Hidrogéis binários de poli (álcool) viníico e pectinas : avaliação de propriedades físico-químicas e utilização como fase extratora

Abstract

Resumo: Hidrogéis são materiais que apresentam propriedades físico-químicas moduláveis e em virtude disso são passíveis de aplicação nas mais diversas áreas. Dentre os polímeros que podem ser utilizados no preparo de hidrogéis, o álcool polivinílico (PVOH) é um dos mais citados na literatura, isoladamente ou em conjunto com outros materiais. Polissacarídeos são biomoléculas passíveis de serem incorporadas ao PVOH na produção de hidrogéis. São biopolímeros abundantes na natureza e que exibem propriedades relevantes em várias áreas de pesquisa. Nesse sentido, este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de hidrogéis compósitos baseados em PVOH e pectinas. Para isso, foram utilizadas pectina cítrica comercial (PC), pectina cítrica comercial dialisada (dPC) e pectina extraída da casca do maracujá (PPC), as quais apresentaram diferentes massas molares e graus de metil esterificação (GM). Tais diferenças foram observadas em análises de cromatografia de exclusão por tamanho de alta pressão (HPSEC) e ressonância magnética nuclear de hidrogênio (RMN-1H), respectivamente. Previamente à formação dos hidrogéis, foram realizadas análises reológicas das dispersões de PVOH/pectinas em diferentes concentrações mássicas. Foi verificado que em concentrações muito baixas de pectina, (P5PC1, P5dPC1 e P5PPC1), não houve diferença na viscosidade das dispersões preparadas, entretanto, com o incremento da concentração de pectina na dispersão, observou-se que as dispersões preparadas com a PC apresentaram os menores valores de viscosidade em todas as concentrações estudadas, comparadas com as outras pectinas. Isso pode estar relacionado com o fato de a PC possuir compostos pécticos de baixa massa molar e também contaminantes como frutose e sacarose em sua composição. Foi realizado o estudo da gelificação dos hidrogéis in situ no reômetro e por aquecimento na estufa. Em baixas concentrações de ambos os polímeros, (P5PC1, P5dPC1 e P5PPC1), não houve diferença no tempo de gelificação dos hidrogéis, bem como na força dos hidrogéis gelificados na estufa. Quando se aumentou a concentração, (P15PC2, P15dPC2 e P15PPC2) foram observadas diferenças nos tempos de gelificação dos hidrogéis preparados no reômetro e na força dos hidrogéis preparados na estufa, dependendo da pectina utilizada. O grau de intumescimento e sinerese não variou significativamente ao comparar-se os hidrogéis, quanto ao tipo de pectina utilizada. Nas análises de microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi possível constatar que as três pectinas formam sistemas bifásicos com o PVOH, de modo que as pectinas se distribuem na matriz de PVOH na forma de partículas esféricas, que proporcionam maior porosidade ao material. O tamanho destas partículas apresentou-se bastante semelhante para as amostras PC e dPC. Para a amostra PPC os tamanhos de partículas se apresentaram bastante irregulares e com a distribuição mais heterogênea na matriz. Foi escolhido o hidrogel preparado com 15% de PVOH e 2% de pectina para ser testado como fase extratora para os compostos poluentes de preocupação emergente estriol, estrona e 17 Beta -estradiol. Estes compostos são altamente polares e sua extração utilizando-se fases extratoras disponíveis comercialmente é bastante difícil. Foi possível constatar, por análise de cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas (CG-MS/MS) que os hidrogéis preparados com as três pectinas foram capazes de extrair os compostos de interesse, entretanto o hidrogel preparado a partir da pectina PPC apresentou a menor eficiência de extração. Este fato pode estar relacionado à distribuição irregular das partículas esféricas na matriz de álcool polivinílico e também à força que este hidrogel apresentou nas análises reológicas.

Abstract: Hydrogels are materials that have modulable physicochemical properties and therefore are applicable in many areas. Among the polymers that can be used in the preparation of hydrogels, polyvinyl alcohol (PVOH) is one of the most cited in the literature, alone or in conjunction with other materials. Polysaccharides are biomolecules that can be incorporated into PVOH in the production of hydrogels. They are biopolymers abundant in nature and exhibiting relevant properties in various areas of research. In this sense, this work aimed at the development of PVOH-based composite hydrogels and pectins. For this, commercial citrus pectin (PC), dialyzed commercial citrus pectin (dPC) and passion fruit rind (PPC) pectin were used, which presented different molar masses and degrees of methyl esterification (GM). Such differences were observed in high pressure size exclusion chromatography (HPSEC) and hydrogen nuclear magnetic resonance (1H-NMR) analyzes, respectively. Prior to the formation of hydrogels, rheological analyzes of PVOH / pectin dispersions were performed at different mass concentrations. It was found that at very low concentrations of pectin (P5PC1, P5dPC1 and P5PPC1), there was no difference in the viscosity of the dispersions prepared, however, with the increase of pectin concentration in the dispersion, it was observed that dispersions prepared with CP the lowest viscosity values at all studied concentrations compared to the other pectins. This may be related to the fact that PC has low molecular weight pectic compounds and also contaminants such as fructose and sucrose in their composition. The study of gelation of hydrogels in situ on the rheometer and by heating in the greenhouse. At low concentrations of both polymers (P5PC1, P5dPC1 and P5PPC1), there was no difference in the gelation time of the hydrogels, as well as in the strength of the greenhouse gelled hydrogels. When the concentration was increased, (P15PC2, P15dPC2 and P15PPC2) differences were observed in the gelation times of the rheometer prepared hydrogels and the strength of the greenhouse prepared hydrogels, depending on the pectin used. The degree of swelling and syneresis did not vary significantly when comparing the hydrogels, regarding the type of pectin used. Scanning electron microscopy (SEM) analyzes showed that the three pectins form biphasic systems with PVOH, so that the pectins are distributed in the PVOH matrix in the form of spherical particles, which provide greater porosity to the material. The size of these particles was quite similar for the PC and dPC samples. For the PPC sample the particle sizes were quite irregular and with the most heterogeneous distribution in the matrix. The hydrogel prepared with 15% PVOH and 2% pectin was chosen to be tested as an extractor phase for the pollutant compounds of emerging concern estriol, estrone and 17 Beta -estradiol. These compounds are highly polar and their extraction using commercially available extractor phases is quite difficult. It was possible to verify by gas chromatography coupled to mass spectrometry (CG-MS/MS) that the hydrogels prepared with the three pectins were able to extract the compounds of interest, however the hydrogel prepared from the pectin PPC showed the lowest. extraction efficiency. This fact may be related to the irregular distribution of spherical particles in the polyvinyl alcohol matrix and also to the force that this hydrogel presented in the rheological analyzes.