se entrar em combustão não causará danos
ambientais.
Sabe-se que as bandejas de fécula de mandioca são produzidas de material
altamente hidrofílico, variando sua umidade com o meio em que estão sendo
armazenados. Apesar das bandejas de poliestireno expandido apresentarem
estruturas porosas, estas não interagem com o meio em que estão sendo
armazenadas, pois seu peso não se altera com a umidade do meio.
Castro (1999) observou que a perda de peso do tomate após 13 dias de
conservação nas condições de temperatura ambiente não foi transferida para as
bandejas de poliestireno onde estas não alteraram seu peso ao contrário das
bandejas termoformadas de fécula de mandioca que absorveram peso. Shogren et
al., (1998) afirma que embalagens de amido quando armazenadas em meios com
umidade relativa inferior a 50% ocorre à diminuição da resistência mecânica
aumentando sua fragilidade, com ocorrência de fraturas. A flexibilidade das
embalagens de amido aumenta com a absorção da umidade conseqüentemente sua
plasticidade.
Sabe-se que os materiais das bandejas de fécula de mandioca entram em
equilíbrio com a umidade relativa do ar em que estão armazenados enquanto que o
poliestireno expandido não se altera. As bandejas de fécula de mandioca foram
perdendo massa conforme aumentava o tempo de exposição das mesmas em água,
sendo possível prever sua dispersão quando exposta ao meio ambiente.
Em análise de microscopia óptica de imagem observou-se a presença de
grânulos de amidos íntegros que não sofreram gelatinização, nos dois pontos de
amostragem, fundo e abas das bandejas de fécula de mandioca respectivamente. A
presença de grânulos de amido indicam que durante o processo de termoformação
das bandejas não ocorreu a gelatinização total dos grânulos, provocados pela má
distribuição do calor e pela espessura das bandejas, ou por falta de tempo ou
temperatura suficiente para gelatinizar todos os grânulos.
Pela microscopia eletrônica de varredura (MEV) observou-se que as amostras
retiradas do fundo das bandejas de fécula de mandioca apresentam superfície
porosa formada por perfurações ou aberturas. Estas perfurações são provocadas
durante o processo de formação, e podem servir como canal de entrada de insetos
ou mesmo local para acumulo de poeiras, como também maior uso de
impermeabilizante para deixar uma superfície contínua.
As bandejas de fécula de mandioca apresentam maior resistência à
compressão dinâmica nos dois sentidos, comprimento e largura do que as bandejas
de poliestireno expandido.
2.5 BIODEGRADAÇÃO
A biodegradação aeróbia foi testada segundo vários padrões internacionais
por diferentes organizações (ISO, CEN, ASTM, DIN, etc.). Levando-se em
consideração os resultados desses testes, Witt et al. (1997) define a degradabilidade
biológica de um material polimérico como um processo causado pela atividade
biológica, promovendo modificação da estrutura química natural do material através
da ocorrência de produtos finais do metabolismo dos microrganismos.
Dessa maneira, a degradabilidade é profundamente afetada pelas condições
do meio, pela presença de aditivos na formulação e pelo tipo de polímero. Essas
variáveis determinam diversos mecanismos (reações) de degradação. Segundo o
mecanismo; pode ser classificada em fotodegradação (fotólise e fotoxidação);
biodegradação: (quanto ao metabolismo pode ser aeróbia ou anaeróbia e, quanto ao
tipo de organismo, divide-se em algas, fungos, bactérias, leveduras, larvas e
insetos); degradação física e degradação química (oxidegradação) (Souza e Lopes,
1993).
Várias definições para o termo degradação biológica foram determinadas e
diferentes procedimentos para a biodegradaçao aeróbia foram testados e
desenvolvidos usando padronizações por diferentes organizações (ISO, CEN,
ASTM, DIN, etc.). Assim, Witt et al. (1997) definem a degradabilidade biológica de
um material polimérico como “um processo causado pela atividade biológica,
causando modificação da estrutura química natural do material através da ocorrência
de produtos finais do metabolismo dos microrganismos. Dessa maneira, um plástico
é considerado biodegradável, se todo o constituinte orgânico for submetido à
completa biodegradação.
A biodegradabilidade é profundamente afetada pela composição química do
plástico, por sua morfologia, pelas condições do meio, pela presença de aditivos na
sua formulação e outros fatores favoráveis e desfavoráveis à decomposição.
Macromoléculas naturais como proteínas, celulose e amido, são geralmente
degradadas em sistemas biológicos pela hidrolise seguida de oxidação; assim como
álcool polivinílico, poliuretanos derivados de estedióis e outros (Figura 2).
Fonte
(Vilpoux & Averous – 2003).
Figura 2: Diferentes fórmulas químicas de polímeros biodegradáveis
A degradação dos polímeros biodegradáveis envolve basicamente duas
etapas principais: a degradação primária constituída por catalise enzimática,
oxidação e força física; e a degradação secundaria, exercida pelo ataque enzimático
dos microorganismos. Os testes aceitos para avaliação da biodegradabilidade são:
aterro sanitário que simula a degradação em condições naturais; degradação
microbiológica com microorganismos cultivados e enzimas purificadas, método
ASTM D G21-70; entre outros.
A degradação biológica em ambiente aeróbio é significativamente influencida
por todos os parâmetros que influenciam a atividade biológica dos microrganismos.
De interesse especial são a disponibilidade de oxigênio e nutrientes, temperatura,
umidade, pH e a atividade microbiana. Além dos efeitos enzimáticos,
microrganismos podem causar ataques fisico-químicos (fotoquímico, hidrolítico,
oxidativo) produzindo ácidos durante o processo de degradação (Schroeter,2001).
Muitos métodos tem sido propostos para avaliar a biodegradabilidade dos
materiais, alguns são padronizados para o meio liquido (ASTM D- 5209-92, 1994;
International STANDARD ISO/CEN 14852, 1998) e para o meio de compostagem
(ASTM D-5338-92, 1994; International STANDARD ISO/CEN 14855, 1998; ISO/DIS
17556, 2003).
Segundo Urstad et al., Puechner et al., Raghavam et al. , e Ressouani et al.,
citado por (Gattin et al., 2002)
“Todas as medidas são baseadas no método do respirômetro.
Porém, nenhum desses métodos leva em conta todas as
possibilidades diferentes de produção e degradação baseados
no carbono. Em geral, somente um pouco do balanço de
carbono estudado tem sido conduzido no meio líquido, e menos
ainda no meio de compostagem”.
De acordo com a norma ISO/DIS 17556 (2003), que estabelece as condições
para testes de biodegradabilidade, propriedades de biodegradação de um
determinado polímero são caracterizadas pela proporção de C do polímero
mineralizada para CO
2
num determinado tempo. De acordo com as normas de
avaliação da biodegradabilidade (ASTM e ISO), 60 % do C do polímero tem de ser
mineralizada para CO
2
em 45 dias, para que o mesmo possa receber a designação
de “biodegradável.
O experimento deve ser acompanhado até 20 (vinte) dias após ter atingido a
estabilização da liberação de dióxido de carbono (fase platô), o que indica o término
dos processos relacionados à decomposição dos materiais biodegradáveis. Se
durante o período de 45 dias a fase de platô não for atingida, deve-se acompanhar o
experimento por um período de no máximo 6 (seis ) meses.
Há vários testes de biodegradação que são realizados em diferentes meios,
tais como, meio líquido e meio sólido (composto ou solo) (Gattin et al, 2001).
Testes de biodegradação em meio líquido são relativamente mais fáceis de se
conduzir, permitem a retirada de amostras sem dificuldades. No entanto eles têm a
desvantagem de não representarem as condições reais de uma unidade de
compostagem, devido ao fato de que os microrganismos principalmente ativos no
meio líquido são bactérias e no composto, fungos e leveduras (Gattin et al, 2002).
Por outro lado os testes de biodegradação em meio sólido (composto), apesar de
representarem as condições reais de disposição, apresentam dificuldades na coleta
de amostras e na determinação do balanço de C, devido à presença de C no meio
(Corti, 1992).
Como forma de se contornar as dificuldades inerentes a cada tipo de teste de
biodegradabilidade, em meio liquido ou meio sólido (composto), alguns trabalhos
indicam a substituição para meio sólido inerte (vermiculita), por este permitir a
obtenção de dados acurados e o estudo do processo de degradação ao longo do
tempo. De acordo com Haschlse et al., (1998) e Witt et al., (1997), dentre os meios
sólidos inertes avaliados para testes de biodegradabilidade em substituição ao meio
de composto, a vermiculita foi o que melhor simulou o substrato em relação ao solo,
por não apresentar qualquer mineral necessário ao metabolismo dos
microrganismos.
A prática de testes de biodegradação em meios sólidos são os que mais se
aproximam da realidade, porém sua complexidade restringe na prática o
procedimento de análises adicionais, tais como, extração solvente orgânico e
balanço de carbono. (Longieras et al, 2004).
As diferentes normas existentes ou descritas n aliteratura (ASTM; ISO)
apresentam condições de compostagem diferentes (tempo, temperatura e umidade),
o que dificulta a comparação dos resultados. (Vilpoux & Averous, 2003).
Conforme Gattin et al., (2002) avaliaram a biodegradabilidade de material co-
extrusado de amido e PLA em meio líquido, em meio sólido de composto e em meio
sólido de vermiculita. Para todos os meios, o processo de degradação se estabilizou
a partir do 15° dia.durante 45 dias de experimento. A porcentagem de mineralização
de material co-extrusado de amido e PLA testados por Gattin et al., (2002) em meio
líquido foi de 78%, em meio sólido de composto 67% e em meio sólido de vermiculita
71%. Esses resultados foram considerados adequados em relação à
biodegradabilidade, por estarem de acordo com o padrão mínimo estabelecido que é
de 60%. Assim, a classificação média com relação ao aumento do grau de
degradação observado foi: meio líquido > meio de compostagem > meio sólido de
composto.
Para a confirmação completa da biodegradação é necessário realizar o
balanço de carbono. O conteúdo de carbono no polímero (C
polímero
) é convertido
pelos microrganismos em biomassa de carbono (C
b
), em dióxido de carbono liberado
(C
g
), em DOC (C
s
)
e o resíduo insolúvel do material de carbono C
nd
, parte não
biodegradável. C
polímero
= C
d
= C
b
+ C
g
+ C
s.
Dessa maneira, o carbono da biomassa, o dióxido de carbono liberado, o
carbono orgânico dissolvido e o carbono que não foi degradado não são exatamente
igual a 100%. Essas variações poderiam ser verdadeiras no primeiro dia do teste,
devido à fase de ativação e no último dia do teste, mas em todo o tempo do
experimento não. Entretanto, a diferença entre o resultado teórico (100%), e o
resultado experimental nunca deverá exceder 15%. (Longieras et al, 2004).
Em trabalho realizado sobre o efeito da armazenagem de composto no
potencial para a biodegradação de plásticos,(polycaproclatona (PCL) e poly-butyleno
succinato (PBS)) para ser biodegradado por compostos armazenado e fresco nas
temperaturas a -20 ºC, 4 ºC e 20 ºC com períodos de 30 dias, 60 dias e 90 dias.
Yang et al., (2004) observaram que dependendo do tempo de armazenamento a
temperatura influencia ou não no processo de biodegradação, bem como o uso, e
tipo de microrganismos.
Outro trabalho realizado por Mezzanotte et al., (2005) sobre a Influência do
tipo de inóculo nos resultados em testes de biodegradação. De acordo com o
método de padronização ISO 14851 comparando diferentes inóculos de lodo
ativado. Conclui nesse trabalho que a origem do inoculo é importante recurso da
variabilidade que pode afetar a taxa de mineralização dos materiais degradados.
Longieras et al., (2004) em ensaio realizado sobre a biodegradabilidade de
material em meio sólido inerte com balanço de carbono, testou duas quantidades
distintas de inóculos, concluindo que uma maior quantidade de inoculo influencia
numa maior taxa de mineralização .
A disponibilidade de polímeros degradáveis deve associar custo competitivo
em relação aos materiais plásticos convencionais e propriedades compatíveis para o
uso generalizado. Além disso, deve reunir condições de degradação pelos diversos
mecanismos propostos. No Brasil, o tema ainda é incipiente e as empresas que
primeiro se lançarem à pesquisa e produção desses plásticos poderão ter o aval e
incentivo da população e do governo. Apesar da desvantagem do aumento da
densidade do produto pela inclusão de amido ao polietileno, há compensação
econômica, no descarte do material em seu uso como cobertura na agricultura. O
uso dessas resinas reduzirá os problemas de resíduos, mas não eximirá sua
integração com os demais processos (reciclagem e incineração) (Souza e Lopes,
1993).
De posse das informações da mineralização será possível determinar a
biodegradabilidade dos materiais biodegradáveis produzidos à base de fécula de
mandioca, o que vem a contribuir, já que vários trabalhos têm sido realizados para o
desenvolvimento e para a avaliação do desempenho desses materiais em diversos
usos, no entanto não se têm informações da realização de testes para determinar a
biodegradabilidade dos mesmos, o que no momento em que se tornarem utilizados
em escala real será exigido.
Em ensaio realizado por Mezzanotte et al., (2005), a biodegradabilidadede de
um material polimérico é inferida estudando-se o processo de biodegradação. Esse
processo é observado em condições de laboratório, obtendo-se resultados que
possam concluir que o polímero é biodegradável (ou que pode vir a ser
biodegradável). A biodegradabilidade refere-se ao potencial (habilidade de ser
degradado por um agente biológico) enquanto que biodegradação refere-se ao
processo em certas condições como tempo, temperatura e resultados que possam
ser medidos. Resultados positivos num teste de biodegradação provam que o
polímero é biodegradável, enquanto que resultados negativos no final do teste não
provam que o polímero não seja biodegradável.
No Brasil a fabricação e utilização de materiais plásticos biodegradáveis ainda
é incipiente, havendo relatos de processos em escala piloto, mas poucos em escala
industrial devido, principalmente, ao preço mais elevado que os derivados de
sintéticos químicos, à falta de uniformização entre os países para estabelecer
critérios tais como biodegradabilidade e compostabilidade. No entanto a referida
situação tende a mudar, em função de ações que permitam a transferência de
tecnologia a um menor custo e da pressão por parte dos consumidores.
Se essa expectativa se concretizar, estudos de biodegradação dos materiais
sob condições padronizadas serão exigidos para que os mesmos possam ser
comercializados. Para tanto, testes de biodegradabilidade, utilizando metodologias
recomendadas, devem ser realizados visando fornecer informações obtidas em
condições de Brasil, já que ainda não constam na literatura internacional. (Vilpoux &
Averous, 2003).
2.6 MICRORGANISMOS BIODEGRADADORES
Estima-se que são conhecidos apenas 1% das bactérias e apenas 5% dos
fungos existentes nos solos que tenham sido descritos, deixando dessa maneira
uma enorme lacuna de conhecimento a ser preenchida em estudos de
biodiversidade microbiológica de solos.Os microrganimos que atuam no processo
de biodegradaçao de polímeros são caracterizados essencialmente por bactérias,
fungos e actinomicetos, entre outros de menor relevância (Cardoso et al. 1992,
Tauk,1990, Cury, 2002, Gattin et al.,2002 e. Witt et al.1997). Kiehl (1998), nos
relata também que bactérias, fungos e actinomicetos são os principais
responsáveis pela transformação da matéria orgânica crua em húmus e que além
destes microrganismos participam também da degradação da matéria orgânica
algas, protozoários, nematóides, vermes, insetos e suas larvas em menor
relevância. Agentes bioquímicos como enzimas, hormônios e vírus contribuem no
processo biodegradativo dependendo do tipo de microrganismo existente no
sistema..
Os microrganismos do solo, sua concentração e atividade representada pelo
teor de CO
2
liberado e pela mineralização do N orgânico, são influenciados pela
matéria orgânica do solo, pela quantidade e qualidade dos resíduos orgânicos
adicionados, e pelo tipo de preparo do solo. Contudo, fatores inerentes à matéria-
orgânica – tais como a relação C/N, agregação e composição qualitativa – são
fatores que interferem na composição microbiana (Alexander, 1977). Schulten &
Hempfling (1992)
demonstraram que a microflora do solo é limitada quando sob
intenso cultivo e baixa disponibilidade e qualidade de fonte energética. De acordo
com Alexander (1977), a relação C:N, o estado de agregação do resíduo orgânico e
sua composição qualitativa são os fatoresinerentes à matéria orgânica que mais
interferem na população microbiana.
Em trabalho realizado sobre a biodegradação de resíduos orgânicos no solo,
Tauk (1990) ressalta que este é um processo complexo, que envolve grande
número e variedade de microrganismos na decomposição do material vegetal, e
que existem pelo menos quatro grupos distintos desses organismos: celulolíticos,
hemicelulolíticos, pectinolulíticos e lignolulíticos. Sendo que o tipo de microrganismo
influencia no processo de biodegradabilidade.
Afirma ainda que os benefícios científicos esperados de um maior
conhecimento sobre a diversidade microbiana incluem, entre outros, a melhor
compreensão das funções exercidas pelas comunidades microbianas nos
ambientes terrestres e o conhecimento das suas interações com outros
componentes da biodiversidade, como por exemplo as plantas e animais (Tauk,
1990).
Em estudo sobre biodegradaçao de resíduos agrícolas como alternativa à
redução de riscos ambientais no semi-árido sergipano, Silva et al., (2004), testaram
o potencial de biodegradabilidade em respirômetros de três espécies de fungos em
meio sólido de compostagem. Semelhante a esse experimento, Cury (2002) em
trabalho sobre a atividade microbiana e diversidades metabólicas e genética em
solo de mangue contaminado com petróleo, testou a atividade de duas bactérias
quanto a sua resistência a ambiente poluído com petróleo.
É importante ressaltar que grande parte dos avanços da biotecnologia
moderna e agricultura são derivados das descobertas recentes nas áreas de
genética, fisiologia e metabolismo de microrganismos para a obtenção de produtos
biotecnológicos, para tratamento e/ou remediação de resíduos (esgotos domésticos,
lixo e despoluição de águas), na medicina, gastronomia, entre outros. (Lima, 2004).
Segundo Gattin et al., (2002) o PLA é um polímero que pode degradar de
modo similar ao papel, em instalações municipais de compostagem, depois de
utilizado ele pode ser hidrolisado em seus componentes químicos para reutilização
ou ser reciclado.Ele é degradado principalmente por alguns microorganismos como
Aspergillus fumigatus (meio sólido) e Agrobacterium radiobacter (meios sólidos e
líquidos).
Dessa forma o presente estudo, sendo realizado em condições de
temperatura média ambiente, trará informações que permitirão se fazer inferências
sobre o comportamento dos produtos biodegradáveis quando dispostos no ambiente
em condições de Brasil.
3 MATERIAL E MÉTODOS
3.1 LOCAL DA REALIZAÇÃO DO EXPERIMENTO
O experimento foi realizado no laboratório de Tecnologia de Alimentos,
localizado no Campus de Marechal Cândido Rondon, Paraná, Brasil, da
Universidade Estadual do Oeste do Paraná - UNIOESTE. O clima da região é
subtropical úmido e a temperatura média anual é de 18 ºC, com precipitação média
de 1800 mm/ano.
3.2 MATERIAIS AVALIADOS QUANTO À BIODEGRADABILIDADE
Os materiais utilizados para determinação da biodegradabilidade em meio
sólido inerte foram:
3.2.1 Fécula de mandioca: A amostra de fécula de mandioca (material referencial)
utilizada no ensaio (Figura 3) foi produzida, empacotada e distribuída por L S AGRO
INDUSTRIAL LTDA, de Marechal Cândido Rondon, Paraná, Brasil, lote 05 de
16/07/2004 (Tabela 1). Foi determinado o teor de carbono orgânico total na fécula de
mandioca sendo encontrado um teor de 498,68 g/kg.
Tabela 1: Composição nutricional da amostra de fécula de mandioca utilizada no
ensaio
Fécula de Mandioca Composição ( % )
Carboidratos 5
Gordura 0
Proteínas 0
Nitrogênio 0,001
Sódio 0
Fonte: L S AGRO INDUSTRIAL LTDA, de Marechal Cândido Rondon,
Paraná, Brasil.
Figura 3: Amostra Fécula de Mandioca.
3.2.2 Bandeja Termoformada de Fécula de Mandioca: A amostra da bandeja
termoformada de fécula de mandioca utilizada no trabalho (Figura 4) foi proveniente
da empresa Natu-Lyne – Materiais Biodegradáveis, Botucatu, São Paulo, Brasil. As
bandejas foram feitas de forma artesanal em escala piloto, onde uma suspensão de
amido com água acrescentado de aditivos foi despejada em um molde aquecido.
Com o aquecimento da massa e evaporação do solvente ocorre a expansão do
amido, que, ocupa toda a cavidade do molde, caracterizando um processo de
termoformação (Castro, 2004). A bandeja termoformada de fécula de mandioca
apresentou teor de carbono orgânico total de 533,75 g/kg.
Figura 4: Amostra da bandeja termoformada de fécula de mandioca.
3.3 ENSAIOS DE AVALIAÇÃO DA BIODEGRADABILIDADE
Os ensaios de biodegradabilidade foram realizados em respirômetros
segundo a ISO 17556/2003, com frascos erlemeyer de 500 mL para solução de
hidróxido de potássio, garrafas PET de 600 mL para água, frascos erlemeyer de
1000 mL para o bioreator e garrafas PET de 500 mL para a solução de hidróxido de
bário, respectivamente como mostra a Figura 5. Foi fornecido ar para cada
respirômetro através de bombas utilizadas em aquários para peixes com uma vazão
de 30 L/minuto.Os conjuntos de frascos foram mantidos em estufa de incubação do
tipo BOD (Figura 6), sob temperatura controlada ISO 17556/2003.
Frasco A: 100 mL de KOH 10 N
Frasco B: água destilada
Frasco C: bioreator contendo material teste e meio sólido inerte
Frasco D: 100 mL solução de hidróxido de bário 0,0125 mol L
-1.
Frasco E: 100 mL solução de hidróxido de bário 0,0125 mol L
-1.
Figura 5: Respirômetro utilizado para realização do teste de biodegradabilidade
através da medida de dióxido de carbono liberado no experimento.
No frasco A do equipamento apresentado na (Figura 5), foi colocado 100 mL
de solução de hidróxido de potássio 10 N, para seqüestrar o dióxido de carbono
proveniente do ar injetado nos frasco através de compressor de ar para aquário. No
frasco B (opcional) foi colocado água destilada, para ajudar a manter a umidade do
frasco teste C (bioreator) do meio sólido durante o experimento. No frasco C
(bioreator), foi adicionado o material teste (amostra) menos para a repetição do
controle, vermiculita e inóculo compondo o teste do meio inerte sólido.
Nos frascos D e E contém solução de hidróxido de bário 0,0125 mol L
-1.
A
solução de hidróxido de bário seqüestra o dióxido de carbono liberado no frasco C
(bioreator) e por titulação dessa com ácido clorídrico 0,05 mol L
-1
foi determinado a
quantidade de dióxido de carbono liberada em cada período .
Figura 6: Experimento na BOD laboratório de tecnologia de alimentos.
3.4 SUBSTRATO
O substrato utilizado foi o meio sólido inerte de vermiculita fina, com
granulometria média (grade 3). Como a vermiculita não contém nenhum mineral
necessário ao crescimento dos microrganismos foi suplementado com uma solução
mineral livre de carbono para nutrição dos microrganismos no bioreator conforme
recomendação de Gattin et al., (2002). (Tabela 2).
Tabela 2: Composição da solução mineral para o teste do meio inerte sólido
Sais Minerais Composição para 5 L (g)
CaCL
2
,2H
2
O 0,6500
Na
2
HPO4,2H
2
O 34,8500
KH
2
PO
4
18,7500
(NH
4
)
2
SO
4
20,0000
MgSO
4
,7H
2
O 1,0000
FeSO
4
,7H
2
O 0,0135
MnSO
4
,7H
2
O 0,0050
ZnSO
4
,7H
2
O 0,0050
H
3
BO
3
0,0050
KI 0,0050
(NH
4
)
6
Mo
7
O
2
,4H
2
O 0,0050
Fonte: Gattin et al., (2002).
3.5 INÓCULO
Foram utilizados dois inóculos provenientes de fontes distintas de resíduo
sólido urbano. Composto derivado de resíduo sólido orgânico, lixo de poda de
árvores denominado de composto verde e composto de resíduo sólido orgânico e
inorgânico, lixo doméstico denominado de composto Total; ambos da Usina de
Reciclagem de Lixo de Marechal Cândido Rondon, região Oeste do Estado do
Paraná. O substrato utilizado foi vermiculita e solução mineral já descritos no item
3.4.
O inóculo foi preparado conforme metodologia descrita por Longieras et al.,
(2004). O composto utilizado para preparo do inoculo possuía dois meses de
maturação em fase de semicura (Kiehl, 1998). Após a coleta, o composto foi
passado numa peneira de 1 cm de espessura para retirada de material grosseiro,
permitindo assim um manejo mais adequado do mesmo. Em seguida o composto foi
armazenado em pacotes de 500 g e resfriado a –12 °C.
O inóculo foi preparado adicionando-se 15 g do composto armazenado em
150 mL de solução Ringer para lavagem do mesmo (tabela 3). Essa mistura foi
homogeneizada por uma hora em agitador magnético e em seguida filtrada numa
malha de 0,125 cm e o filtrado centrifugado a 7.000 rpm por 20 minutos. O
sobrenadante foi descartado e o resíduo sólido dispersado em 150 mL de solução
Ringer e centrifugado novamente nas mesmas condições.
Esse procedimento foi repetido quatro vezes. Após a última centrifugação o
resíduo foi disperso em 150 mL de solução Ringer para a obtenção de solução de
inoculo. O extrato do composto obtido foi adicionado ao início de cada teste no meio
sólido.inerte.No inoculo foi realizada contagem de microrganismos em placa.
Tabela 3: Composição da Solução Ringer
Sais Minerais Composição para 1 L (g)
NaCl 9
KCl 0,42
CaCL 0,48
NaHCO
3
0,2
Fonte: Longieras et al., (2004).
3.6 EXPERIMENTOS
3.6.1 AVALIAÇÃO DO EFEITO DO TIPO DE INÓCULO NA BIODEGRADAÇÃO
DA FÉCULA DE MANDIOCA
Foram utilizados os inóculos provenientes do composto verde e composto
total para testar a biodegradabilidade do material fécula de mandioca em
respirômetro incubados em câmara germinativa (BOD) durante 18 dias.
Para cada bioreator de 500 mL, foram adicionados 90 g de vermiculita, 205
mL de solução mineral, 15 mL de inóculo e 20 g de fécula de mandioca,
equivalentes a 8,0 g de C do substrato para os microrganismos e matéria orgânica a
ser degradada. O material foi utilizado na forma de pó para uniformização dos
resultados.
Todo o teste foi monitorado a 30 C° e conduzido em triplicata. Durante a
degradação da fécula de mandioca foi estabelecida à curva de mineralização, que
teve início após a adição da fécula no meio. A produção de dióxido de carbono
também foi acompanhada em frascos determinados de brancos (controle) contendo
vermiculita, inóculo e solução nutritiva, para subtração do teor do dióxido de carbono
obtido na degradação da fécula.
Após a instalação do experimento, a biodegradabilidade do material teste em
vermiculita, sob condição aeróbia, foi determinada através da quantificação do
dióxido de carbono liberado. Em intervalos de tempo foi medida a liberação de CO
2
através do método da Titulometria. (ISO 17554/2003).
3.6.1.1 Avaliação Microbiológica dos Inóculos
Através da técnica de diluição em série e plaqueamento foi realizada a
avaliação quantitativa e qualitativa de populações de bactérias, fungos e
actinomicetes para o composto verde e composto total derivado de resíduo sólido
orgânico usados neste ensaio.
Foi preparada a diluição do inóculo 1/10 (10g de inóculo em 90 mL de água
destilada esterilizada). Agitou-se por 20 min. Preparou-se a série de toda as
diluições até 10
-6
transferindo-se 1 mL da diluição mais concentrada para 9 mL de
água.
Para os fungos pipetou-se 0,1 mL (100 µL) das diluições 10
-2
, 10
-3
e 10
-4
para placas de Petri contendo Meio Martin. Distribuiu-se o inóculo com auxílio de
alça de Drigalski em 3 (três) repetições. Para as bactérias pipetou-se 0,1 mL (100
µ
L) das diluições 10
-4
, 10
-5
e 10
-6
para placas de Petri contendo o meio. Distribuiu-
se o inóculo com auxílio de alça de Drigalski em 3 (três) repetições.
O material foi incubado a 28 °C ± 2 °C no escuro por 7 dias. Após esse
período foi realizada a contagem das colônias, obtendo o n°/g de inóculo. Para as
bactérias foi levado em consideração a coloração de Gram das colônias isoladas.
Para os fungos foi identificado o nível de gênero (Hungria e Araújo, 1994; Cardoso et
al., 1992).
3.6.2 AVALIAÇÃO DA BIODEGRADABILIDADE DAS BANDEJAS
TERMOFORMADAS DE FÉCULA DE MANDIOCA
As amostras das bandejas termoformadas foram moídas no liquidificador e
em seguida misturas ao substrato (vermiculita). Foram utilizadas quatro amostras de
bandejas termoformadas neste ensaio, (Figura 5). Foram utilizadas 16 g de amostra
em cada bioreator, correspondendo 6,0 g de carbono.
Para cada bioreator de 1000 mL foram adicionados 180 g de vermiculita, 410
mL de solução mineral e 45 mL de extrato de composto (Longieras et al., 2004).
Todo o teste foi monitorado a 36 C
°
e conduzido em quarteto durante 1392 horas (60
dias).
Nesta etapa a fécula de mandioca foi avaliada novamente, servindo como
material de referência. Utilizando-se 20 g de amostra em pó (Figura 6) para
uniformização dos resultados e conduzido em triplicata. A composição do bioreator
para o material de referência e temperatura foram às mesmas para as bandejas
termoformadas sendo a degradação acompanhada durante 999 horas (45 dias).
Juntamente com as repetições das bandejas termoformadas e do material de
referência (fécula de mandioca) foram conduzidos triplicata do branco (controle). No
bioreator (frasco teste) do branco não foi adicionado amostra de amido, apenas
inóculo, substrato e solução mineral. A temperatura foi mantida constante a 36 C°
durante 60 dias.
A seguir são apresentados os frascos com seus respectivos constituintes:
a) quatro frascos para cada material teste (bandejas termoformadas de
fécula de mandioca).
b) três frascos para o branco ( controle)
c) três frascos para o material de referencia (fécula de mandioca).
Na Tabela 4 está representada a distribuição final do experimento.
Tabela 4: Distribuição Final do Experimento
Frasco
Material
Teste
Material
Referencial
Vermiculita
Teste
Bioreato
r Teste
+ - +
Bioreator Controle - - +
Bioreator Material Referencial - + +
3.7 DETERMINAÇÃO DA BIODEGRADABILIDADE
Após a instalação do experimento, a biodegradabilidade do material teste em
vermiculita sob condição aeróbia foi determinada através da quantificação do dióxido
de carbono liberado. Os frascos de hidróxido de bário foram trocados em intervalos
de tempo dependendo do processo de atividade microbiana após ter sido observado
turvamento na solução do primeiro frasco (D) (Figura 5).
Os valores de cada intervalo de titulação foram anotados e posteriormente
aplicados em fórmulas para determinar a quantidade teórica de dióxido de carbono
envolvido no experimento,
quantidade de dióxido de carbono envolvido no
experimento e a porcentagem de mineralização da amostra.
3.7.1 Determinação da quantidade de dióxido de carbono
A determinação de dióxido de carbono liberado durante o processo foi
realizada através do método da titulometria usando a solução de Hidróxido de Bário
a 0,0125 N e titulação com solução de HCl 0,05 N, de acordo com o método descrito
na ISO 17556/2003.
m= (((2 C
B
* V
BO
)/C
A
) – (V
A
* V
BT
/ V
BZ
)) * C
B
* 22
m = massa de CO
2
liberado no teste (mg)
C
A
= concentração exata da solução de HCL (mol L
-1
)
C
B
= exata concentração da solução de hidróxido de bário (mol L
-1
)
V
BO
= volume da solução de hidróxido de bário no início do teste (mL)
V
BT
= volume da solução de hidróxido de bário no tempo t antes da titulação (mL)
V
BZ
= volume da alíquota da solução de hidróxido de bário usada na titulação (mL)
V
A
= volume da solução de HCL usada para titulação (mL)
22 = metade da molaridade do CO
2.
Se o volume da solução de Ba (OH)
2
antes e depois do armazenamento de
CO
2
foi exatamente igual a 100mL e titulou-se todo o volume, então (V
BO
= V
BT
=
V
BZ
).
Nesta condição é utilizada a fórmula : m = 1,1 (50-V
A
)
3.7.2 Determinação da Quantidade Teórica de Dióxido de Carbono
A quantidade teórica de dióxido de carbono é expressa pela fórmula (ISO
17556/2003).
TC= m * Xc * (44/12) Onde:
m: é a massa do material teste (mg) introduzido no sistema teste
Xc: é o conteúdo de carbono do material teste, determinado a partir da
fórmula química ou calculado através da análise elementar e expresso em
fração da massa
44 e 12: massa molar e massa atômica do dióxido de carbono e carbono,
respectivamente.
3.7.3 Cálculo da Porcentagem de Mineralização
Para se determinar a porcentagem de biodegradabilidade Dt (%) para os
frascos testes a partir da quantidade de dióxido de carbono liberado usou-se a
fórmula (ISO 17556/2003; Longieras et al., 2004).
Dt = (
∑
Ct -
∑
Cb / TC)/100 Onde:
∑ Ct: é o dióxido de carbono liberado no frasco teste entre o início do teste e o
tempo t, (mg);
∑ Cb: é o dióxido de carbono liberado no frasco branco controle entre o início
do teste e o tempo t (mg)
TC: é a quantidade teórica de dióxido de carbono do material teste (mg).
3.8 ANÁLISE DOS RESULTADOS
Foram plotadas curvas com os resultados da liberação de CO
2
ao longo do
processo obtidos pelo método da titulometria, tais como:
- Curvas da porcentagem de mineralização do carbono ao longo do
processo
- Curvas de massa acumulada de CO
2
(c/co) ao longo do tempo
- Curvas da produção horária de CO
2
(c/co) ao longo do tempo
- As informações foram comparadas entre si (ISO 17556 , 2003; Gattin et
al., 2002, Longieras et al.,2004)
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 CARACTERIZAÇÃO DOS MICRORGANISMOS DO INÓCULO
A seguir são apresentados os resultados da análise da microbiota
quimiorgânotrófica de microrganismos dos inóculos usados no ensaio extraídos do
composto verde e composto total.
Na caracterização visual qualitativa para o composto derivado de resíduo
sólido orgânico, lixo de poda de árvores (Composto verde) e o composto de resíduo
sólido orgânico e inorgânico, lixo doméstico (Composto total) para fungos foram
encontrados os seguintes gêneros de microrganismos: Aspergillus, Penicillium,
Zigomiceto e Thrichosporon. (Figuras 7 e Figura 8).
Figura 7. Caracterização visual de meio Martin com crescimento de fungos na
diluição 10
-2
do Composto Verde.
Figura 8: Caracterização visual de meio Martin com crescimento de fungos na
diluição 10
-2
do Composto Total.
Na Figura 9 são apresentados os resultados da avaliação quantitativa dos
fungos do composto verde e composto total.
Microbiota Quimiorganotrófica de Fungos
44
7,33
5,83
0,66
0,33
3,33
6,66
13,33
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Aspergillus Penicillium Zigomiceto Thrichosporon
Tipo de microrganismo
Média de cada gênero nº/g
Composto Verde
Composto Total
Figura 9: Análise quantitativa de fungos do Composto Verde e Total na diluição 10
-2
.
Tanto para o inóculo derivado do composto verde como para o derivado do
composto total o gênero Aspergillus apresentou maior número. Os gêneros
Penicillium, Zigomiceto e Thrichosporon respectivamente apresentaram menores
contagens de colônias.O Composto verde apresentou maior número de
microrganismos do que o composto total (Figura 9).
As colônias de bactérias que foram encontradas nos dois inóculos
provenientes dos compostos apresentam-se na Tabela 5.
Tabela 5: Colônias de bactérias encontradas na análise microbiológica dos inóculos.
Cor de Colônia Forma Gram Agrupamento
Branca bastonete + em cadeia
Creme Cocus - estafilococos
Amarela bastonete - sem grupamento
Vermelha cocus - estreptococus
Não foi possível determinar o gênero e espécie dessas bactérias, podendo-se
determinar em estudo posterior. O gênero de bactérias actinomiceto foi possível de
ser estabelecido na avaliação em lâmina.
Nas figuras 10 e 11 são apresentados as colônias de bactérias dos
compostos total e verde, respectivamente.
Figura 10: Caracterização visual do meio extrato de solo na diluição 10
-4
com
crescimento de Colônias de Bactérias do Composto Total.
Figura 11: Caracterização visual do meio extrato de solo na diluição 10
-4
com
crescimento de Colônias de Bactérias do Composto Verde.
Na Figura 12 são apresentados os resultados da avaliação quantitativa das
bactérias do composto verde e composto total.
Microbiota Quimiorganotrófica de Bactérias
35
12,33
48
4 4
0,33
22,66
4
22,66
2
0,3
0
0
10
20
30
40
50
60
Branca Amarela Creme lisa Creme rugosa Actinomiceto Vermelha
Tipo de microrganismo
Média das colônias de bactérias nº/g
Composto Verde
Composto Total
Figura 12: Análise quantitativa de bactérias para o Composto Verde e Total na
diluição 10
-4
.
Tanto para o inóculo derivado do composto verde como para o derivado do
composto total a colônia de bactérias creme lisa apresentou maior número de
microrganismos. A colônia vermelha apresentou menor média. Pode-se ver na
Figura 12 que o composto verde apresentou maior número de microrganismos na
analise da microbiota quimiorgânotrófica para bactérias como na analise para
fungos. Ou seja, o composto verde apresentou maior número para todos os
microrganismos que o composto total.
Tauk (1990) em trabalho realizado sobre a sucessão fúngica no processo de
decomposição de folhedo do cerrado sensu strictu, caracterizou os gêneros de
fungos que apareceram com maior freqüência no experimento: Trichoderma,
Absidia, Fusarium, Cytindrocladium, Penicillium e Aspergillus. Em relação às
colônias de bactérias foram encontradas: Pseudomonas, Azotobacter,
Xanthomonas, Bacillus, RMbotium e Arthobacter.
Em estudo da biodegradaçao de resíduos agrícolas como alternativa à
redução de riscos ambientais no semi-árido sergipano, Silva et al., (2004), testaram
em bioreatores três espécies de fungos obtendo os seguintes resultados: Aspergillus
oryzae com 95,56% de biodegradação do resíduo, Aspergillus terreus com 92,59% e
Aspergillus niger com 82,82%.
Cury (2002) em trabalho sobre a atividade microbiana e diversidades
metabólicas e genética em solo de mangue contaminado com petróleo, observou
que o solo de mangue apresenta uma grande diversidade genética de bactérias e
que várias espécies de bactérias pseudomonas que utilizam normalmente
hidrocarbonetos produzidos por plantas, algas e outros organismos estão entre os
potenciais degradadores de hidrocarbonetos de petróleo. Demonstrando que
bactérias são melhores degradadores em meio líquido.
Neste ensaio não foram testadas espécies de fungos e nem de bactérias
isoladas, apenas foi realizado um levantamento qualitativo e quantitativo dos
microrganismos decompositores que existiam no composto o qual foi extraído o
inóculo para realizar a biodegradaçao da fécula de mandioca. Pois se sabe que o
sucesso de um processo biodegraditvo está na comunidade microbiana associada
às condições ambientais da área de estudo, como afirma (Tauk, 1990).
Dessa maneira, observa-se em comparação com trabalhos realizados na
identificação de espécies de microrganismos específicos para a biodegradabilidade
de certo material, que a presença do gênero de fungos Aspergillus é vasta no
processo de biodegradação em meio sólido, demonstrando que os mesmos tem um
papel relevante como degradadores de materiais vegetais.
4.2 BIODEGRADABILIDADE DA FÉCULA DE MANDIOCA EM FUNÇÃO DO TIPO
DE INOCULO UTILIZADO
Os resultados observados para a taxa final de mineralização da fécula de
mandioca em meio inerte com vermiculita no presente experimento após o final de
450 horas ficaram em torno de 28,37% para o composto verde e 27,71% .para o
composto total do substato inicial do carbono (Figura 13).
0
5
10
15
20
25
30
0 100 200 300 400 500
Tempo de processo (h)
Mineralização (%)
Mineralização %
Composto verde
Mineralização %
composto total
Figura 13: Taxa de Mineralização da Fécula de Mandioca para o Composto Verde e
Composto Total.
Além da taxa de mineralização foi avaliada também a massa de dióxido de
carbono produzida ao longo do processo de degradabilidade, que pode ser vista na
(Figura 14).
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
0 100 200 300 400 500
Tempo de processo (h)
Massa CO2 acumulada (mg)
CO2 acum. Comp. Verde
CO2 acum. Comp. Total
Figura 14: Massa de Dióxido de Carbono liberada no processo de biodegradação da
Fécula de Mandioca para o Composto Verde e Composto Total.
Gattin et al., (2002) em trabalho realizado sobre a biodegradação do amido e
da poli (ácido lático) co-extrusado em meio líquido, compostagem e meio sólido
inerte, obtiveram resultados para a taxa final de mineralização (C
g
), em torno de 67%
para o meio inerte sólido com vermiculita. Observaram que a taxa para o meio inerte
foi menor em relação ao meio líquido 78% e para o meio de compostagem em torno
de 71%.
Dependendo do meio de degradação usado ou procedimento empregado, os
resultados encontrados para o carbono degradado (C
d
) podem ser diferentes.
Primeiramente, o crescimento microbiano de bactérias ocorre principalmente em
meio líquido, e o crescimento de fungos ocorre principalmente em meio sólido.
Segundo, o componente do material do amido também é degradado por outras
espécies de bactérias ou fungos além daqueles verificados neste ensaio. Por
exemplo, a poli (ácido lático) é preferencialmente degradado por fungos.
Acredita-se que as colônias de bactérias encontradas na análise de diluição e
plaqueamento em série como o gênero de bactéria actinomiceto (Figura 12), para
ambos os inóculos utilizados no ensaio, não tiveram papel relevante na taxa de
mineralização final (C
g
) da fécula de mandioca. Pois segundo Gattin et al., (2002) o
crescimento bacteriano ocorre preferencialmente em meio líquido do que em meio
sólido inerte com vermiculita. Cury (2002) observou que o solo de mangue apresenta
uma grande diversidade genética de bactérias de domínio Bacteria e Archaea, o que
nos mostra a predominância de bactérias em meio liquido do que em meio sólido.
Levando em consideração informações da literatura, as bactérias presentes
no inóculo não devem ter apresentado uma contribuição efetiva para a degradação
do material usado nesse ensaio (Figura 12). Para se ter uma idéia mais precisa
sobre a influencia da espécie de microrganismo sobre a taxa de biodegradabilidade
seria conveniente isolar as referidas espécies de microrganismos encontradas no
inóculo e se proceder a analise e teste individuais, o que pode ser objeto de estudo
futuro.
O Gênero de fungos Aspergillus tanto para o composto verde como para o
total, apresentou maior média em relação aos demais gêneros. A presença deles foi
expressiva no composto verde (proveniente somente de podas de árvores) (Figura
9).
Gattin et al., (2002), em estudo da biodegradação do amido e poli (ácido
lático) co-extrusado em meio líquido, compostagem e em meio mineral inerte,
caracterizou os microrganismos do composto do resíduo sólido verde utilizado no
processo de biodegradação antes do início do experimento, e encontrou os
seguintes componentes: Sphingomonas paucimobilis, Moraxella spp, Bergeyella
zoohelcum, Brevundimonas vesicularis, Methylobacterium mesophilicum,
Chryseobacterium meningosepticum, Agrobacterium radiobacter, Agrobacterium
sóbria, Pseudomonas aeruginosa, Acaligenes xylosoxydans, Burkholderia cepacia,
Morexella lacunata, Aeromonas sóbria, Aspergillus fumigatus, Absidia cynlinfrospora,
Penicillium brevicompactum, Rhodotolura glutinis, Thrichosporon pullulans.. Desses,
segundo Gattin et al., (2002), apenas Aspergillus fumigatus e Agrobacterium
radiobacter, podem degradar o amido e o ácido lático.
Deve-se levar em consideração também a composição química do
composto verde e do composto total em relação à presença dos microrganismos
encontrados neles e os resultados para a taxa de mineralizaçào final (C
g
), para
ambos os compostos como a massa de dióxido de carbono acumulada em todo o
processo (Figura 14). Entre 50% e 80% da matéria seca dos vegetais é carboidrato,
enquanto os microrganismos contêm até 60% de C orgânico. Embora os
carboidratos solúveis em água possam predominar em plantas jovens, as maduras
têm maior porcentagem de celulose, hemicelulose e lignina. De modo geral, a
matéria orgânica vegetal é constituída de celulose, mais abundante polímero,
hemicelulose, grupo diverso de polissacarídeos solúveis em álcalis, intimamente
associado à celulose, substâncias pécticas, polissacarídeos estruturais e lignina
(Cury, 2002).
Geralmente, a degradação de um substrato complexo, folhas, tecidos
microbianos mortos ou exoesqueletos de insetos processa-se mais rapidamente na
presença de uma comunidade microbiana do que na presença de uma única
população (TauK, 1990). Na análise microbiológica dos inoculos observou-se a
existência de várias comunidades de fungos e bactérias, outra possibilidade que
pode contribuir para uma melhor compreensão do processo de biodegradação
ocorrido no substrato fécula de mandioca neste ensaio.
De acordo com Brookes citado por Cury, (2002) os processos de
mineralização do C e N orgânicos, por exemplo, apresentam alto grau de
redundância, isto é, diferentes populações de microrganismos podem, em diferentes
condições ambientais, realizar esses processos. Assim, a diminuição da atividade de
uma população de microrganismos por alteração das condições ambientais poderá
ser compensada pelo aumento da atividade de outra população, sem alteração
significativa da atividade total da comunidade.
Yang et al., (2004) em trabalho realizado sobre o efeito da armazenagem do
composto no potencial para biodegradação de plásticos analisando a atividade das
enzimas concluiu que a atividade das enzimas foi maior no composto fresco em
relação ao composto armazenado estudado. Enzimas como a cistina arilamidase,
tripsina, α-chymotripsina, α-galactosidase e β-galactosidase foram altamente ativas
no composto fresco e completamente inativas no composto armazenado. Neste
ensaio, trabalhou-se com composto amazenado, então se infere que a estocagem
do composto possa ter interferido no processo de biodegradação em relação ao
processo enzimático do mesmo.
Em relação ao ensaio acima, Yang et al., (2004), testaram dois materiais
plásticos, policaprolactona (PCL) e poli(butileno succinato) (PBS) para ser
biodegradado pelos compostos armazenado e fresco nas temperaturas -20 ºC, 4 ºC
e 20 ºC com períodos de 30 dias, 60 dias e 90 dias. Observaram que para o PCL a
biodegradabilidade do composto armazenado em 30 dias foi independente da
temperatura de armazenaento do composto, e que para o PBS a biodegradabilidade
do composto armazenado em 30 dias foi dependente da temperatura de
armazenamento. Dessa maneira, conclui-se que a composição química e física do
material a ser degradado pode depender ou não da temperatura de armazenamento
do composto.
A temperatura durante a realização de todo o experimento (450 horas) foi
mantida em torno de 30 ºC, em termos de atividade metabólica como catálise
enzimática, oxidação e ataque enzimático no processo de degradação; essa
temperatura deve ter ativado em maior ou menor grau algumas comunidades
fungicas e bacterianas do que outras. De acordo com Gattin et al., (2002) em ensaio
comparando a biodegradabilidade de amido e poly (acido lático), utilizando meio
sólido inerte de vermiculita, encontraram uma taxa de mineralização em torno de
67% para o amido num período de 45 dias com temperatura estabilizada em 58 ºC e
15 mL de inóculo proveniente de composto verde.
Mezzanotte et al., (2005) testaram pelo método de padronização ISO 14851
cinco tipos de inóculos de lodo provenientes de fontes distintas de unidades de
tratamento de águas residuárias na Itália, na biodegradação de NF01U da Mater-
Bi.(material à base de amido). e PCL (plástico sintético com amido-
policaprolactona). Os inóculos de lodo foram caracterizados segundo suas fontes:
inóculo 1 (NOvara), inóculo 2 (Pero, Milan), inóculo 3 (lodo de indústria
farmacêutica), inóculo 4 (NOvara aclimatado para PCL) e inóculo 5 (Novara,
aclimatado para NF01U).
Os inóculos 1 e 5 segundo Mezzanotte et al., (2005) apresentaram os
menores valores, em torno de 30% de biodegradação, o inóculo de lodo 4 ficou em
torno de 45 %, o inóculo de lodo 2 apresentou resultado em torno de 70% e o
inóculo originado do lodo industrial apresentou resultado em torno de 90% de
biodedragação para o material à base de amido NF01U. Os resultados foram em
alguns casos significativamente diferentes; o material a base de amido foi degradado
similar ou em maior extensão do que PCL com lodo municipal. Para o lodo industrial
o PCL atingiu um percentual de 100% de degradação e o material a base de amido
em torno de 89%. Dessa maneira, os autores deste ensaio provaram que a origem
do inóculo influencia nos resultados de biodegradação de um material.
A origem do inoculo está relacionada com a constituição da comunidade
microbiana do mesmo e conseqüente atividade metabólica dos microrganismos, ou
seja, a constituição original do inóculo pode afetar fortemente o curso do processo
de biodegradação ou prejudicar o processo, fechando o sistema.
Os compostos utilizados no experimento apresentaram resultados
qualitativos semelhantes, porém resultados quantitativos com expressiva diferença
(Figuras 9 e 12). Praticamente os mesmos microrganismos apareceram em ambos
os inóculos com exceção da colônia de bactéria vermelha que apareceu somente no
composto verde, talvez essa colônia de bactérias tenha influência no processo de
biodegradação do amido. Para isso seria interessante testar apenas essa colônia de
bactéria num processo de biodegradabilidade com fécula de mandioca.
O gênero de fungo Aspergillus apresentou maior média para o composto
verde do que para o composto total e segundo Gattin et al., (2002) Aspergillus
fumigatus, degrada amido. A composição química primária do composto verde, que
possui alta taxa de carboidrato, e a atividade das várias populações dos
microrganismos presentes, podem tentar explicar os valores próximos da taxa de
mineralização dos dois compostos início do teste (Figura 13), e a ascendência da
reta do composto verde final do mesmo em relação ao composto total. Dessa
maneira pode-se inferir que se o tempo de processo tivesse sido maior com uma
temperatura mais elevada como já citada em literatura, talvez o processo de
degradação dos compostos tivesse alcançado uma taxa de mineralização mais
elevada e tivesse ocorrido uma diferença expressiva nos valores da mesma para os
dois compostos.
4.3 POTENCIAL DE BIODEGRADABILIDADE DA FÉCULA DE MANDIOCA E
BANDEJAS TERMOFORMADAS DE FÉCULA DE MANDIOCA:
Nas figuras 15 e 16 são apresentados os resultados da taxa de mineralização
para a fécula de mandioca e para a bandeja termoformadas de fécula de mandioca
com as suas várias repetições.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 500 1000 1500
Tempo de processo (h)
Mineralização (%)
%mineraliz.R1
%mineraliz.R2
%mineraliz. R3
% mineral. Média
Figura 15: Taxa de MIneralização para Fécula de Mandioca (material referencial)
com as repetições usadas no ensaio.
A taxa de mineralização para o material referencial (fécula de mandioca) após
999 horas de processo ficou em torno de 43,89% como mostra a (Figura 15), com
um período de latência para o início enzimático após 7 horas de processo.
Temperatura mantida a 36 º C e 45 mL de inóculo proveniente de composto verde.
Gattin et al., (2002) em ensaio comparando a biodegradabilidade de amido e ácido
poli lático, utilizando meio sólido inerte com vermiculita, encontrou uma taxa de
mineralização em torno de 67% para o amido num período de 45 dias com
temperatura estabilizada em 58 ºC e 15 mL de inoculo proveniente de composto
verde. O processo se estabilizou a partir do 15º dia. Essa taxa de mineralização teve
um dia de latência antes do início dos processos enzimáticos de degradação. O
teste de Gattin et al (2002) para o meio inerte com vermiculita foi conduzido sob a
norma ISO/CEN 14855 com inóculo obtido em condições ambientais européias.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 500 1000 1500
Tempo de processo (h)
Mineralização (%)
% miner. R1
% miner. R2
% miner. R3
% miner. R4
Figura 16: Taxa de MIneralização para bandejas termoformadas com as repetições
usadas no ensaio.
Para o substrato bandejas termoformadas de fécula de mandioca a taxa de
mineralização obtida após um período de 1392 horas de processo foi em torno de
43,71% (Figura 16). As bandejas termoformadas seguiram o mesmo método descrito
para a fécula de mandioca (material referencial) no processo de degradabilidade.
As bandejas termoformadas são constituídas essencialmente por amido com
solventes mais aditivos (Castro, 2004), sendo a matéria prima (amido) igual ao
utilizado no teste com o material referencial (fécula de mandioca). Sendo os testes,
tanto para bandejas termoformadas como para material referencial conduzidos da
mesma maneira e sem diferença considerável nas características químicas e físicas
do constituinte primário do produto, pode-se observar nas Figuras 15 e 16 através da
inclinação das curvas de mineralizaçao que a fécula de mandioca atingiu 40% de
mineralizaçao em 250 horas. As bandejas termoformadas de fécula de mandioca
atingiram 40% de mineralização do carbono da amostra após 500 horas de
processo. Isso pode ser explicado pelo solvente e aditivos misturados ao amido na
fabricação das bandejas que de uma ou de outra maneira podem ter interferido no
processo enzimático (Castro, 2004).Como também o tamanho das partículas pode
ter influenciado nos resultados, pois a fécula de mandioca foi utilizada na forma de
pó e as amostras das bandejas termoformadas de fécula de mandioca com
superfície maior, em torno de 1 cm.
Em relação a isso, a catálise enzimática das bandejas seguido dos processos
de oxidação, hidrólise e ataque enzimático realizado pelos microrganismos do
inoculo; podem ter sido prejudicados diminuindo o percentual de mineralização em
relação ao material referencial. (fécula de mandioca). No final de 1392 horas a taxa
de mineralização para bandejas termoformadas foi 43,71%, para fécula de mandioca
durante 999 horas atingiu um percentual de 43,89%, conclui-se assim que a fécula
de mandioca degrada mais rápido do que as bandejas termoformadas quando se
leva em consideração o tempo.
Sabe-se, que a biodegradabilidade é profundamente afetada pela composição
química do plástico, por sua morfologia, pelas condições do meio, pela presença de
aditivos na sua formulação e outros fatores favoráveis e desfavoráveis à
decomposição. (Haschke et al., 1998; Witt et al., 1997).
De acordo com as normas de avaliação da biodegradabilidade ASTM e ISO,
60 % do C do polímero precisa ser mineralizada para CO
2
em 45 dias a 58 ºC, para
que o mesmo possa receber a designação de “biodegradável”. Segundo os
resultados obtidos nesse ensaio o material usado como referência (fécula de
mandioca) alcançou um patamar de 43,89% de mineralização do carbono da
amostra (8 g de carbono) submetido ao teste. Para as bandejas termoformadas cujo
constituinte primário é o material referencial, o processo de degradabilidade se
estabilizou a partir do 45º dia em torno de 43,71 % de mineralização do carbono da
amostra (6g de carbono) não atingindo para ambos a mineralizaçao mínima que
preconiza as normas ISO/DIS 17556 (2003) e ISO/CEN 14855 (1998) usadas neste
ensaio para avaliação da biodegradabilidade.
A taxa de mineralização obtida por Gattin et al. (2002) apresentou um
percentual maior em relação à taxa obtida nesse ensaio. Essa diferença pode ser
explicada levando-se em consideração as condições ambientais nas quais o ensaio
foi conduzido, como temperatura, tipo de composto que deu origem ao inóculo
(características químicas e físicas do composto devido ao clima subtropical e tropical
do Sul do Brasil), tipo de microrganismo utilizado no processo de biodegradabilidade
(comentado anteriormente) e em maior relevância a eficiência do equipamento
usado no armazenamento do dióxido de carbono ao longo do processo de liberação
do mesmo até o final do teste.
Comparando as condições de fluxo e distribuição do ar ao longo do processo
de biodegradação neste ensaio (30 L/min) em relação a 0,56 L/min em ensaio
conduzido por Gattin et al., (2002) e Longieras et al., (2004), pode-se inferir que a
diferença da quantidade de ar injetada no neste ensaio possa ter influenciado numa
menor taxa de mineralização no presente ensaio aos conduzidos por Gattin et al.,
(2002) e Longieras et al., (2004) em relação a adequada aeração para os
microrganismos desenvolverem suas atividades.
Num estudo sobre a simulação da biodegradabilidade do amido em meio
sólido inerte de vermiculita e avaliação do balanço do carbono, Longieras et al.,
(2004), testaram ensaio conduzido em frascos bioreatores com temperatura
controlada pelo fluxo da água a 58 ºC e a entrada do ar no bioerator ajustada para
0,56 L/min com 15 mL de inóculo proveniente de composto verde e 45 mL do
mesmo inoculo. O reator contendo 15 mL de inóculo apresentou uma taxa de
mineralização em torno de 68,9% e o reator contendo 45 mL de inoculo 72,9%.
Demonstrando assim, que a quantidade de inóculo usada no ensaio interferiu na
taxa de mineralização do amido que foi degradado.
No estudo da comparação de inóculos de fontes diferentes neste trabalho,
utilizou-se 15 mL de inoculo, atingindo uma taxa de mineralização variando em torno
28,37% para o composto verde e 27,71% .para o composto total; a 30 ºC durante 18
dias. Quando usado 45 mL para a fécula de mandioca (material referencial) e
bandejas termoformadas obteve-se respectivamente os valores 43,89% e 43,71%
em 45 dias a 36 ºC. Dessa maneira, esse ensaio provou que a quantidade de
inoculo influenciou na taxa de mineralização de acordo com Longieras et al., (2004).
Dessa maneira, o uso de inóculo extraído de composto obtido na região do
estudo, bem como as variações na quantidade desse inóculo trarão informações
ainda não disponíveis na literatura, tendo em vista que as informações até então
publicadas se referem a testes realizados com inóculos obtidos em condições muito
diferentes das encontradas ao nível de Brasil.
De acordo com Mezzanotte et al., (2005) concluíram que a atividade do lodo
de diferentes fontes de unidades de tratamento de águas residuárias como inóculo,
têm diferentes atividades de biodegradação. Para se afirmar à biodegradabilidade ou
não de um polímero, deve-se levar em conta várias causas. No caso de um
resultado negativo, deve-se repetir o teste utilizando-se lodo de diferentes fontes.
Pois a mistura de lodo de diferentes fontes pode ser uma estratégia positiva no
aumento da biodiversidade do inóculo e no sucesso da biodegradabilidade do
material.
As condições de temperatura, tempo de armazenagem, umidade, agente
biológico influenciam no processo de biodegradação. Mezzanotte et al., (2005)
observaram também que um processo de biodegradação conduzido em laboratório
apresenta resultados diferentes daqueles conduzidos no ambiente natural, com as
mesmas condições ambientais. Yang et al., (2004) testaram dois materiais plásticos,
polycaprolactona (PCL) e poli-(butileno succinato) (PBS) para serem biodegradado
por compostos armazenado e fresco em temperaturas de -20 ºC, 4 ºC e 20 ºC com
períodos de 30 dias, 60 dias e 90 dias. Observaram que para o PCL a
biodegradabilidade do composto armazenado em 30 dias foi independente da
temperatura de armazenamento, enquanto que a biodegradabilidade do composto
armazenado em 90 dias dependeu da temperatura de armazenamento. Para o PBS
a biodegradabilidade mudou com a temperatura de armazenamento não somente
para o composto armazenado nos 90 dias como também para o composto
armazenado nos 30 dias. Os resultados de biodegradação para o PBS foram
contrários às expectativas, pois a biodegradabilidade do PBS foi mais rápida no
composto armazenado do que no fresco.
Neste trabalho utilizaram-se temperaturas de 30 ºC para fécula de mandioca
com 18 dias de processo e 36 ºC para fécula de mandioca (material referencial) com
45 dias de processo e bandejas termoformadas com 60 dias de processo. Os
materiais utilizados no ensaio possuem características químicas semelhantes na sua
constituição, conseqüentemente o tipo de material pode não ter influenciado nesse
processe de biodegradabilidade Acredita-se que a temperatura tenha afetado a taxa
de mineralização para 30 ºC em 18 dias de processo, como para 36 ºC em 45 dias e
60 dias. Pois, Gattin et al., (2002) e Longieras et al., (2004) usaram temperatura
graduada a 58 ºC, em condições ambientais européias, com alta taxa de
mineralização para material a base de amido com 45 dias de processo. Para afirmar
que a temperatura influenciou neste ensaio seriam necessário a realização de novos
testes com temperaturas em 30 ºC, 36 ºC e 58 ºC num mesmo período de tempo
com as mesmas condições ambientais.
Além da taxa de mineralização foi avaliada também a massa de dióxido de
carbono liberada e acumulada ao longo do processo de degradabilidade, que pode
ser vista nas (Figuras 17 e 18).
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
0 500 1000 1500
Tempo de processo (h)
Massa de CO2 acumulada (mg)
M CO2 acumul.R1
MCO2 acumul.R2
M CO2 acumul.R3
Figura 17: Massa de CO2 acumulada ao longo do processo para as repetições de
fécula de mandioca (material referencial) utilizadas no ensaio.
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
0 500 1000 1500
Tempo de processo (h)
Massa CO2 acumulada (mg)
CO2 acum. R1
CO1 acum. R2
CO2 acum. R3
CO2 acum.R4
Figura 18: Massa de Dióxido de Carbono Acumulada ao longo do processo para as
repetições de bandejas termoformadas de fécula de mandioca utilizadas no ensaio.
A massa de dióxido de carbono acumulada é conseqüência da liberação do
dióxido de carbono durante o processo enzimático para a biodegradaçao. Pode-se
observar que o material referencial (fécula de mandioca) (Figura 17) teve uma taxa
maior de CO2 acumulado em relação às bandejas termoformadas (Figura 18), isso,
devido ao material referencial ter liberado uma quantidade maior de dióxido de
carbono do que as bandejas termoformadas durante o processo, devido ao material
referencial ter uma quantidade maior de amostra do que as bandejas.
Os dados obtidos permitiram realizar uma comparação da produção horária
de dióxido de carbono para a fécula de mandioca e as bandejas termoformadas de
fécula de mandioca (Figuras 19 e 20).
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 500 1000 1500
Tempo de processo (h)
Produção de CO2 horária
(mg/h)
rep 1
rep 2
rep 3
Figura 19: Produção de dióxido de carbono horário ao longo do processo para as
repetições de fécula de mandioca (material referencial) utilizadas no ensaio.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 500 1000 1500
Tempo de processo (h)
Produção de CO2 horária
(mg/h)
rep 1
rep 2
rep 3
rep 4
Figura 20: Produção de dióxido de carbono horário ao longo do processo para as
repetições de bandejas termoformadas de fécula de mandioca utilizadas no ensaio.
Após 7 horas de processo (fase de latência) foi realizada a primeira coleta de
dióxido de carbono para fécula de mandioca e bandejas termoformadas. Observou-
se que no primeiro dia para a fécula de mandioca a massa acumulada horária teve o
maior pico de liberação de dióxido de carbono de todo o processo (Figura 19). Esse
pico se manteve mais ou menos até o 5º e 6º dias com um valor aproximado de 80
mg/h de dióxido de carbono produzido; após esse período teve uma queda
considerável ficando em torno de 40 mg/h. Após 10 dias de processo, a produção
horária foi decaindo para 20 mg/h e 10 mg/h até se estabilizar em torno do 20º dia.
(Figura 20), simulando entrar na fase de platô.
Para as bandejas termoformadas de fécula de mandioca no primeiro dia de
coleta a produção de dióxido de carbono horária também teve o maior pico de
liberação de dióxido de carbono de todo o processo (Figura 20) com um valor
aproximado de 40 mg/h de dióxido de carbono produzida. Esse pico se manteve
mais ou menos até o 5º e 6º dias; após esse período foi decrescendo sensivelmente
até ficar em torno de 25 mg/h a 20 mg/h. Após 10 dias de processo, a massa
acumulada horária continuou diminuindo degradativamente para 15 mg/h, 10 mg/h e
5 mg/h , até se estabilizar em torno do 40º dia de processo. (Figura 20), simulando
entrar na fase de platô.
Observa-se que a fécula de mandioca teve quedas bruscas de dióxido de
carbono produzido nos 10 primeiros sendo que para as bandejas termoformadas de
fécula de mandioca a produção de dióxido de carbono foi diminuindo gradativamente
em forma de cascata a cada 10 dias no início do processo e 5 dias, até estabilizar-se
no final do processo conforme (Figuras 19 e 20).
Dados da literatura obtidos por Longieras et al., (2004) sobre a degradação de
polímero de amido, testaram inoculo com 15 mL durante 18 dias de processo em
vermiculita não ativada, obtendo uma fase de latência de 6 h e uma fase de platô em
torno de 12 a 13 dias. Para inoculo com 45 mL durante 18 dias, obtiveram uma fase
de latência de 6 h e fase de platô com 12 a 13 dias também. Demonstrando que a
quantidade do inóculo não teve influência na fase de latência e platô da produção
horária de dióxido de carbono, mas na percentagem de mineralização.
Não é possível estabelecer um paralelo entre a quantidade de inóculos e as
fases de platô deste ensaio em relação aos citados em literatura devido à diferença
no tempo de processo e na temperatura utilizados.
O teste de biodegradabilidade para polímero de amido em meio sólido inerte
deve ser repetido levando-se em consideração temperaturas mais elevadas segundo
literatura, inóculo com fonte distinta e equipamento com uma margem maior de
segurança utilizando-se a mesma metodologia deste ensaio ou outra que possa ser
mais apropriada.
5 CONCLUSÕES
Na avaliação microbiológica dos inóculos o gênero de fungos Aspergillus
obteve maior número de contagem e os gêneros Penicillium, Zigomiceto e
Thrichosporon apresentaram menores números, tanto para o inóculo derivado do
composto verde como para o derivado do composto total. A colônia de bactérias
creme lisa apresentou maior número de microrganismos e a colônia vermelha
apresentou menor número.O Composto verde apresentou maior número de
microrganismos do que o composto total.
Na biodegradação da fécula de mandioca em meio inerte sólido de vermiculita
em função do tipo de inóculo utilizado obteve-se valores de 28,37% para o composto
verde e 27,71% .para o composto total não demosntrando diferença aparente entre
os dois inóculos.
Nos testes de biodegradação em meio sólido inerte de vermiculita realizados
no presente trabalho obteve-se taxa de mineralizaçao próxima de 45% para a fécula
de mandioca e bandeja termoformada de fécula de mandioca, valor abaixo do
mínimo estabelecido pelas normas internacionais para biodegradabilidade. O
ensaio teve sua validade, pois avaliou a metodologia em questão de condições
ambientais brasileiras já que as mesmas não constam em literatura internacional.
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