REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.7395967
Laize de Melo Barroso Gomes
Lousiane Santos de Oliveria
Nelvana Bento de Araújo Gomes
Ranaíze Gomes Leandro da Silva.
Orientador: Professor Alexandre Iartelli
Resumo:
Extraída como subproduto da produção de celulose, a lignina vem sendo alvo de estudos para diversas aplicações na indústria já que possui um baixo custo e a vantagem de ser biodegradável. Esses fatores chamaram atenção da indústria de borrachas, no qual a lignina kraft pode se tornar uma alternativa renovável agindo na forma de antioxidante na formulação de banda de rodagem para a produção de pneus. Alguns estudos apontam que além das vantagens apresentadas neste trabalho, a mesma possui capacidade de substituir alguns antioxidantes já comercializados no mercado e desta forma, a remoção de matérias primas não renováveis está se tornando algo viável neste mercado. Para a aplicação antioxidante, alguns estudos foram realizados a fim de validar a metodologia que determina a ação antioxidante da Lignina contra o radical DPPH. Para que a validação ocorra, existem algumas taxas que devem ser analisadas, dentre elas, a concentração inibitória e concentração eficiente que devem apontar, entre os resultados obtidos, um menor valor para as mesmas concentrações de amostras.
Palavras-chave: lignina, antioxidante, sustentável.
Valuation of the Lignin as an Antioxidant
Abstract:
Extracted as a by-product of cellulose production, lignin has been the subject of studies for various applications in industry since it has a low cost and the advantage of being biodegradable. These factors drew the attention of the rubber industry, in which kraft lignin can become an alternative produced acting as an antioxidant in the tread formulation for the production of tires. Some studies point out that in addition to the productive advantages in this work, it has the capacity to replace some antioxidants already commercialized in the market and, in this way, the removal of non-renewable raw materials is becoming something viable in this market. For the application of antioxidants, some studies were carried out in order to validate the methodology that determines the antioxidant action of Lignin against the DPPH radical. For the validation to be rejected, there are some rates that must be followed, among them, the inhibitory concentration and the efficient concentration that must be followed, among the results obtained, a lower value for the same selection options.
Keywords: lignin, antioxidant, sustainable.
1. Introdução
A lignina é um polímero aromático proveniente de vegetais, e extraída como subproduto durante a produção da celulose. Por ser biodegradável, estão sendo feitos estudos para que a lignina possa substituir materiais existentes no mercado provenientes do petróleo, como antioxidantes, pois possui em sua formulação cadeias fenólicas que permitem esta performance.
Apesar de já ser utilizada em diversos segmentos da indústria como condutores, embalagens e polímeros, um dos mercados em que se tem potencial de inovação é o uso da lignina como antioxidante no segmento de borrachas.
A borracha comercial é composta por borracha natural, borracha sintética e aditivos que melhoram a performance, flexibilidade e resistência do material. Sendo assim, a lignina entraria como aditivo de antioxidação na mistura dos componentes da borracha, podendo até mesmo melhorar as propriedades químicas e físicas da borracha.
As principais vantagens do uso da lignina é a troca de materiais minerais para vegetais, além de atender as políticas ESG, diminuir o lançamento de carbono na atmosfera, alta disponibilidade do material e, por ser abundante na natureza, possuir um baixo custo.
Para testar a eficiência da lignina como antioxidante foi realizado pelo instituto Embrapa um teste utilizando o método de captura DPPH, de acordo com as normas estabelecidas por Brand-Williams. Quando os materiais entram em contato com o radical livre é observado a absorbância e redução de DPPH na solução, e para fins comparativos foi utilizado no teste um antioxidante comercial (BHT).
Os resultados mostram que a lignina possui ação antioxidante e mesmo não sendo efetiva como um agente comercial, tem potencial de ser uma alternativa na indústria de acordo com a necessidade do cliente.
1.1 Justificativa
Se deu início à pesquisa com o objetivo de poder utilizar um antioxidante biodegradável, rentável na aplicação de diversos setores da indústria, sendo mencionado neste trabalho a aplicação na formulação de pneu, cada qual com sua vantagem de utilizar a nova proposta do antioxidante.
1.2 Objetivos
Por meio deste, podemos conhecer a composição, classificação e extração da Lignina bem como sua ação antioxidante em diversos setores da indústria. Além disso, é feita uma releitura do teste realizado pelo instituto EMBRAPA referente ao potencial dessa ação antioxidante da lignina.
Outro ponto importante, é a aplicação da lignina na indústria de borrachas, por se tratar de um agente biodegradável e poder substituir antioxidantes comerciais.
2. Revisão Bibliográfica
Neste capítulo serão apresentadas as informações de origem, composição e extração da lignina. Por questões organizacionais a revisão bibliográfica está estruturada em três capítulos: (3) Origem, (4) Extração da Lignina e (5) Aplicações na indústria.
3. Origem
A lignina foi descoberta em 1838 pelo químico francês Anselme Payen (1795 – 1871), que realizou um experimento onde a madeira foi degrada por ácido nítrico concentrado. (2012- 2016, FOELKEL). Após ser realizado esse experimento, Payen encontrou um resíduo amorfo, ou seja, que não possui ordenação espacial e de cor escura. (2012- 2016, FOELKEL).
Ela também foi analisada pelo químico Sueco Peter Klason, e segundo ele, a Lignina é constituída a partir de álcool coniferílico desidrogenado unida por ligação éter (R-O–R). (2012- 2016, FOELKEL).
A lignina está presente dentro de uma faixa de 26% a 34,2% nas folhosas da Amazônia (SANTANA e OKINO, 2007), a palavra tem origem do latim lignum que possui significado de madeira, apresenta 30 % do carbono na biosfera e associa-se a celulose (PÉREZ et al., 2002; WANG et al., 2017).
3.1 Composição da Lignina
A Lignina compõe polímeros orgânicos e importantes na formação das paredes celulares das plantas, pois são responsáveis por dar firmeza e rigidez às madeiras garantindo resistência mecânica dos vegetais além de ter um importante papel no transporte de nutrientes e água (MELDAU, UFMS, 2009). Seu papel nas plantas é proteger contra impactos, radiação ultravioleta, infecções e aumentar a resistência da planta a compressão, para que ela possa crescer e se proteger contra organismos xilófagos, que deteriora a madeira, por exemplo, fungos, bactérias, crustáceos, moluscos e cupins (MOHANTY; MISRA; DRZAL, 2005).
Por possui natureza polimérica, heterogênea e complexa, possui alta massa molecular, sendo notável a presença de grupos Hidroxila e Metoxila, conforme figura 1, além de ser definida como um polímero composto de fenilpropanóides chamadas grupos C6C3, ou apenas C9 que são repetidas de forma irregular. (Komura, 2015, FENGEL & WEGENER, 1984).
Figura 1 – Estrutura química da Lignina
A lignina pode ser classificada em dois tipos, sendo uma delas a Lignina Core composta por p- hidroxifenila (H), guaiacila (G) e siringila (S), que em proporções distintas, dependendo da origem, são feitos de polímeros fenilpropanóides e resistentes a degradação (1993, LAPIERRE).
E Lignina não Core: Compostos fenólicos que apresentam baixo peso molecular, caracterizada por ácidos p-hidroxicinâmico éster-ligados, liberados da parede celular através de hidrólise (1993, LAPIERRE).
A complexa estrutura da lignina permite que durante o processo de extração vários subprodutos sejam obtidos e, com isso, maior variedade e potenciais de aplicação, conforme figura 2. De mesmo modo, os compostos fenólicos extraídos, e que se caracterizam por terem um grupo de hidroxila e/ou metoxila, atribuem propriedades antioxidantes e podem ser testados na indústria para aplicação comercial. (Kerry & Abbey, 1997; Bravo, 1998; Croft, 1998; Ferguson & Harris, 1999).
Figura 2 – Subprodutos extraídos da Lignina
4. Processo de Extração
Através de tratamentos químicos, bioquímicos e físicos pode-se extrair a lignina através da biomassa lignocelulósica com métodos que têm por objetivo degradar a estrutura química da lignina polimérica, fazendo com que os seus fragmentos se tornem solúveis. (WANG et al., 2020)
O sucesso de cada um dos processos depende da capacidade do soluto/solvente de atuar na divisão da lignina, impedindo a condensação da lignina e de dissolvê-la, além do pH do sistema. (WANG et al., 2020)
Para realizar o isolamento da lignina pura, são utilizados quatro processos existentes na indústria, tais como, Kraft, Lignosulfonatos, Lignina Organosolv e Polpação de Soda, onde há a presença de enxofre no produto que é resultante do processo, gerando a lignina técnica (WANG et al., 2020).
Tabela 1 – Processos de fabricação da lignina
No processo Lignosulfonatos obtém-se uma lignina resultante que pode ser utilizada como detergentes, alimentos, cola (KOMURA, 2015). Esse processo utiliza-se de uma solução aquosa de dióxido de enxofre estando presente Cálcio, sódio, amônio. O digestor é operado na faixa de 120 a 180ºC, com o tempo de digestão de 1 a 5 horas (AZADI et al., 2013). Com a ação de ácido sulfônico nos carbonos alfa ocorre a sulfonação da lignina, levando a sua hidrólise (AZADI et al., 2013).
O processo de Polpação Soda é utilizado, por exemplo, para cana-de-açúcar. É adicionado a biomassa uma solução aquosa de hidróxido de sódio, onde é aquecido a 160 ºC e permite a despolimerização, ou seja, obtém-se fragmentos solúveis em água de lignina (WANG et al., 2020). Por não conter enxofre, se torna um processo mais puro comparado ao Lignosulfonatos, porém o seu peso molecular é menor (WANG et al., 2020).
Outro processo relevante a se citar é o organosolv, apresentado na figura 3. Este processo possui vantagens, como, redução do número de etapas operacionais e redução do custo global do processo. Para seguir com esta extração é utilizado água e etanol como solvente e o principal reator utilizado é o batelada, pois permitem frações da biomassa com maior pureza e um custo reduzido (GAMBETTA, 2017).
Figura 3 – Processo organosolv
4.1 Processo Krafit
O processo o Kraft é o mais utilizado para se extrair a lignina, responsável por 90% da capacidade de produção global. Utiliza-se de uma mistura de hidróxido de sódio e sulfeto de sódio, onde essa mistura é aquecida a 150-180ºC, como resultado da liberação de ácidos orgânicos da hemicelulose e lignina, o pH diminui sucessivamente ao longo da digestão (AZADI et al., 2013).
A lignina é degradada, sendo isolada por precipitação e acidificação do licor negro, como resultado, a lignina é dissolvida e ocorre a liberação das fibras, estas resultam na celulose marrom ou massa marrom e o enxofre residual que é extraído é baixo, menos de 3% (KOMURA, 2015).
Além disso, a lignina isolada através da polpação Kraft dificilmente é utilizada na produção de materiais ou químicos, sendo utilizada para gerar energia em fábricas de celulose, sendo este um dos motivos pela quantidade de estudos aplicados para valorização deste produto (WANG et al.,2020).
Através do fluxograma abaixo pode-se verificar um exemplo de polpação kraft, onde a lignina é queimada para geração de energia e o produto de interesse é a polpa celulósica obtida através do processo de digestão (AZADI et al., 2013).
Figura 4 – Processo simplificado de polpação kraft
5. Aplicação geral da lignina
Com os avanços nos estudos, tem observado uma atenção significativa em diferentes setores, como na polpa e papel, biocombustíveis, bioquímicos, ambiental e farmacêutico, como mostrado na tabela 1, onde ocorre uma notável valorização da lignina. Aproximadamente 2 a 5% da lignina utilizada hoje é direcionada para as áreas de corantes, emulsificantes, sequestrantes, antioxidantes, atividades antimicrobianas, pisos artificiais, termofixos, ligantes, agentes dispersantes, combustíveis e tintas para tratamento de vias. A expansão dos produtos de valor agregado utilizando a lignina pode auxiliar na valorização da indústria de papel e celulose (LUNDGREN et al., 2021).
Tabela 2 – Indústrias e aplicações
| Indústrias | Inscrição | Referências |
| Polpa e papel | Embalagem e laminação, agente de dimensionamento, alta resistência à tração. | Rana et al., 2018 , Tayeb et al., 2020 |
| Biocombustíveis | Bio-óleo de pirólise e liquefação, energia térmica de combustão, gás de síntese de gaseificação diesel verde pelo processo Fischer-Tropsch, biogás de lignina de biorrefinaria. | Azadi et al., 2013 , Strassberger et al., 2014 , Khan e Ahring, 2019 |
| Bioquímicos | Adesivos, tintas, compostos fenólicos, dispersantes, floculantes, solventes eutéticos profundos. | Stewart, 2008 , Wood et al., 2011 , Laurichesse e Avérous, 2014 |
| Ambiental | Agente de retenção de água, adsorção de metais pesados, herbicida, pesticida, estabilização do solo, agente de controle de poeira. | Chowdhury, 2014 , Ge e Li, 2018 , Bajwa et al., 2019 |
| Farmacêutico | Agente antimicrobiano, cosmético, prebiótico, antioxidante. | Mousavioun et al., 2012 , Ayyachamy et al., 2013 , Yearla e Padmasree, 2016 |
A seguir, o objetivo será apresentar oportunidades oferecidas pela lignina para aplicações de maior valor e as novas oportunidades com ênfase na produção de pneu, segmento da borracha.
5.1 Atividade antimicrobiana
A mais de dez anos a lignina é estudada por sua propriedade antimicrobiana devido às suas estruturas fenólicas e isoeugenol, de cadeia lateral Ca=Cβ de ligação dupla e um grupo metil na posição y Ndaba (2020). As pesquisas sobre as atividades antimicrobianas são divididas em dois grupos, lignina e compósito à base de lignina. Em uma dessas pesquisas a lignina foi incorporada como componente antimicrobiano em hidro géis, Larraneta estudou hidrogel de lignina com polietileno glicol e poliéter metil vinílico-ácido maleico, foi observado ter cinco vezes mais resistência à adesão contra P.mirabilise S. aureusem comparado com o revestimento de PVC(cloreto de polivinila), colocando em evidencia a potencial aplicação como revestimentos antimicrobianos eluentes de drogas (KHALED et al., 2019).
5.2 Materiais condutores
A adição da lignina nos materiais condutores CNF (Nanofibrilas de celulose) podem elevar as propriedades anticongelante, antidesidratação, melhora mecânica de blindagem UV, estabilidade térmica e oxidativa. O resultado é o aumento do desempenho do material e aumento da vida útil. Por exemplo, Wang et al. produziu um hidrogel condutor enriquecido com nanopartículas de lignina (PVA/LNP condutor iônico) para aperfeiçoar a mecânica (onde foi verificado que a resistência à tração e o alongamento na ruptura do hidro gel PVA/LNP variou de 574,6 kPa e 363,7% para 1241,4 kPa e 589% respectivamente), anticongelante (na faixa de temperatura -62,6 a 24°C), proteção UV e propriedades transparentes. A ligação interna de hidrogênio entre LNP e PVA favoreceu a compatibilidade do compósito PVA/LNP, garantindo uma excelente condutividade iônica (WNAG et al., 2022).
5.3 Agente de controle de poeira
Os supressores químicos são responsáveis por amenizar a poluição causada pela poeira nas estradas. O uso dos supressores a base de lignina é extremamente viável por apresentar baixo custo, ecologicamente correto e biodegradável. O lignossulfonatos se ligam preferencialmente as moléculas de poeira polar e apolar. As moléculas menores de poeira absorvem a lignina junto com seus derivados e produzem um complexo mais pesado onde assenta a poeira. O uso dos lignosulfonatos para remoção da poeira foi mais eficaz do que o uso dos cloretos (cálcio e magnésio), pois ao serem pulverizados sobre as vias sujas, quando a água evaporou, engrossou, prendendo a poeira e evitando a poluição (CHAUHAN et al., 2022).
5.4 Embalagem
Na área de embalagens existem estudos que comprovam o uso da lignina através da produção de compósitos à base de lignina gerando os filmes de embalagem de alimentos. Por exemplo, compósitos sustentáveis binários e ternários de goma gelana(G), hidroxietilcelulose(HEC) e lignina(L), onde a incorporação da lignina contribuiu para as propriedades térmicas, mecânicas, hidrofóbicas e atividades de eliminação de radicais otimizadas de filmes compostos. A estrutura formada foi caracterizada por FTIR, formação de picos ou deslocamentos e DSC, as mudanças de Tg e Tm (RUKMANIKRISHNAN et al., 2020).
5.5 Aplicação com potencial antioxidante
Visando uma produção mais ecológica, a indústria pneumática, vem desenvolvendo pesquisas para que a lignina seja uma alternativa de antioxidante de origem vegetal para substituir aditivos atuais de origem mineral, a fim de obter eficiência e durabilidade dos pneus com materiais ecológicos e de baixo custo (LINDENMUTH, 2006).
Para a produção de um pneu, é adicionado nas composições elastoméricas diversos aditivos para formar uma estrutura com especialidades físicas e química de forma que permitam uma melhor performance no produto final, principalmente na banda de rodagem (figura 5) pois esta estrutura possui o maior atrito com a superfície. Sendo assim, por possuir uma estrutura poli fenólica e apresentar propriedades antioxidantes, a lignina tem sido vista como uma opção de agente protetivo (VIEIRA, 2013; MORESCO et al., 2016; ALSHUKRI et al., 2019).
Figura 5 – Partes de um pneu radial
5.5.1 Uso de antioxidantes na indústria de borracha
Conforme dito anteriormente, os compostos de borracha possuem entre seus aditivos agentes protetivos, estes auxiliam na retardação da degradação do material que pode ser ocasionada pelo calor, oxigênio, ozônio ou demais fatores que implicam no armazenamento do produto (SANTOSO, GIESE e SCHUSTER, 2007). Além disso, os agentes protetivos evitam que o material perca suas propriedades. Em pneus, por exemplo, o ozônio pode ocasionar envelhecimento do composto até acarretar rachaduras, pois este elemento ataca as ligações duplas dos monômeros dos polímeros, e este processo se intensifica com a tensão e compressão da borracha. (SOMMER, 2009; CATALDO, 2018).
O antioxidante é um dos principais aditivos usados como agente protetor, pois além de inibir os danos do oxigênio (O2), como alteração das cadeias poliméricas, auxiliam a evitar os danos causados pelo ozônio (O3), até luz solar, o envelhecimento térmico reticulação de aumento e diminuição de massa (ZAHER et al., 2014).
5.5.2 Uso da lignina na formulação da borracha
A borracha industrial é formada basicamente por elastómeros compostos de polímeros e aditivos que promovem melhores condições ao material. Os polímeros podem ser classificados como borracha natural, oriundos do vegetal, ou sintética, oriundos da fabricação industrial, e apesar de compor a maior parte dos componentes de borracha, é necessário a adição de componentes que reforcem as propriedades requeridas do material (ROCHA, 2003; LINDENMUTH, 2006).
Dessa forma, um pneu pode ser composto de até sessenta matérias primas para adquirir propriedades de resistência física e química e cada matéria prima possui propriedades distintas e processabilidade na formulação como por exemplo aceleradores, agentes de cura, auxiliares de processo, dentre outros) (GENT, 2001; ROCHA, 2003; LINDENMUTH, 2006).
Por possuir grupos fenólicos na composição, a lignina pode ser utilizada como inibidora e neutralizante de processos oxidativos, como é mostrado no esquema da figura 1. (VANDERBILT Jr., 2010). Vale ressaltar que alguns fatores podem realçar ou diminuir a ação antioxidante da lignina, são eles: processo produtivo, método de extração, tratamentos aplicados e armazenagem do material (GARCIA et al., 2010).
Figura 6 – Como os antioxidantes do tipo fenólico retardam a oxidação
Segundo os testes realizados no departamento de materiais da Universidade Federal do rio grande do Sul, a ação protetiva da Lignina Krafit, oriunda do eucalipto, em comparação com o antioxidante comercial TMQ na formulação da borracha, muito se assemelha com o TMQ nas questões de proteção antioxidante e características de cura, sendo possível a substituição deste aditivo.
Além da ação antioxidante, os testes avaliaram as propriedades físicas, químicas e mecânicas da borracha antes e após a vulcanização, como a volatilidade, densidade, proteção térmica, dureza e dispersão da matéria prima, e em todos os casos a lignina se mostrou uma alternativa viável, podendo ser combinada com o agente protetivo 6PPD para conferir maior ou menor estabilidades nas propriedades da indústria.
5.5.3 Aditivo de polímero
Vale destacar neste trabalho um teste realizado utilizando um método de extrusão por fusão a quente a fim de obter compósitos de base biológica (lignina/PBS) com biocompatibilidade, biodegradibilidade, propriedades antimicrobianas e principalmente propriedades antioxidantes, combinando lignina com polisuccinato de butileno (PBS) para serem avaliados como aditivos de polímeros (DOMÍNGUEZ et al., 2020).
Foram aplicados DSC (calorímetro de varredura diferencial) e FTIR (Fourier Transform Infrared Spectra) para comprovar a interação entre lignina e PBS de acordo as variações de Tg (temperatura de transição vítrea), Tm (temperatura de fusão) e a formação ou deslocamento dos picos químicos (DOMÍNGUEZ et al., 2020).
Por fim, com os testes antioxidantes, a adição de LIG aumentou a atividade antioxidante de compósitos de base bióligica, ao contrário do PBS que não apresentou atividade antioxidante (DOMÍNGUEZ et al., 2020).
5.7 Vantagens da Aplicação
A Lignina é o segundo biopolímero mais abundante na natureza, representa 25% – 30% da biomassa lignocelulósica. A biosfera tem cerca de 300 bilhões de toneladas de lignina acessível, apresenta um crescimento de 20 bilhões de toneladas por ano e oferece um suprimento significativo de carbono para métodos industriais sustentáveis. Além da alta disponibilidade e diversas funcionalidades, o material possui baixo custo e baixa toxicidade. Hoje a maior parte da lignina utilizada nos processos manufaturados é queimada para gerar calor e energia ou descartada ao meio ambiente, sendo uma preocupação ambiental devido ao agravamento do efeito estufa (BECKER et al., 2019).
A lignina pode ser usada ecologicamente transformando um processo que gera emissões de carbono com combustão a fim de gerar energia, em uma matéria prima utilizada no produto final e diferente dos processos químicos convencionais utilizando derivados de fósseis, a lignina é uma fonte natural para a produção de compostos aromáticos e pode ser aplicada em outros segmentos (HOLLADAY et al., 2007).
As conversões termoquímicas de lignina em combustíveis e produtos químicos acontecem por meio de pirólise, gaseificação e combustão Poveda (2021). É possível formar compostos aromáticos e não aromáticos após a despolimerização eficiente da lignina (CHAUHAN, 2020).
Os estudos da modificação da lignina, seus aspectos tecno econômicos, ambientais e sociais ainda não são abordados de forma acentuada. A quantidade de publicações referente a lignina e seu desempenho em distintos setores cresceram exponencialmente nos últimos 10 anos. Sendo assim, demonstra um panorama cronológico na valorização da percepção da lignina como um recurso rico em possibilidades.
5.8 Desvantagens da Aplicação
Os estudos para que a aplicação da Lignina entre efetivamente como forte concorrente no mercado e de maneira alternativa em relação aos produtos de origem mineral, ainda estão em desenvolvimento. Em alguns casos, a formulação utilizando a Lignina necessita de adição de outro componente para se obter um resultado melhor ou atender alguma especificação.
6. Metodologia
A seguir será realizado uma releitura do estudo realizado pelo instituto EMBRAPA para verificar o desempenho da lignina como antioxidante através da captura do radical livre utilizando o método DPPH
6.1 Ação Antioxidante
A ação antioxidante de um material é medida pela forma em que este se comporta em retardar ou inibir as ações dos radicais livres, sejam átomos, moléculas ou íons, no meio ou superfície em que está inserido.
6.2 Ação antioxidante da Lignina
Com o aumento de políticas verdes em acordos comerciais e buscas de matérias sustentáveis com o intuito de preservar o meio ambiente, o processo de oxidação tem sido alvo de estudos para encontrar alternativas no mercado de produtos de origem vegetal e, visto esta necessidade, há diversas pesquisas que encontram nos compostos fenólicos oportunidades de utilização nesta categoria.
A atividade antioxidante dos fenóis está relacionada às suas estruturas químicas e são influenciadas pelos métodos de extração (Nawar, 1985). Os compostos fenólicos agem na iniciação e na propagação do processo de oxidação, e se comportam como sequestradores de radicais e/ou outras vezes como quelantes de metais. (Shahidi et al., 1992). São formados pela ação desses antioxidantes os produtos intermediários que são relativamente estáveis, em razão da ressonância do anel aromático desenvolvida por estas substâncias.
A lignina é o único biopolímero aromático com estrutura fenólica, tornando-a propícia para ser designada como antioxidante natural (Figueiredo et al., 2018).
6.2.1 Método DPPH para determinação da capacidade antioxidante
O método DPPH é altamente utilizado na determinação da capacidade antioxidante pois é considerado um método rápido, econômico e eficaz em misturas ou substâncias puras. Este método é baseado na análise da redução da molécula 1,1-difenil-2-picrilhidrazil (DPPH•) (figura 7) em um meio orgânico através do deslocamento de um elétron, (figura 8), ou doando um átomo de hidrogênio (figura 9) (Brand-Williams et al., 1995).
Figura 7 – Estrutura do radical livre estável DPPH
Figura 8 – Estabilização do radical DPPH pelo deslocamento do elétron desemparelhado
Figura 9 – Equações de redução de DPPH
A análise deste método é realizada através de um espectrofotômetro que verifica o grau de absorção da solução no comprimento de onda que mais absorve a cor do radical livre (Brand-Williams et al., 1995). Os resultados obtidos podem ser analisados a partir do valor de EC (efficient concentration) e IC (inhibitory concentration) que determinam a quantidade de antioxidante necessário para reduzir a concentração do radical DPPH em 50%, sendo assim, quanto menor os dados de EC e IC maior é o potencial antioxidativo da amostra analisada (Savatović et al., 2012).
6.3 Teste da Oxidação da Lignina com o método DPPH
Materiais utilizados pelo instituto no preparo de reagentes:
– 1,4 – Dioxano 90%.
– Metanol P.A.
– Água destilada.
– DPPH (2,2-Diphenyl-1-picryl-hidrazil) (PM = 394,32).
– Lignina em pó, seca.
Equipamentos e vidrarias utilizados:
– Agitador de tubos de ensaio.
– Banho de ultrassom.
– Balança analítica.
– Balão volumétrico (5 mL, 10 mL, 100 mL)
– Cubetas de vidro
– Espectrofotômetro UV-Vis.
– Pipetas automáticas.
– Tubos de ensaio âmbar (8 mL).
6.3.1 Solução de referência
Para serem utilizados no espectrofotômetro como referência, foram adicionados 90ml de Metanol P.A. e 10ml de água destilada em um balão volumétrico de 100ml, o líquido fora misturado até atingir o ponto de homogeneização e transferido para um frasco de vidro âmbar.
6.3.2 Solução do radical livre DPPH
Foram preparados em um balão volumétrico de 100ml 2,4mg de DPPH juntamente com álcool metílico para dissolução de forma que a concentração fique em 60 μmol/L. Após homogeneização a mistura fora transferido para um frasco de vidro âmbar.
6.3.3 Solução da lignina
Em um balão volumétrico de 5ml foram adicionados 2,5mg de lignina seca e adicionado dioxano 90% como solvente até preencher o equipamento e a concentração da lignina alcançar o valor de 500mg/L. Após isto, o conteúdo fora submetido a um banho de ultrassom de 30 minutos e armazenado em um tubo de ensaio.
6.3.4 Curva de calibração do DPPH
A curva de calibração do DPPH determina o gráfico de absorção do radical livre versus a concentração e partir destes dados é possível observar a absorção normal do radical livre além de entender qual a concentração de lignina deve ser aplicada.
Para realizar o teste, foram separadas 6 amostras de DPPH com concentrações de 10, 20, 30, 40, 50 e 60 μmol/L em balões volumétricos de 10ml e adicionado em cada solução 0,1ml de Dioxano 90%, de forma que as concentrações ficaram de acordo com a tabela 3.
Tabela 3 – Preparo e concentração final das soluções de DPPH
| [DPPH] (μmol L-1) | [DPPH] com 0,1 mL de dioxano 90% (μmol L-1) |
| 0 | 0 |
| 10 | 9,75 |
| 20 | 19,50 |
| 30 | 29,25 |
| 40 | 39,00 |
| 50 | 48,75 |
| 60 | 58,50 |
Fonte:https://www.researchgate.net/publication/328638227_Metodologia_cientifica_determinacao_da_capacidade_antioxidante_de_lignina_pela_captura_do_radical_livre_DPPH
O teste se inicia com a medida da absorbância, utilizando um equipamento espectrofotômetro com UV-Vis a 515 nm, que corresponde ao espectro de luz visível com a maior absorbância na cor do radical. O equipamento faz a leitura da solução sem o DPPH, utilizada como linha de referência, composto de 3,9 ml de metanol com 0,1ml de dioxano 90%, para se obter a leitura no ponto zero e a leitura das soluções contendo o DPPH para se analisar a absorbância em relação as diferentes concentrações. O gráfico obtido confirma a hipótese que quanto maior a concentração de DPPH maior será a absorção. A equação da reta da absorbância versus concentração do DPPH está descrita no gráfico 1.
Gráfico 1 – Curva de calibração da absorbância versus concentração de DPPH
Fonte:https://www.researchgate.net/publication/328638227_Metodologia_cientifica_determinacao_da_capacidade_antioxidante_de_lignina_pela_captura_do_radical_livre_DPPH
6.3.5 Determinação Antioxidante Lignina
Neste momento são utilizadas 3 amostras de 0,1 ml da solução preparada contendo Lignina, adicionado 3,9ml da solução do radical DPPH com a concentração de 60 μmol/L e agitado até se obter uma mistura homogênea. Para análise do comportamento antioxidante foram considerado as concentrações 12,5, 6,25 e 2,5 mg/L de lignina.
Para observar o comportamento de redução e estabilização é realizada uma leitura do espectrofotômetro UV-Vis a 515 nm de 30 em 30 minutos até que todo o material antioxidante seja consumido na reação. Caso a absorção seja alta, significa que há um alto volume de DPPH não oxidado pela reação, dessa forma, quanto menor a absorbância melhor a ação antioxidante do material analisado neste método.
A partir da coleta dos dados é possível obter qual a concentração de DPPH remanescente em cada uma das amostras através da fórmula descrita na equação 1, a porcentagem de redução do DPPH seguindo a fórmula descrita na equação 2 e o gráfico 2 que relaciona a concentração de lignina na amostra, versus a % de DPPH remanescente.
Equação 1: Fórmula %DPPH remanescente
Equação 2: Fórmula de % de redução do DPPH.
Gráfico 2: Relação de DPPH em % versus a concentração de Lignina
Fonte:https://www.researchgate.net/publication/328638227_Metodologia_cientifica_determinacao_da_capacidade_antioxidante_de_lignina_pela_captura_do_radical_livre_DPPH
6.3.6 Concentração Inibitória e Eficiente
A concentração inibitória (IC) indicia qual a concentração de lignina em mg/L necessária para reduzir 50% de uma determinada concentração de DPPH na solução. Após traçar o gráfico, é possível calcular o valor de IC seguindo a equação 3, no qual b refere-se à Intercepção do eixo y e a a Inclinação da reta.
Equação 3: Cálculo da concentração Inibitória
Já a concentração eficiente permite calcular a quantidade necessária de antioxidante para reduzir 50% do radical, interpretando o valor de IC para mg de lignina por mg de DPPH através da equação 4.
Equação 4: Cálculo da concentração Eficiente
7. Resultados e Discussão
Os testes foram realizados com a lignina tipo pirolítica (LP), ligina lignoboost (LB), e para fins comparativos foram realizados testes com o antioxidante comercial BHT. Cada amostra fora submetida três vezes no equipamento espectrofotômetro para se obter resultados mais assertivos.
Na tabela 4 é possível visualizar os resultados com as diferentes concentrações aplicadas para estudos. Para análise de dados foram considerados apenas o IC50 e EC50 da última concentração pois esta possui menor valor de %DPPH remanescente.
Tabela 4 – Resultados obtidos de concentração inibitória (IC50) e concentração eficiente (EC50) para as amostras de Lignina de BHT
| Antiox. | Conc. amostra (mg/L) | % DPPH remanescente | IC50 (mg/L) | EC50 (mg lig/mg DPPH) |
| BHT 1 | 2,5 | 62,0 | ||
| 6,25 | 37,2 | |||
| 12,5 | 8,1 | 4,4 | 0,20 | |
| BHT 2 | 2,5 | 56,4 | ||
| 6,25 | 38,7 | |||
| 12,5 | 18,1 | 3,8 | 0,17 | |
| BHT 3 | 2,5 | 61,1 | ||
| 6,25 | 32,8 | |||
| 12,5 | 6,6 | 4,0 | 0,18 | |
| LP 1 | 2,5 | 78,7 | ||
| 6,25 | 55,1 | |||
| 12,5 | 24,5 | 7,6 | 0,34 | |
| LP 2 | 2,5 | 79,6 | ||
| 6,25 | 59,0 | |||
| 12,5 | 27,5 | 8,1 | 0,36 | |
| LP 3 | 2,5 | 62,7 | ||
| 6,25 | 51,5 | |||
| 12,5 | 21,5 | 5,9 | 0,27 | |
| LB 1 | 2,5 | 73,5 | ||
| 6,25 | 44,8 | |||
| 12,5 | 18,2 | 6,2 | 0,28 | |
| LB 2 | 2,5 | 61,1 | ||
| 6,25 | 43,1 | |||
| 12,5 | 16,9 | 4,9 | 0,22 | |
| LB 3 | 2,5 | 59,6 | ||
| 6,25 | 47,0 | |||
| 12,5 | 17,6 | 5,1 | 0,23 |
Fonte:https://www.researchgate.net/publication/328638227_Metodologia_cientifica_determinacao_da_capacidade_antioxidante_de_lignina_pela_captura_do_radical_livre_DPPH
No método DPPH, quanto menor os números de IC50 e EC50, mais antioxidante é o material, pois se faz necessário menor quantidade de antioxidante para um determinado volume de amostra (Savatović et al., 2012).
É possível observar na tabela 5 os resultados finais do teste da ação antioxidante das amostras. Foram incluídos entre parênteses os coeficientes de variações que são aceitáveis até 10%, de acordo com a metodologia utilizando o DPPH (Szabo et al., 2007).
Chega-se à conclusão de que em comparação com o BHT a Lignina possui ação antioxidante um pouco menos eficiente, porém não é descartável a utilização na aplicação desta funcionalidade, pois além de comprovar que houve redução do radical livre, existem diversos níveis de o quanto uma matéria precisa ser antioxidativa, e esta performance varia de acordo com a necessidade de uma produção ou cliente específico.
Tabela 5 – Resultados obtidos de concentração inibitória (IC50) e concentração eficiente (EC50)
| Amostra | % redução DPPH | IC50 (mg L-1) | EC50 (mg /mg DPPH) |
| BHT | 89 ± 4 (7%) | 4,1 ± 0,2 (7%) | 0,18 ± 0,01 (7%) |
| Lignina pirolítica (LP) | 76 ± 2 (4%) | 6,7 ± 0,4 (10%) | 0,30 ± 0,02 (10%) |
| Lignina lignoboost (LB) | 82 ± 0,4 (1%) | 5,3 ± 0,3 (9%) | 0,23 ± 0,01 (9%) |
Fonte:https://www.researchgate.net/publication/328638227_Metodologia_cientifica_determinacao_da_capacidade_antioxidante_de_lignina_pela_captura_do_radical_livre_DPPH
8. Considerações Finais
De acordo com o teste realizado pelo instituto EMBRAPA, a lignina pode ser utilizada como uma alternativa de antioxidante já que, a taxa de coeficiente de variação se apresenta dentro dos limites estabelecidos para diagnosticar uma atividade antioxidante junto ao radical DPPH.
Com isso, o ganho em ter um antioxidante gerado de um subproduto e biodegradável, pode e deve ser estudado em diversas aplicações de maneira que, venha agregar com muitos benefícios ao meio ambiente, principalmente pelo fato de ter efeitos benéficos para com o fenômeno “efeito estufa”.
Portanto, vemos a lignina como uma fonte de tecnologia que acompanhada de novos estudos, irá gerar grandes oportunidades de desenvolvimento no mercado. Desta forma, toda pesquisa em aplicações diversas da lignina é válida e com potencial tecnológico.
9. Referências Bibliográficas
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