Cientistas desenvolveram um processo
sustentável que aproveita solventes “verdes” usados na extração de pigmentos de
biomassa de leveduras para fabricar plásticos biodegradáveis. Artigo publicado
na revista científica Green Chemistry mostra que esse plástico
“verde” poderá, no futuro, ser usado em embalagens “inteligentes”, com
propriedades antioxidantes e antimicrobianas.
Com empregos similares aos dos
plásticos convencionais derivados do petróleo, gás e carvão, que levam centenas
de anos para se decompor, os bioplásticos produzidos a partir de
cana-de-açúcar, milho e batata começam a chegar ao mercado como alternativa
sustentável.
Depois de mais de oito anos de estudos,
os pesquisadores demonstraram que solventes eutéticos, chamados “verdes”, são
eficazes para extrair os carotenoides astaxantina e betacaroteno, ambos
pigmentos antioxidantes, da biomassa da levedura Phaffia rhodozyma.
Esses pigmentos naturais são de grande interesse comercial pela aplicação em
diversas áreas industriais, como alimentícia, de cosméticos e farmacêutica,
entre outras.
A pesquisa concluiu ainda que os
solventes podem ser usados, simultaneamente, como agentes extratantes (para
extração de compostos) e como plastificantes para a preparação de filmes
biodegradáveis à base de amido bioativo, sem a necessidade de purificação
adicional.
“Demonstramos em uma prova de conceito
que é possível fazer todo o processo de produção de um pigmento natural de
forma sustentável. Trabalhamos com duas linhas, sendo uma delas a de produção
de pigmentos à base de leveduras e a extração desses compostos naturais de alto
valor econômico usando solventes eutéticos, que são uma mistura de componentes
biocompatíveis e biodegradáveis. A outra foi a de utilizar esses extratos para
fabricar biomateriais, como o bioplástico à base de amido”, explica o
professor Jorge Fernando Brandão Pereira, do
Departamento de Engenharia Química da Faculdade de Ciências e Tecnologia da
Universidade de Coimbra e um dos autores correspondentes do artigo juntamente
com Cassamo Ussemane Mussagy.
O trabalho recebeu apoio da FAPESP por
meio de quatro projetos (20/08655-0, 19/15493-9, 18/06908-8 e 15/11759-3) e é parte
do pós-doutorado realizado por Mussagy na Universidade de São Paulo (USP), em
colaboração com a Universidade Estadual Paulista (Unesp), sob a orientação do
professor Adalberto Pessoa Junior.
“Buscamos alternativas aos pigmentos
sintéticos e aos processos de extração que utilizam solventes poluentes.
Trabalhamos com métodos sustentáveis para obter os pigmentos naturais e, a
partir de solventes verdes, aplicá-los posteriormente em plásticos biodegradáveis”,
conta Mussagy à Agência FAPESP.
Os pigmentos são empregados há séculos
para realçar ou restaurar a aparência original de diferentes produtos e
garantir a uniformidade. Nos últimos anos, com a crescente busca do consumidor
por produtos mais saudáveis e de alto valor nutricional, além das preocupações
com os ecossistemas, o mercado tem procurado substituir os pigmentos sintéticos
por compostos naturais, que não poluem e podem apresentar atividades
biológicas, como ação antioxidante (astaxantina) e antimicrobiana.
Segundo os pesquisadores, estudos
científicos que vêm sendo desenvolvidos para produção e extração desses
pigmentos naturais a partir de microrganismos devem contribuir com aumento da
oferta no mercado, podendo ser empregados em diversificados produtos, como os
bioplásticos. Também chamados de biopolímeros, eles representam menos de 1% dos
367 milhões de toneladas de plástico fabricados por ano no mundo, de acordo com
a organização European Bioplastics,
representante das indústrias.
Com a pressão para reduzir a utilização
de plásticos de origem fóssil devido à poluição e ao volume de lixo produzido,
o setor de biopolímeros prevê um crescimento nos próximos anos, impulsionado
pela demanda por alternativas sustentáveis vinda das áreas de embalagens,
eletroeletrônicos e até têxteis. A estimativa é que a produção aumente de cerca
de 2,42 milhões de toneladas em 2021 para 7,59 milhões de toneladas em 2026.
O desenvolvimento de novos biopolímeros
tem sido o foco principal do grupo de pesquisa do professor na Unesp Rondinelli Herculano,
que colaborou na pesquisa ndo bioplástico à base de amido.
No Brasil, o relatório “Atlas do Plástico”,
divulgado em 2020 pela Fundação Heinrich Böll, organização alemã sem fins
lucrativos, apontou que 11 milhões de toneladas de plástico foram descartados
em 2018. Representou 13,5% do volume de resíduos naquele ano, colocando o país
como o quarto maior produtor de lixo plástico. Para a Organização das Nações
Unidas (ONU), a poluição plástica é uma ameaça crescente em todos os
ecossistemas, especialmente os aquáticos, já que compõe 85% dos resíduos que
chegam aos oceanos.
“Os processos atuais de produção
industrial ainda são agressivos, mesmo que o produto seja biodegradável. Um
exemplo é o do papel que, apesar de ser renovável e reciclável, tem,
majoritariamente, métodos de fabricação não sustentáveis, isto é, com alto
consumo de energia, de água e de compostos químicos tóxicos. Nesta pesquisa,
demonstramos que é possível obter bioplásticos utilizando uma plataforma
integrada e mais sustentável”, afirma Pereira.
O processo
Os cientistas produziram os
carotenoides cultivando a Phaffia rhodozyma em biorreator.
Posteriormente usaram líquidos iônicos e solventes eutéticos à base de colina,
uma das vitaminas do complexo B produzida pelo organismo humano e encontrada na
natureza, conjugados a ácidos graxos (butanoicos) para extrair os pigmentos da
levedura.
Tanto os líquidos iônicos como os
eutéticos são apontados como “solventes ideais” para a extração de compostos de
matrizes naturais, principalmente por suas propriedades de solvatação, fenômeno
que ocorre quando um composto iônico se dissolve em uma substância polar sem
formar uma nova.
Para maximizar a recuperação de
astaxantina (um dos mais importantes antioxidantes naturais produzidos por
leveduras ou microalgas) e de betacaroteno, os pesquisadores testaram cinco
concentrações de biomassa-solvente (relação sólido-líquido), considerada um
parâmetro crucial em procedimentos de ruptura celular para recuperar moléculas
intracelulares de biomassas microbianas.
“Empregamos os biossolventes para que o
pigmento fosse extraído da biomassa da levedura e pudesse ser aplicado.
Detectamos que o solvente com melhor resultado, além de extrair o corante da
biomassa do microrganismo, também atuou como agente plastificante para
embalagem”, diz a professora da Unesp Valéria de Carvalho Santos Ebinuma,
uma das orientadoras do trabalho.
“Para termos pesquisas de alto nível, é
preciso investimento constante e de longo prazo. Por isso, o apoio da FAPESP é
importante”, afirma Mussagy.
Os próximos passos agora têm como foco
a aplicação dos resultados para demonstrar que as embalagens com esse tipo de
plástico “verde” podem ser usadas com várias finalidades, incluindo a indústria
alimentícia.
O artigo Ionic liquids or
eutectic solvents? Identifying the best solvents for the extraction of
astaxanthin and β-carotene from Phaffia rhodozyma yeast and preparation of
biodegradable films pode ser lido em: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/gc/d1gc03521e.
Luciana
Constantino
Agência
FAPESP
https://agencia.fapesp.br/cientistas-usam-solvente-verde-e-pigmento-natural-na-producao-de-bioplastico/38350/
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