Gelatin-based polymeric films for applications in food packaging: an overview of advances, challenges, and perspectives / Filmes poliméricos à base de gelatina para aplicações em embalagens de alimentos: uma visão geral sobre avanços, desafios e perspectivas

ABSTRACT: This research carried out a bibliometric analysis and literature review on the production of gelatin-based films for application as food packaging, addressing the main advances and limitations. The search for articles was performed in the Scopus database, and bibliometric data were obtained using the Bibliometrix tool (RStudio software). It was observed that a wide variety of compounds can be incorporated into gelatin films to overcome the limitations related to their high solubility and low mechanical properties, as well as to obtain active or smart functions. Among the most reported compounds were essential oils, pigments extracted from vegetables, and other antimicrobial agents. The most reported foods as an application matrix were meat (fish, chicken, and shrimp), milk, cheese, and minimally processed fruits. Even with promising trends, the biggest challenge for large-scale applications is to obtain easily degradable biopolymers with structural and functional stability similar to synthetic polymers. Thus, a greater focus on this theme in research may favor significant advances in the use of these packages and positively impact several of the Sustainable Development Goals, as recommended by the United Nations.

RESUMO: Este estudo objetivou realizar uma análise bibliométrica e revisão de literatura acerca da produção de filmes à base de gelatina para aplicação como embalagens alimentícias, abordando os principais avanços e limitações. A busca de artigos foi realizada na base de dados da Scopus e os dados bibliométricos obtidos pela ferramenta Bibliometrix (RStudio software). Verificou-se uma grande variedade de compostos que podem ser incorporados nos filmes de gelatina, a fim de superar suas limitações relacionadas à alta solubilidade e baixas propriedades mecânicas, bem como para obtenção de funções ativas ou inteligentes. Dentre os compostos mais reportados, têm-se: óleos essenciais, pigmentos extraídos de vegetais e outros agentes antimicrobianos. Os alimentos mais reportados como matriz de aplicação foram: carnes (peixe, frango e camarão), leite, queijo e frutas, minimamente processadas. Mesmo com tendências promissoras, o maior desafio no âmbito das aplicações reais em larga escala é a obtenção de biopolímeros facilmente degradáveis, com estabilidade estrutural e funcional similar aos polímeros sintéticos. Dessa forma, o maior enfoque dessa temática em pesquisas poderá favorecer avanços significativos para o uso dessas embalagens, impactando positivamente diversos dos Objetivos para o Desenvolvimento Sustentável, preconizados pela Organização das Nações Unidas.

Gelatin-based polymeric films for applications in food packaging: an overview of advances, challenges, and perspectives / Filmes poliméricos à base de gelatina para aplicações em embalagens de alimentos: uma visão geral sobre avanços, desafios e perspectivas

This research carried out a bibliometric analysis and literature review on the production of gelatin-based films for application as food packaging, addressing the main advances and limitations. The search for articles was performed in the Scopus database, and bibliometric data were obtained using the Bibliometrix tool (RStudio software). It was observed that a wide variety of compounds can be incorporated into gelatin films to overcome the limitations related to their high solubility and low mechanical properties, as well as to obtain active or smart functions. Among the most reported compounds were essential oils, pigments extracted from vegetables, and other antimicrobial agents. The most reported foods as an application matrix were meat (fish, chicken, and shrimp), milk, cheese, and minimally processed fruits. Even with promising trends, the biggest challenge for large-scale applications is to obtain easily degradable biopolymers with structural and functional stability similar to synthetic polymers. Thus, a greater focus on this theme in research may favor significant advances in the use of these packages and positively impact several of the Sustainable Development Goals, as recommended by the United Nations.

Este estudo objetivou realizar uma análise bibliométrica e revisão de literatura acerca da produção de filmes à base de gelatina para aplicação como embalagens alimentícias, abordando os principais avanços e limitações. A busca de artigos foi realizada na base de dados da Scopus e os dados bibliométricos obtidos pela ferramenta Bibliometrix (RStudio software). Verificou-se uma grande variedade de compostos que podem ser incorporados nos filmes de gelatina, a fim de superar suas limitações relacionadas à alta solubilidade e baixas propriedades mecânicas, bem como para obtenção de funções ativas ou inteligentes. Dentre os compostos mais reportados, têm-se: óleos essenciais, pigmentos extraídos de vegetais e outros agentes antimicrobianos. Os alimentos mais reportados como matriz de aplicação foram: carnes (peixe, frango e camarão), leite, queijo e frutas, minimamente processadas. Mesmo com tendências promissoras, o maior desafio no âmbito das aplicações reais em larga escala é a obtenção de biopolímeros facilmente degradáveis, com estabilidade estrutural e funcional similar aos polímeros sintéticos. Dessa forma, o maior enfoque dessa temática em pesquisas poderá favorecer avanços significativos para o uso dessas embalagens, impactando positivamente diversos dos Objetivos para o Desenvolvimento Sustentável, preconizados pela Organização das Nações Unidas.

Effect of polymer mixture on bioplastic development from fish waste / Efeito da mistura de polímeros no desenvolvimento de bioplástico a partir de resíduos de peixe

The bioconversion of protein from the fishing industry waste into bioplastics allows the valorization of biological material, reducing the production of waste and consequently of negative environmental impacts through the use of synthetic packaging. The objective of this work was to develop biodegradable films from the mixture of gelatin and myofibrillar fish proteins. Proteins (myofibrillar and gelatin) were extracted from filleting residues from king weakfish (Macrodon ancylodon) from industrial fishing. The properties of the blend films were compared to those of individual protein films. It was found by scanning electron microscopy that there was good compatibility between the two polymers. Mechanical analyzes showed that myofibrillar proteins films were the most resistant to traction, but less flexible; characteristics contrary to those of gelatin. The mixing films presented the lowest values of water vapor permeability and solubility were transparent, and mechanically strong and flexible, confirming the improvement of the properties by mixing the polymers. Fourier transform infrared spectroscopy revealed that there was interaction between the myofibrillar protein chains and gelatine driven by hydrogen bonds, thus forming cohesive and reinforced matrix, which resulted in good thermal resistance of the films. The mixture between polymers improved the technological properties of the elaborated biodegradable films, making its application feasible as food packaging.

A bioconversão de proteínas de subprodutos da indústria pesqueira em bioplástico possibilita a valorização do material biológico, reduzindo a produção de descarte e consequentemente, de impactos ambientais negativos do uso de embalagens sintéticas. O objetivo deste trabalho foi misturar gelatina e proteínas miofibrilares de pescada gó (Macrodon ancylodon) com intuito de desenvolver filmes biodegradáveis com propriedades tecnológicas aprimoradas. As propriedades dos filmes de mistura foram comparadas com as de filmes dos polímeros individuais. A espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier revelou boa compatilidade química entre gelatina e proteínas miofibrilares na formação do filme de mistura. A interação entre os polímeros foi conduzida por ligações de hidrogênio, formando película coesa e reforçada. Os filmes de mistura além de apresentarem os menores valores de permeabilidade ao vapor de água e solubilidade, também foram transparentes e, termicamente resistentes. Assim a mistura entre gelatina e proteínas miofibrilares possibilitou a formação de películas biodegradáveis com propriedades tecnológicas superiores às produzidas com os polímeros separados.

Effect of polymer mixture on bioplastic development from fish waste / Efeito da mistura de polímeros no desenvolvimento de bioplástico a partir de resíduos de peixe

The bioconversion of protein from the fishing industry waste into bioplastics allows the valorization of biological material, reducing the production of waste and consequently of negative environmental impacts through the use of synthetic packaging. The objective of this work was to develop biodegradable films from the mixture of gelatin and myofibrillar fish proteins. Proteins (myofibrillar and gelatin) were extracted from filleting residues from king weakfish (Macrodon ancylodon) from industrial fishing. The properties of the blend films were compared to those of individual protein films. It was found by scanning electron microscopy that there was good compatibility between the two polymers. Mechanical analyzes showed that myofibrillar proteins films were the most resistant to traction, but less flexible; characteristics contrary to those of gelatin. The mixing films presented the lowest values of water vapor permeability and solubility were transparent, and mechanically strong and flexible, confirming the improvement of the properties by mixing the polymers. Fourier transform infrared spectroscopy revealed that there was interaction between the myofibrillar protein chains and gelatine driven by hydrogen bonds, thus forming cohesive and reinforced matrix, which resulted in good thermal resistance of the films. The mixture between polymers improved the technological properties of the elaborated biodegradable films, making its application feasible as food packaging.(AU)

A bioconversão de proteínas de subprodutos da indústria pesqueira em bioplástico possibilita a valorização do material biológico, reduzindo a produção de descarte e consequentemente, de impactos ambientais negativos do uso de embalagens sintéticas. O objetivo deste trabalho foi misturar gelatina e proteínas miofibrilares de pescada gó (Macrodon ancylodon) com intuito de desenvolver filmes biodegradáveis com propriedades tecnológicas aprimoradas. As propriedades dos filmes de mistura foram comparadas com as de filmes dos polímeros individuais. A espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier revelou boa compatilidade química entre gelatina e proteínas miofibrilares na formação do filme de mistura. A interação entre os polímeros foi conduzida por ligações de hidrogênio, formando película coesa e reforçada. Os filmes de mistura além de apresentarem os menores valores de permeabilidade ao vapor de água e solubilidade, também foram transparentes e, termicamente resistentes. Assim a mistura entre gelatina e proteínas miofibrilares possibilitou a formação de películas biodegradáveis com propriedades tecnológicas superiores às produzidas com os polímeros separados.(AU)

Desenvolvimento de filmes biodegradaveis antimicrobianos a partir da incorporação de extrato de jamelão / Development of antimicrobial biodegradable films from the incorporation of jamelão extract

O objetivo do presente trabalho foi desenvolver filmes biodegradáveis antimicrobianos a partir da incorporação do extrato bioativo proveniente da casca do fruto Jamelão. Para tal, foi obtido inicialmente o extrato das cascas em pó e depois foram elaborados filmes biodegradáveis utilizando acetato de celulose e amido+quitosana. Os filmes foram incorporados do extrato em diferentes concentrações para então serem avaliados quanto as suas propriedades antimicrobiana frente às cepas de Staphylococcus aureus e Listeria monocytogenes. Os resultados mostraram que nos filmes de acetato, não houve formação de halo de inibição frente a nenhuma das bactérias testadas, independentemente da concentração de extrato aplicado. Por outro lado, para os filmes de amido com quitosana, foi constatada atividade para as duas bactérias testadas e que à medida que se aumentava a concentração do extrato, aumentavam-se também os tamanhos dos halos de inibição. Logo estes podem ser aplicados em alimentos.(AU)

Desenvolvimento de filmes biodegradaveis antimicrobianos a partir da incorporação de extrato de jamelão / Development of antimicrobial biodegradable films from the incorporation of jamelão extract

O objetivo do presente trabalho foi desenvolver filmes biodegradáveis antimicrobianos a partir da incorporação do extrato bioativo proveniente da casca do fruto Jamelão. Para tal, foi obtido inicialmente o extrato das cascas em pó e depois foram elaborados filmes biodegradáveis utilizando acetato de celulose e amido+quitosana. Os filmes foram incorporados do extrato em diferentes concentrações para então serem avaliados quanto as suas propriedades antimicrobiana frente às cepas de Staphylococcus aureus e Listeria monocytogenes. Os resultados mostraram que nos filmes de acetato, não houve formação de halo de inibição frente a nenhuma das bactérias testadas, independentemente da concentração de extrato aplicado. Por outro lado, para os filmes de amido com quitosana, foi constatada atividade para as duas bactérias testadas e que à medida que se aumentava a concentração do extrato, aumentavam-se também os tamanhos dos halos de inibição. Logo estes podem ser aplicados em alimentos.

Inativação fotodinâmica de Pseudomonas fluorescens em derivado lácteo

As indústrias de derivados lácteos demandam novas tecnologias eficientes para eliminação de microrganismos contaminantes, sobretudo bactérias psicrotolerantes, como Pseudomonas fluorescens, capaz de se proliferar em baixas temperaturas, formar biofilmes e produzir proteases termoestáveis. Dentre os métodos desenvolvidos, revestimentos comestíveis e biodegradáveis são eficientes para preservação de queijos, principalmente quando adicionados de compostos ativos, como a curcumina, substância antimicrobiana e antioxidante extraída do açafrão (Curcuma longa L.; Zingiberaceae). Sua alta instabilidade fotoquímica, geralmente considerada indesejável, é uma característica interessante para fotossensibilizadores empregados em inativação fotodinâmica de microrganismos. Esta modalidade terapêutica se baseia na produção de espécies reativas de oxigênio por meio da oxidação fotoquímica de corantes expostos à irradiação. Entretanto, na indústria alimentícia, este recurso ainda é pouco explorado, sendo as pesquisas focadas em desinfecção da superfície de frutas, vegetais, embalagens e instalações. Desta forma, objetivou-se determinar in vitro o potencial fototóxico da curcumina solubilizada em diferentes meios (dimetilsulfóxido, etanol, polietilenoglicol 6000 e Pluronic® F127) contra Pseudomonas fluorescens. Em queijo Minas Frescal experimentalmente inoculado com Pseudomonas fluorescens, aliou-se a propriedade antimicrobiana e potencial fotossensibilizador da Curcumina aplicada em revestimento comestível e biodegradável de gelatina. Os revestimentos foram caracterizados quanto às propriedades mecânicas e permeabilidade ao vapor de água. O armazenamento dos queijos simulou a vida de prateleira do produto e as embalagens foram abertas nos tempos 0, 3, 6, 9 e 12 dias para análises microbiológicas, pH, atividade de água, índices de extensão e profundidade de proteólise, textura e cor. A eficiência da inativação fotodinâmica foi influenciada pelos solubilizantes e concentrações de fotossensibilizador. A curcumina apresentou atividade antimicrobiana no escuro e efeito sinérgico com irradiação, sendo dimetilsulfóxido e etanol os solubilizantes que permitiram maior atividade fototóxica e reduziram 7 logUFC/mL de Pseudomonas fluorescens com apenas 62,50 g/mL de curcumina. Nos revestimentos comestíveis, a hidrofobicidade da curcumina reduziu a permeabilidade ao vapor de água sem alterar as propriedades mecânicas. Nos queijos, apesar da fotoinibição dos microrganismos ser dificultada pela complexidade da superfície, o efeito antibacteriano da curcumina (500 g/mL) diminuiu a contagem de Pseudomonas fluorescens (P<,0001), resultando em menor proteólise (P<0,05), além de maior dureza e mastigabilidade ao fim do período avaliado. Amostras com curcumina irradiada apresentaram coloração semelhante ao tratamento controle, indicando a fotodegradação do fotossensibilizador após exposição à luz. Portanto, a curcumina é adequada como antimicrobiano e fotossensibilizador para inativação fotodinâmica de Pseudomonas fluorescens, sendo uma alternativa promissora para a indústria de queijos e outros derivados lácteos.

The dairy derivatives industries demand new efficient technologies to eliminate contaminating microorganisms, especially psychrotolerant bacteria, such as Pseudomonas fluorescens, capable of proliferating at low temperatures, forming biofilms and producing thermostable proteases. Among the developed methods, edible and biodegradable coatings are efficient for preserving cheeses, especially when added with active compounds, such as curcumin which is an antimicrobial and antioxidant substance extracted from turmeric (Curcuma longa L.; Zingiberaceae). Its high photochemical instability, generally considered undesirable, is an interesting feature for photosensitizers used in photodynamic inactivation of microorganisms. This therapeutic modality is based on the production of reactive oxygen species through the photochemical oxidation of dyes exposed to irradiation. However, in the food industry, this resource is still little explored, with research focused on disinfecting the surface of fruits, vegetables, packaging, and facilities. Thus, the objective was to determine in vitro the phototoxic potential of curcumin solubilized in different media (dimethyl sulfoxide, ethanol, polyethylene glycol 6000 and Pluronic® F127) against Pseudomonas fluorescens. In Minas Frescal cheese experimentally inoculated with Pseudomonas fluorescens, the antimicrobial property and photosensitizing potential of Curcumin applied in edible and biodegradable gelatin coating were combined. The coatings were characterized in terms of mechanical properties and water vapor permeability. The cheese storage simulated the product's shelf life and the packaging was opened at times 0, 3, 6, 9 and 12 days for microbiological analysis, pH, water activity, extent and depth index of proteolysis, texture and color evaluations. The efficiency of photodynamic inactivation was influenced by the solubilizers and concentrations of photosensitizer. Curcumin showed antimicrobial activity in the dark and synergistic effect with irradiation, with dimethyl sulfoxide and ethanol being the solubilizers that allowed higher phototoxic activity and reduced 7 log CFU/mL of Pseudomonas fluorescens with only 62.50 g/mL of curcumin. In edible coatings, the hydrophobicity of curcumin reduced the water vapor permeability without changing the mechanical properties. In cheeses, despite the photoinhibition of microorganisms being hampered by the complexity of the surface, the antibacterial effect of curcumin (500g/mL) decreased the count of Pseudomonas fluorescens (P <.0001), resulting in less proteolysis (P <0.05), in addition to greater hardness and chewability at the end of the evaluated period. Samples with irradiated curcumin showed a color similar to the control treatment, indicating the photodegradation of the photosensitizer after exposure to light. Therefore, curcumin is suitable as an antimicrobial and photosensitizer for photodynamic inactivation of Pseudomonas fluorescens, being a promising alternative for cheese and other dairy products.

Filmes Biopoliméricos à base de alginato de sódio e Enriquecidos com Líquido da Casca da Castanha de Caju (LCC) para Conservação de Carne Bovina

Filmes são camadas finas de materiais utilizados em alimentos, que visam apresentar consideráveis efeitos sob sua conservação, distribuição e comercialização, protegendo-os contra danos microbiológico, químicos, físicos e/ou mecânicos. Dessa forma, objetivou-se produzir e caracterizar filmes biopoliméricos à base de alginato de sódio e enriquecidos com líquido da casca da castanha de caju (LCC) em diferentes proporções, para posterior aplicação em carne bovina, a fim de avaliar seu efeito na preservação deste produto. Para a caracterização dos filmes, o delineamento foi inteiramente casualizado com quatro tratamentos (0%, 0,5%, 1% e 1,5% de inclusão de LCC) e três repetições, onde observou-se formação uniforme dos filmes, em que a adição do LCC proporcionou melhor resistência térmica, aumento da espessura dos filmes (p <0,05) em relação ao tratamento sem inclusão, redução da luminosidade (p<0,05) e incremento (p <0,05) das cores vermelho, amarelo, saturação e o índice de opacidade. A permeabilidade aumentou ao passo que se aumentou o nível de LCC (p <0,05), especialmente para as concentrações 1% e 1,5% LCC, onde, entre ambos, não houve diferença significativa (p >0,05). Então, a partir dos melhores resultados de caracterização, foram aplicados dois destes tratamentos (0 e 1% LCC) em carne bovina a partir do longissimus dorsi, juntamente com amostras controle (sem revestimento), onde realizou-se análises físico-química, oxidação lipídica e análises microbiológicas relativas a contagem total de mesófilos e psicrófilos, em intervalo de 3 tempos (0, 3 e 6), observando-se que ao longo do tempo de armazenamento, não obteve-se diferença estatística (p >0,05) para as coordenadas de L*, a* e b*. O pH das amostras controle aumentaram significativamente (p<0,05), porém as amostras envolvidas com revestimento enriquecido de LCC mantiveram pH estável. A CRA não demonstrou diferença significativa (p>0,05). A PPC evidenciou que o revestimento enriquecido com LCC foi capaz de melhorar a perda pós cocção no terceiro dia de armazenamento. A FC reduziu significativamente (p<0,05), porém o revestimento com inclusão de LCC obteve as menores reduções. Neste tratamento, também observou-se diminuição da oxidação lipídica e menor crescimento microbiano de mesófilos. Recomenda-se, portanto, o uso do filme à base de alginato de sódio e com inclusão de LCC ao nível de 1%, tendo em vista a eficiência dos resultados relativos à caracterização e posterior aplicação, acreditando-se que este produto apresente características promissoras para preservação e consequente melhoria da qualidade de alimentos perecíveis.

Films are thin layers of materials used in food, which aim to present considerable effects on their conservation, distribution and commercialization, protecting them from microbiological, chemical, physical and / or mechanical damage. Thus, the objective was to produce and characterize biopolymeric films based on sodium alginate and enriched with liquid from the cashew nut shell (CNSL) in different proportions, for later application in beef, in order to evaluate its effect on the preservation of this meat. product. For the characterization of the films, the design was completely randomized with four treatments (0%, 0.5%, 1% and 1.5% of inclusion of CNSL) and three repetitions, where uniform formation of the films was observed, in which the addition of LCC provided better thermal resistance, increased film thickness (p <0.05) compared to the treatment without inclusion, reduced luminosity (p <0.05) and increased (p <0.05) the color parameters red, yellow, saturation and the opacity index. The permeability increased as the level of CNSL increased (p <0.05), especially for concentrations 1% and 1.5% CNSL, where there was no significant difference between them (p> 0.05). Then, based on the best characterization results, two of these treatments (0 and 1% CNSL) were applied to beef from longissimus dorsi, together with control samples (without coating), where physical-chemical analysis, oxidation was performed lipid and microbiological analyzes related to the total mesophilic and psychrophilic counts, in an interval of 3 times (0, 3 and 6), observing that during the storage time, no statistical difference was obtained (p> 0.05) for the coordinates of L *, a * and b *. The pH of the control samples increased significantly (p <0.05), but the samples involved with an enriched CNSL coating maintained a stable pH. The CRA showed no significant difference (p> 0.05). PPC showed that the coating enriched with CNSL was able to improve the loss after cooking on the third day of storage. The HR decreased significantly (p <0.05), however the coating with inclusion of CNSL obtained the smallest reductions. In this treatment, there was also a decrease in lipid oxidation and less microbial growth of mesophiles. Therefore, it is recommended to use the film based on sodium alginate and with inclusion of CNSL at the level of 1%, in view of the efficiency of the results related to the characterization and subsequent application, believing that this product presents promising characteristics for preservation and consequent improvement of the quality of perishable foods.

Gelatina de tilápia (Oreochromis niloticus) e astaxantina de camarão branco (Litopenaeus vannamei) na rota de valorização de resíduos do pescado: obtenção de filmes antioxidantes e antimicrobianos

O crescimento da produção aquícola causa aumento da quantidade de resíduos gerados a partir do beneficiamento dessa matéria-prima. O que pode gerar problemas ambientais, caso não seja dado um destino adequado. Além disso, indústrias de alimentos e embalagens têm se esforçado para reduzir a quantidade de materiais não biodegradáveis em embalagem, que são uma fonte de poluição e podem causar problemas ambientais relacionados ao seu tratamento após descarte. Paralelamente, a indústria procura novas estratégias para aumentar o tempo de prateleira dos alimentos. Nesse contexto, tem-se a produção de filmes comestíveis e/ou biodegradáveis a partir de compostos naturais. O presente estudo teve por objetivos extrair e caracterizar gelatina a partir da pele de tilápia do Nilo (O. niloticus), astaxantina extraída a partir do cefalotórax do camarão branco do Pacífico (L. vannamei) e aplicar em filmes comestíveis. A gelatina tipo A foi extraída por meio do pré-tratamento ácido e caracterizada quanto ao rendimento, distribuição do peso molecular, FTIR, força do gel e TGA. O extrato contendo astaxantina foi extraído com acetona e caracterizada quanto ao rendimento, teor de astaxantina, composição de ácidos graxos, atividade antioxidante e FTIR. Os filmes foram feitos utilizando a técnica casting. Foram elaborados quatro filmes, Gel (Controle), GQ, GQ0,5Ast e GQ1,0Ast. Para isso, as soluções filmogênicas foram preparadas com 3% de gelatina (m:v), 1% de quitosana (m:v) e 0,5 e 1,0% de extrato (m:v). Os filmes foram caracterizados quanto a espessura, cor, FTIR, MEV, atividade antioxidante, atividade antimicrobiana, PVA e TGA. Os dados foram submetidos à análise de variância (ANOVA) e teste de Tukey com o auxílio do software BioEstat 5.0 e nível de significância 5%. A gelatina apresentou elevado peso molecular e força do gel igual a 400,97 ± 10 g. O extrato apresentou teor de astaxantina igual a 294,3 µg AST g -1 extrato e atividade antioxidante (PI) 50,19% para uma concentração de 5,87 µg AST mL -1 . Os filmes GQ0,5Ast e GQ1,0Ast apresentaram cor amarelada devido à cor do extrato, comprovadamente pelos maiores valores de a* e b* (p<0,05). De acordo com as imagens MEV, os filmes GQ0,5Ast e GQ1,0Ast apresentaram superfície irregular, com bastante poros e protuberâncias. E seção transversal heterogênea, rugosa e com poros ou fissuras principalmente na região próxima a superfície, caracterizando uma separação de fases. Os filmes GQ0,5Ast e GQ1,0Ast apresentaram maior atividade antioxidante (PI) (p<0,05), sendo 33,15 ± 2,21% e 41,57 ± 2,07%, respectivamente. De acordo com o método de difusão em ágar e técnica do poço, nenhum filme apresentou atividade antimicrobiana. O PVA dos filmes GQ0,5Ast e GQ1,0Ast não apresentaram diferenças significativas entre si e o Gel (Controle) (p>0,05), indicando que os mesmos não apresentaram uma melhor propriedade de barreira ao vapor de água. Com relação à TGA, a adição de extrato teve pouca influência na estabilidade térmica dos filmes. Portanto, conclui-se que os filmes comestíveis de gelatina de tilápia (O. niloticus) e quitosana incorporados com extrato de astaxantina de camarão branco do Pacífico (L. vannamei) possuem potencial como filmes antioxidantes para aplicação e aumento da vida de prateleira de alimentos.

The growth of aquaculture production causes an increase in the amount of waste generated from the processing of this raw material. What can cause problems environmental hazards, if an appropriate destination is not given. In addition, food and packaging have strived to reduce the amount of non-biodegradable materials in packaging, which are a source of pollution and can cause environmental problems related to their treatment after disposal. At the same time, the industry is looking for new strategies to increase food shelf life. In this context, there is the production of edible and/or biodegradable films from natural compounds. The present study aimed to extract and characterize gelatin from the skin of Nile tilapia (O. niloticus), astaxanthin extracted from the cephalothorax of Pacific white shrimp (L. vannamei) and apply in edible films. Type A gelatin was extracted by acid pretreatment and characterized for yield, molecular weight distribution, FTIR, gel strength and TGA. The extract containing astaxanthin was extracted with acetone and characterized for yield, astaxanthin content, fatty acid composition, antioxidant activity and FTIR. The films were made using the casting technique. Four films were made, Gel (Control), GQ, GQ0.5Ast and GQ1.0Ast. For this, the film-forming solutions were prepared with 3% gelatin (m:v), 1% chitosan (m:v) and 0.5 and 1.0% extract (m:v). The films were characterized for thickness, color, FTIR, SEM, antioxidant activity, antimicrobial activity, PVA and TGA. Data were submitted to analysis of variance (ANOVA) and Tukey's test with the help of BioEstat 5.0 software and a significance level of 5%. Gelatin had a high molecular weight and gel strength equal to 400.97 ± 10 g. The extract showed astaxanthin content equal to 294.3 µg AST g -1 extract and antioxidant activity (PI) 50.19% for a concentration of 5.87 µg AST mL -1 . The movies GQ0.5Ast and GQ1.0Ast showed a yellowish color due to the color of the extract, which has been proven by the highest values of a* and b* (p<0.05). According to the SEM images, the films GQ0,5Ast and GQ1,0Ast had an irregular surface, with many pores and protrusions. And cross section heterogeneous, rough and with pores or cracks mainly in the region close to the surface, characterizing a separation of phases. The films GQ0.5Ast and GQ1.0Ast showed higher antioxidant activity (PI) (p<0.05), being 33.15 ± 2.21% and 41.57 ± 2.07%, respectively. According to the agar diffusion method and well technique, none of the films showed antimicrobial activity. The PVA of the GQ0.5Ast and GQ1.0Ast films did not show significant differences between them and the Gel (Control) (p>0.05), indicating that they did not show a better barrier property to water vapor. Regarding TGA, the addition of extract had little influence on the thermal stability of the films. Therefore, it is concluded that edible films of gelatine tilapia (O. niloticus) and chitosan incorporated with astaxanthin extract from Pacific white shrimp (L. vannamei) have potential as antioxidant films for application and increase in the shelf life of foods.

Caracterização e avaliação das propriedades antioxidantes de filmes biodegradáveis incorporados com polpas de frutas tropicais / Characterization and evaluation of the antioxidant properties of biodegradable films incorporated with tropical fruit pulps

O trabalho teve como objetivo desenvolver e caracterizar embalagens ativas flexíveis formuladas pela incorporação de polpas de frutas tropicais a uma matriz polimérica de amido de mandioca plastificada com glicerol, avaliando as propriedades mecânicas, de barreira e a eficácia antioxidante destas embalagens durante o armazenamento. As embalagens foram produzidas por casting, com concentrações fixas de amido de mandioca (4,5%) e glicerol (1,0%), e concentrações de polpa de manga, acerola e seriguela entre 5 e 20%. Foram caracterizadas as propriedades de barreira (espessura, umidade, sólidos totais, atividade de água e solubilidade) e propriedades mecânicas dos filmes. A ação antioxidante dos aditivos incorporados foi avaliada através do armazenamento do azeite de dendê embalado com os filmes contendo os aditivos naturais, monitorando a sua oxidação por 40 dias, sob condições de oxidação acelerada (63%UR/30°C). A adição das polpas de frutas aos filmes promoveu um aumento da resistência mecânica. Os filmes com as polpas incorporadas desempenharam efeito antioxidante sobre o azeite de dendê durante os 40 dias de armazenamento, podendo ser aplicados para o controle da oxidação deste produto.(AU)

This research aimed to develop and characterize flexible active packages formulated by the incorporation of pulps from tropical fruits to a polymeric matrix of manioc starch, plasticized with glycerol. The mechanical properties, the barriers and the antioxidant efficacy of these packages were evaluated during storing. The packages were produced by casting, with fixed concentrations of manioc starch (4.5%) and glycerol (1.0%), and variable concentrations of mango, acerola and seriguela pulps between 5 and 20%. The barrier properties (width, humidity, total solids, water activity and solubility) and the mechanical properties of the films were evaluated. The antioxidant action of the additives incorporated was evaluated through the storage of palm oil packed with the films containing the natural additives. Its oxidation was monitored for 40 days, under conditions of accelerated oxidation (63%UR/30ºC). The addition of fruit pulps to the films promoted an increase of the mechanical resistance. The films with the added pulps performed an antioxidant effect on the palm oil during the 40 days storage, which could be applied for the oxidation control of this product.(AU)

Characterization of biodegradable film based on zein and oleic acid added with nanocarbonate / Caracterização de filme biodegradável a base de zeína e ácido oléico adicionado de nanocarbonato

Zein oleic acid films added with 1, 2 and 3 % (w/w) of nanocarbonate and 30 % glycerol as plasticizer, were produced and evaluated according to their structure and functional properties. Structural characteristics were analyzed by optical and scanning electron microscopy (SEM). Water solubility and mechanical properties were determined according to ASTM methods. The increase of nanocarbonate concentration increased water solubility and influenced the color and mechanical properties. Optical and SEM of film samples added with nanocarbonate, shown low amount of pores and great fat globules size.(AU)

Filmes a base de zeína e ácido oleico adicionados com 1, 2 e 3 % de nanocarbonato e 30 % de glicerol como plasticizante foram produzidos e avaliados quanto sua estrutura e propriedades funcionais. Caracteristicas estruturais foram analisadas por meio de microscopia ótica (MO) e eletrônica de varredura (MEV) e solubilidade em água e propriedades mecânicas segundo métodos da ASTM. O aumento na concentração de nanocarbonato, aumentou a solubilidade em água e influenciou na cor e propriedades mecânicas. As análises de MO e MEV do filme adicionado com nanocarbonato mostraram pouca presença de poros e glóbulos de gordura de maior tamanho quando comparado com o filme controle.(AU)

Incorporação de urucum como aditivo antioxidante em embalagens biodegradáveis a base de quitosana

The objective was to develop and characterize a biodegradable packaging using chitosan as polymeric matrix, plasticized with glycerol, as well as evaluate the effect of adding a natural antioxidant additives (annatto) in antioxidant protection in packaging. The cans were prepared by casting containing 1.5% of chitosan, 0.15% glycerol and 0.25 to 1.0% of coloring. Palm oil packed with the films containing the additive was monitored at 0, 7, 15, 30 and 45 days of storage under accelerated oxidation conditions (63% UR/30°C). Palm oil packed in the film that contained the highest percentage of annatto (1.0%) was the least oxidized during the study period. It was found that, as they increase the losses of phenolic compounds in the formulations of the films, there is a reduction in the peroxide increases the packaged product, thus demonstrating that instead of the product, the compounds of the package's who are suffering oxidation.

O objetivo do trabalho foi desenvolver e caracterizar uma embalagem biodegradável, utilizando como matriz polimérica a quitosana, plastificada com glicerol, bem como avaliar o efeito da adição de um aditivo antioxidante natural (urucum) nas embalagens na proteção antioxidante. As embalagens foram preparadas por casting contendo 1,5% de quitosana, 0,15% de glicerol e 0,25 a 1,0% de urucum. O azeite de dendê embalado com os filmes contendo o aditivo foi monitorado aos 0, 7, 15, 30 e 45 dias de armazenamento sob condições de oxidação acelerada (63%UR/30°C). O azeite de dendê embalado no filme que continha o maior percentual de urucum (1,0%) foi o que menos oxidou ao longo do período estudado. Constatou-se que, à medida que aumentam as perdas de Fenóis Totais nas formulações dos filmes, ocorre uma redução nos aumentos do Índice de Peróxidos do produto embalado, demonstrando assim que, ao invés do produto, os compostos da embalagem é quem estão sofrendo oxidação.

Incorporação de urucum como aditivo antioxidante em embalagens biodegradáveis a base de quitosana

The objective was to develop and characterize a biodegradable packaging using chitosan as polymeric matrix, plasticized with glycerol, as well as evaluate the effect of adding a natural antioxidant additives (annatto) in antioxidant protection in packaging. The cans were prepared by casting containing 1.5% of chitosan, 0.15% glycerol and 0.25 to 1.0% of coloring. Palm oil packed with the films containing the additive was monitored at 0, 7, 15, 30 and 45 days of storage under accelerated oxidation conditions (63% UR/30°C). Palm oil packed in the film that contained the highest percentage of annatto (1.0%) was the least oxidized during the study period. It was found that, as they increase the losses of phenolic compounds in the formulations of the films, there is a reduction in the peroxide increases the packaged product, thus demonstrating that instead of the product, the compounds of the package's who are suffering oxidation.

O objetivo do trabalho foi desenvolver e caracterizar uma embalagem biodegradável, utilizando como matriz polimérica a quitosana, plastificada com glicerol, bem como avaliar o efeito da adição de um aditivo antioxidante natural (urucum) nas embalagens na proteção antioxidante. As embalagens foram preparadas por casting contendo 1,5% de quitosana, 0,15% de glicerol e 0,25 a 1,0% de urucum. O azeite de dendê embalado com os filmes contendo o aditivo foi monitorado aos 0, 7, 15, 30 e 45 dias de armazenamento sob condições de oxidação acelerada (63%UR/30°C). O azeite de dendê embalado no filme que continha o maior percentual de urucum (1,0%) foi o que menos oxidou ao longo do período estudado. Constatou-se que, à medida que aumentam as perdas de Fenóis Totais nas formulações dos filmes, ocorre uma redução nos aumentos do Índice de Peróxidos do produto embalado, demonstrando assim que, ao invés do produto, os compostos da embalagem é quem estão sofrendo oxidação.

Incorporação de urucum como aditivo antioxidante em embalagens biodegradáveis a base de quitosana

The objective was to develop and characterize a biodegradable packaging using chitosan as polymeric matrix, plasticized with glycerol, as well as evaluate the effect of adding a natural antioxidant additives (annatto) in antioxidant protection in packaging. The cans were prepared by casting containing 1.5% of chitosan, 0.15% glycerol and 0.25 to 1.0% of coloring. Palm oil packed with the films containing the additive was monitored at 0, 7, 15, 30 and 45 days of storage under accelerated oxidation conditions (63% UR/30°C). Palm oil packed in the film that contained the highest percentage of annatto (1.0%) was the least oxidized during the study period. It was found that, as they increase the losses of phenolic compounds in the formulations of the films, there is a reduction in the peroxide increases the packaged product, thus demonstrating that instead of the product, the compounds of the package's who are suffering oxidation.

O objetivo do trabalho foi desenvolver e caracterizar uma embalagem biodegradável, utilizando como matriz polimérica a quitosana, plastificada com glicerol, bem como avaliar o efeito da adição de um aditivo antioxidante natural (urucum) nas embalagens na proteção antioxidante. As embalagens foram preparadas por casting contendo 1,5% de quitosana, 0,15% de glicerol e 0,25 a 1,0% de urucum. O azeite de dendê embalado com os filmes contendo o aditivo foi monitorado aos 0, 7, 15, 30 e 45 dias de armazenamento sob condições de oxidação acelerada (63%UR/30°C). O azeite de dendê embalado no filme que continha o maior percentual de urucum (1,0%) foi o que menos oxidou ao longo do período estudado. Constatou-se que, à medida que aumentam as perdas de Fenóis Totais nas formulações dos filmes, ocorre uma redução nos aumentos do Índice de Peróxidos do produto embalado, demonstrando assim que, ao invés do produto, os compostos da embalagem é quem estão sofrendo oxidação.

ADIÇÃO DE EXTRATO DE CASCA DE JABOTICABA E SORO DE LEITE NO DESENVOLVIMENTO DE EMBALAGEM INTELIGENTE PARA QUEIJO PRATO

O objetivo deste trabalho foi desenvolver um biofilme ativo à base de soro de leite e extrato da casca de jaboticaba como indicador de pH, cuja embalagem primária apresentasse características de interação com a qualidade do queijo Prato, indicando a vida útil do produto. Os revestimentos comestíveis foram testados em cinco tratamentos com diferentes concentrações contendo soro de leite, glicerol, pectina, amido de mandioca e ácido acético, aquecido a 85ºC ±5ºC/25 minutos. Posteriormente, selecionou-se a solução filmogênica que apresentou melhor resultado (resistência, impermeabilidade ao vapor dágua, solubilidade e espessura) e foi acrescida concentrações de extrato da casca de jaboticaba. Foram desenvolvidos no Laboratório de Produtos de Origem animal queijos Prato para revestimento com diferentes embalagens. Os queijos foram revestidos com filme PVC, biofilme sem antocianina, biofilme com 15g de extrato da casca de jaboticaba e biofilme com 30g de extrato da casca de jaboticaba. Posteriormente, foram feitas análises físico-químicas, microbiológicas e visuais. As análises dos biofilmes que revestiram os queijos foram de acidez e cor (L*, Chroma e Hue). As análises foram feitas no tempo 0 (zero dia), 14º e 28º dias de armazenamento. Foram formados biofilmes totalmente biodegradáveis e, no biofilme acrescido de extrato da casca de jaboticaba, e todos mudaram de cor. Os biofilmes não apresentaram resultado satisfatório para uso como embalagem primária de queijos Prato, porém podem ser utilizados na forma de fita indicadora de mudança de cor para uso na avaliação da qualidade de queijos e/ou produtos secos.

This study aimed to develop an active biofilm based on whey and jaboticaba (Myrciaria cauliflora) bark extract as pH indicator, whose primary packaging had interaction characteristics with Prato cheese quality, indicating the product's shelf life. The edible coatings were tested in five treatments with different concentrations of whey, glycerol, pectin, cassava starch, and acetic acid heated at 85ºC±5ºC for 25 minutes. Subsequently, it was selected the filmogenic solution which showed the best result (resistance, impermeability to water vapor, solubility, and thickness), and added concentrations of jaboticaba bark extract. Prato cheese for coating with different types of package was developed in the Laboratory of Products of Animal Origin at the Goiano Federal Institute. The cheese was coated with Polyvinyl Chloride (PVC) film, biofilm without anthocyanin, biofilm with 15 g jaboticaba bark extract, and biofilm with 30 g jaboticaba bark extract. Subsequently, physical, chemical, microbiological, and visual analyzes were carried out. The biofilms coated cheese analyzes were on acidity and color (L*, Chroma, and Hue). The analyzes were carried out at the 1st, 14th, and 28th days of storage. Biofilms fully biodegradable were formed, and biofilm plus jaboticaba bark extract changed color. The biofilms did not show satisfactory results to be used as primary type of package for Prato cheese, but they can be used as a color change indicator tape, and for evaluating cheese and/or dry products quality.

Análises das propriedades físicas e antimicrobianas de filmes a base de amigo contendo óleo essencial de Tetradenia riparia (Hochst.) Codd e Rosmarinus officinalis L. - Lamiaceae / Analysis of physical and antimicrobial properties of films based on starch containing Tetradonia riparia (Hochst.) and Rosmarinus officinalis L Clodd - Lamiaceae essential oil / Análisis de las propiedades físicas y antimicrobianas de películas a base de almidón conteniendo aceite esencial de Tetradenia riparia (Hochst.) Codd e Rosmarinus officinalis L. - Lamiaceae

Objetivando reduzir os impactos ambientais decorrentes do acúmulo de plásticos sintéticos, estão sendo desenvolvidas embalagens derivadas de polímeros renováveis, os chamados filmes biodegradáveis. Empregados na cobertura de produtos desidratados e frescos são capazes de conservar suas características sensoriais, valor nutritivo e evitar o desenvolvimento de micro-organismos (MO). Com este intuito, foram produzidos filmes com amido acetilado, gelatina e plastificante impregnados com óleos essenciais de Tetradenia riparia (Hochst.) Codd e Rosmarinus officinalis nas concentrações de 0,25; 0,5; 1; 2 e 3% (em relação à massa total do filme). Os parâmetros avaliados foram a espessura, solubilidade, opacidade e a capacidade de inibição microbiana frente aos micro-organismos Escherichia coli, Staphylococcus aureus e Candida albicans. Após a adição do óleo, observou-se redução na espessura nos filmes contendo R. officinalis quando comparados ao controle negativo (CN). Já nos filmes com T. riparia, os valores foram semelhantes ao CN, indicando melhor compatibilidade entre reagentes dos filmes a esse óleo. As solubilidades desses filmes aumentaram ao incorporar os óleos, exceto nos filmes com 0,25 e 1% do óleo de T. riparia, em que os valores ficaram próximos ao CN. A opacidade dos filmes com óleo de R. officinalis aumentou com o aumento da concentração deste óleo na composição do filme, porém nos filmes com T. Riparia, ocorreu o contrário a opacidade diminuiu com o acréscimo deste óleo nos filmes. Quanto ao filme incorporado com cloranfenicol, nos três parâmetros não houve diferenças significativas ao compará-lo com o CN. No teste microbiológico, para todos os filmes analisados, os MO demonstraram resistência comparados aos halos formados pelo controle positivo. Portanto, novos estudos deverão ser realizados, objetivando aumentar a compatibilidade dos filmes com os óleos, bem como novos óleos poderão ser analisados.(AU)

In order to reduce the environmental impacts resulting from the accumulation of synthetic plastic, packaging derived from renewable polymers are being developed, which are known as biodegradable films. Used in dried and fresh products, they are able to retain their sensory characteristics and nutritional value, as well as preventing the development of microorganisms (MO). For this purpose, films with acetylated starch, gelatin and plasticizer impregnated with Tetradenia riparia (Hochst.) Codd and Rosmarinus officinalis essential oils at concentrations of 0.25, 0.5, 1, 2 and 3% (relative to the total weight of the film) have been developed. This paper assessed the thickness, solubility, opacity and the capacity to inhibit Escherichia coli, Staphylococcus aureus and Candida albicans in these films. After the addition of oil, a decrease in the thickness of film incorporated with R. officinalis could be observed when compared to the negative control (NC). However, the film incorporated with T. riparia, the values were similar to the NC, indicating better compatibility between the film reagents and this oil. The solubility of these films increased when the oils were incorporated, except for the films with concentration of 0.25 and 1% of T. riparia oil, in which the values were close to the NC. The opacity of the films with R. officinalis oil increased with the increase in the concentration of oil in the composition of the film. However, in the films with T. riparia, the opposite could be noticed, that is, the opacity decreased with the addition of this oil in the films. For the films with chloramphenicol, there were no significant differences for the three parameters measured when compared to the NC. In the microbiological test, for all films analyzed, the MO showed resistance compared to the inhibition formed by the positive control. Therefore, further studies should be conducted in order to increase the compatibility of the films with the oils, as well as analyzing new oils;(AU)

Produção e caracterização de filmes biodegradáveis ativos de amido de semente de jaca

O uso indiscriminado dos plásticos tem gerado graves problemas ambientais de acúmulo de material na natureza, poluição das águas, além de ser proveniente do petróleo, um recurso não renovável. Isso tem causado preocupação e, portanto, os cientistas e indústrias vêm buscando alternativas ao uso desses materiais, como por exemplo o emprego de materiais naturais e/ou biodegradáveis e o aproveitamento de subprodutos desperdiçados. O amido é um polímero natural que tem aspectos que o tornam promissor, como sua biodegradabilidade, baixo custo e disponibilidade. Para prolongar a vida útil dos alimentos, investigou-se o amido como matéria prima para a produção de filmes biodegradáveis e revestimentos comestíveis ativos. Além de atuar como barreira a gases e como proteção mecânica, as embalagens também podem carrear substâncias ativas como antioxidantes, antimicrobianos, entre outros. Foi estudado o efeito da incorporação de (0,3; 0,5 e 1,0) g de a-tocoferol/100 g de dispersão filmogênica nas propriedades morfológicas, mecânicas, ópticas, de superfície, de barreira ao vapor dágua e à luz UV/Visível e antioxidantes dos filmes de amido de semente de jaca. A adição de a-tocoferol aumentou a resistência à tração e o módulo de elasticidade nos filmes com até 0,5% de atocoferol. Também aumentou a barreira ao vapor dágua, possivelmente devido à natureza hidrofóbica do a-tocoferol e ao efeito de tortuosidade causado por ele na matriz polimérica, embora a solubilidade em água não tenha diferido significativamente entre os filmes. O a-tocoferol proporcionou aumento na barreira contra a luz UV, especialmente nos comprimentos de onda entre (200 e 310) nm. A opacidade e o parâmetro de cor b* aumentaram significativamente, o que significa que a incorporação de a-tocoferol tornou os filmes mais opacos e amarelados. A hidrofobicidade da superfície aumentou significativamente (p < 0,05) com adição de a-tocoferol, principalmente no filme com 0,5% de atocoferol. A capacidade antioxidante aumentou significativamente com adição de até 0,5% de a-tocoferol. O filme controle (sem a-tocoferol) não apresentou capacidade antioxidante. Concluiu-se que o material de amido de semente de jaca incorporado de a-tocoferol tem potencial para ser usado como revestimento ativo para alimentos com alto teor de gordura. Entre as formulações produzidas, a de 0,5% de a-tocoferol foi a melhor, porque apresentou atividade antioxidante tão boa quanto o filme 1,0% de a-tocoferol e propriedades mais interessantes, como a microestrutural, mecânica, óptica e de superfície.

Indiscriminate use of plastics has been generating environmental problems, like accumulation of materials, water pollution, as well as depleting a non-renewable resource (crude oil). This has been causing concern, therefore scientists and industries are seeking alternatives for these materials, for example, the employment of natural and/or biodegradable materials and the reuse of wasted byproducts. Starch is a natural polymer with many promising aspects, like its biodegradability, low cost and availability. Aiming at prolonging shelf-life of food products, starch has been investigated as a feedstock for development of edible active films and coatings. Besides acting as a barrier against gases and as mechanical protection, packages also may carry active substances (antioxidants, antimicrobials, etc.). The effects of the incorporation of (0.3; 0.5 and 1.0) g a-tocopherol/100 g filmogenic dispersion on the morphological, mechanical, optical, surface, water vapor permeability, barrier to UV/Visible light and antioxidant properties of jackfruit seed starch films were studied. Addition of a-tocopherol increased the tensile strength and the elastic modulus up to 0.5%. It also increased the water vapor barrier, possibly due to a-tocopherols hydrophobic nature and because it caused a tortuosity effect in the polymer matrix, although the film solubility was not significantly affected. a-tocopherol nimproved the UV light barrier, especially in the wavelengths between (200 and 310) nm. The opacity and the color parameter b* increased significantly, which means that films with a-tocopherol became more opaque and yellowish. Surface hydrophobicity increased with the incorporation of a-tocopherol, especially for the 0.5% a-tocopherol film. The antioxidant activity increased significantly up to 0.5% a-tocopherol. The film without a-tocopherol presented no antioxidant capacity. Therefore, jackfruit seed starch films incorporated with a-tocopherol have potential to be used as edible active coatings for high fat content foods. Between the formulations produced, the one with 0.5% of a-tocopherol was the best, because it presented an antioxidant activity similar to the film with 1.0% of atocopherol and superior characteristics, like microstructural, mechanical, optical and surface properties.

Propriedades físicas de filmes à base de biopolímeros reforçados com laponita

Os problemas ambientais provocados pelas embalagens à base de materiais sintéticos não biodegradáveis têm provocado um importante aumento nos estudos sobre filmes à base de biopolímeros. Entretanto, esses filmes têm limitações em suas propriedades, devido, sobretudo à sensibilidade a umidade relativa ambiente. Dentre as alternativas estudadas para melhorar as características desses materiais está o uso de nanopartículas, com destaque para a montmorilonita, que tem problemas de dispersão em água. Outra nanopartícula pouco usada em estudos à base de biopolímeros é a laponita, que é uma nanoargila sintética. Assim, o objetivo geral desta tese foi o desenvolvimento de filmes à base de biopolímeros (colágeno, gelatina e fécula de mandioca), reforçados com uma nanoargila (laponita). Foi estudado o efeito da concentração do biopolímero e da laponita, assim como o método de produção dos filmes (casting e espalhamento mecânico), além da qualidade da dispersão da nanopartícula, sobre as principais propriedades físicas dos filmes nanocompósitos, com especial interesse nas propriedades de superfície. Os filmes foram preparados pela desidratação de soluções formadoras de filmes (SFF), com 2, 4 ou 8 g de biopolímero/100 g SFF; 25 ou 30 g glicerol/100 g de biopolímero; e 0, 1,5; 3; 4,5 e 6 g laponita/100 g de biopolímero. A laponita foi dispersa em água destilada, utilizando-se ultraturrax com velocidade de agitação de 20.000 rpm, por 30 minutos. As partículas de laponita em água tiveram tamanhos menores que 50 nm. Não houve efeito da concentração do biopolímero, nem do método de produção (casting ou espalhamento mecânico) sob as propriedades de topografia superficial e físico-químicas estudadas nos filmes nanocompósitos. As análises de raios X e espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier revelaram que as plaquetas de laponita estiveram esfoliadas e/ou intercaladas nos filmes, e que não houve nenhuma formação de ligação química entre as plaquetas de laponita e os biopolímeros em estudo. A presença de laponita incrementou a irregularidade superficial dos filmes, especialmente naqueles produzidos com colágeno e fécula de mandioca. Outras propriedades dos filmes nanocompósitos, tais como densidade, umidade, cor, opacidade, propriedades térmicas, propriedades mecânicas, solubilidade em água, ângulo de contato à água, isotermas de sorção e permeabilidade ao vapor de água não sofreram alterações com a presença de laponita.

The environmental problems caused by packaging based on non-biodegradable synthetic materials have lead to a significant increase in studies about biopolymer films. However, these films have limited physicochemical properties due mainly to its sensitivity to ambient relative humidity. Among the alternatives studied to improve the physicochemical properties of these materials is the use of nanoparticles, especially the montmorillonite, which has problems of dispersion in water. Another nanoparticle no so much studied in films based on biopolymers is laponite, which is a synthetic nanoparticle. Thus, this these aims to development and characterize films based on biopolymers (collagen, gelatin and cassava starch), with a nanoparticle (laponite). The effects of biopolymer and laponite concentrations were studied, as well as, the film production method (casting and spreading), besides the quality of laponite dispersion and its relationship with the physicochemical properties of the films were investigated, with special interest on the surface properties. The films were produced by the dehydration of filmogenic-forming solutions (FFS), with 2, 4 or 8 g of biopolymer/100 g FFS; 25 or 30 g glycerol/100g of biopolymer; and 0, 1.5, 3, 4.5 and 6 g of laponite/100g of biopolymer. The laponite was dispersed in water using ultraturrax, at 20,000 rpm, for 30 minutes. The laponite particles in water had sizes smaller than 50 nm. There was not effect of biopolymer concentration and film production method (casting or spreading) on the surface and physicochemical properties studied in the nanocomposite films. X-ray analysis and Fourier transform infrared spectroscopy revealed that laponite platelets were exfoliated and/or intercalated in the films, and that there were no formed chemical bonds between laponite platelets and the biopolymers studied. The presence of laponite increased the surface irregularity of the films, especially in those produced with collagen and cassava starch. Other properties in the nanocomposite films, such density, moisture content, color, opacity, thermal properties, mechanical properties, water solubility, water contact angle, sorption isotherms and water vapor permeability were not altered by the presence of laponite.

Aplicação de biofilme à base de amido na conservação pós-colheita do morango / Application of biofilms on post-harvest conservation of strawberry

A utilização de embalagens biodegradáveis à base de amido para a conservação pós-colheita de frutas vem chamando a atenção de pesquisadores e notoriamente ganhando espaço no cenário nacional. Entretanto, o uso dessa cobertura tem apresentado resultados variáveis a depender dos frutos tratados, evidenciando que serão necessários estudos minuciosos desta técnica, até que seja comprovada sua eficácia e viabilidade na cultura de morangos. Objetivou-se neste trabalho avaliar a utilização de biofilme comestível (à base de fécula de mandioca), na conservação pós-colheita de morango, bem como sua aceitação junto aos consumidores. Após seleçãoe preparo dos frutos, os mesmos receberamo revestimento com o biofilmecomestível na concentração de 3% desólidos totais, sendo que o tratamentotido como testemunha não recebeuo revestimento. As amostras forammantidas sob refrigeração por dezdias e, para verificação da eficiênciado tratamento, foram realizadas pesagenspara o cálculo de perda de massasdas mesmas, constatando que osfrutos com recobrimento apresentarammenor perda de massa (1,9%) emrelação aos frutos sem recobrimento.Para verificar a aceitação do produto,perante o consumidor, realizou-seanálise sensorial, sendo que o frutorevestido com fécula de mandiocaapresentou melhor aceitação para osatributos aparência e textura, para osabor, houve indiferença e para a cor,a preferência foi para os frutos semrevestimento. (AU)

The use of biodegradable packagingbased on starch for postharvestfruit has attracted the attention ofresearchers and notoriously gainingground on the national scene. However,the use of hedging has shown variableresults depending on the treated fruits,indicating that it will take careful studyof this technique until it is proven theireffectiveness and viability in the cultureof strawberries. The objective of thisstudy was to evaluate the use of ediblebiofilm (based on cassava starch) onpostharvest strawberry, as well as itsacceptance among consumers. Afterselection and preparation of fruits,they were subjected to coating withthe edible biofilm at a concentrationof 3% total solids, and, as witness thetreatment had not received the jacket.Samples were kept refrigerated for ten days, and to evaluate the efficiency oftreatment, were weighed to calculatethe mass loss of the same, noting thatfruits with coatings showed lowerweight loss (1.9%) compared the fruitswithout coating. To check the acceptabilityof the product to the consumersensory analysis was performed, andthe fruit coated with tapioca starchshowed better acceptance for theattributes of appearance and texture,flavor, and was indifferent to the color;the preference wasfor uncoatedfruits.(AU)

Caracterização de filmes nanocompósitos biodegradáveis a base de gelatina produzidos com um aplicador automático de filmes / Characterization of gelatin-based biodegradable nanocomposite films produced using an automatic film spreader

O desenvolvimento de filmes à base de biopolímeros tem sido bastante estudado devido aos problemas ambientais causados pelas embalagens de plásticos sintéticos. Dentre os biopolímeros, merece destaque a gelatina, que tem excelente propriedade filmogênica. Entretanto, até o presente momento, os filmes de gelatina apresentam limitações de propriedades mecânicas e, tem elevada sensibilidade à umidade. Uma alternativa para melhorar as propriedades desses filmes pode ser a utilização de nanopartículas como carga de reforço. Assim, os objetivos desta tese foram o desenvolvimento e a caracterização de filmes à base de gelatina, reforçados com nanopartículas. Especificamente, foram objetivos os seguintes estudos: avaliação do efeito da concentração de gelatina sobre as propriedades reológicas das soluções formadoras de filmes e de algumas propriedades físicas de filmes de gelatina, preparados com essas soluções formadoras de filmes com um aplicador automático de filmes; e estudo dos efeitos das concentrações de gelatina e de montmorilonita sobre as propriedades físicas de filmes nanocompósitos e de suas soluções formadoras. Em ambos os estudos, os filmes foram caracterizados imediatamente após a secagem e depois de 7 dias de acondicionamento. As soluções formadoras de filmes (SFF) foram preparadas com gelatina e glicerol, e as soluções formadoras de nanocompósitos (SFN), pela mistura de uma solução de gelatina com uma dispersão de montmorilonita em água, em ambos os estudos, em proporções e temperaturas convenientes. Após a homogeneização, as SFF ou SFN foram resfriadas até a temperatura adequada para aplicação em suportes de plexiglass com a ajuda de um espalhador automático de filmes, acoplado a um banho ultratermostatizado. A altura do espalhador foi mantida constante em 1,5 mm, e a velocidade de espalhamento foi fixada em 35 mm/segundo. Em seguida, as SFF ou SFN foram desidratadas a 30ºC por 24h, em estufa com circulação de ar. No primeiro estudo, as SFF foram preparadas com 5, 8, 11 e 14g de gelatina/100g de SFF e 30 g de glicerol/100g de gelatina, e na segunda parte da tese, as SFN foram preparadas com 5 e 8g de gelatina/100g de SFN, 30 g de glicerol/100g de gelatina e 0, 5, 10 e 15g de montmorilonita/100g de gelatina. As propriedades reológicas das SFF e SFN foram estudadas com testes estacionários e dinâmicos. As propriedades reológicas dasdispersões de montmorilonita em água também foram estudadas, bem como a determinação do tamanho médio das partículas e do potencial zeta. Os filmes foram caracterizados para conhecimento da espessura, umidade, propriedades mecânicas (testes de tração e perfuração), transições de fase, microestrutura das superfícies e da criofratura, cristalinidade, espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), hidrofobicidade, isoterma de sorção de vapor de água, solubilidade em água, permeabilidade ao vapor de água, ao O2 e CO2, cor, opacidade, brilho e propriedade de barreira a luz/UV, segundo os objetivos específicos de cada estudo. Em relação ao primeiro estudo, observou-se que a concentração de gelatina na SFF influenciou fortemente todas as propriedades reológicas e inclusive, as transições sol-gel e gel-sol, determinadas nos testes dinâmicos com varredura de temperatura. A concentração de gelatina na SFF aumentou linearmente a espessura dos filmes, sem, contudo afetar nitidamente a umidade, as transições de fases e nem as propriedades mecânicas obtidas nos testes de tração. A força na perfuração aumentou, mas esse efeito foi devido ao aumento da espessura dos filmes. Em relação ao estudo sobre nanocompósitos de gelatina, observou-se inicialmente que a montmorilonita dispersa em água apresentou diâmetro médio entre 204 e 344 nm, e potencial zeta variando em torno de -43mV. A carga de nanopartícula não afetou a viscosidade da dispersão em água, mas influenciou fortemente as propriedades reológicas e de transições de fases das SFN. A carga de nanopartículas também influenciou a espessura, as propriedades mecânicas e a hidrofobicidade dos filmes nanocompósitos, sem uma função nítida. Comportamento similar foi observado nos resultados da calorimetria diferencial de varredura, embora o padrão de cristalinidade, os espectros de FTIR e as microestruturas dos filmes tenham variado com a carga de montmorilonita. O filme nanocompósito produzido com 5g de gelatina/100g de SFN e 5g de montmorilonita/100g de gelatina apresentou melhores propriedades mecânicas e menor solubilidade em água. Esse filme foi submetido a caracterizações complementares com resultados típicos de filmes de gelatina. No geral, pode-se concluir que a montmorilonita pode melhorar as propriedades dos filmes de gelatina, porém, mais estudos serão necessários para se garantir perfeita dispersão da nanopartícula na matriz do filme

The development of films based on biopolymers has been widely studied due to the environmental problems caused by synthetic plastic packaging. Among biopolymers, gelatin has to be outlined as it has excellent filmogenic properties. However, until now, the gelatin films have mechanical properties limitations and, high humidity sensitive. An alternative to improve the properties of these films may be the use of nanoparticles as load. Thus, the objectives of this thesis were the development and characterization of gelatin-based films, charged with nanoparticles. Specifically, the objectives were the following studies: evaluation of the effect of gelatin concentration on the rheological properties of the film-forming solutions and on some physical properties of the gelatin films prepared with those film forming solutions using a automatic spreader; and the study of the effect of the gelatin and montmorillonite concentrations on the physical properties of nanocomposite films and their film forming solutions. In both studies, the films were characterized immediately after drying and then after 7 days of conditioning. The film forming solutions (FFS) were prepared with gelatin and glycerol, and the nanocomposite film forming solutions (NFS), by blending the gelatin solution with the montmorillonite dispersion in water, for both studies, in convenient proportions and temperatures. After homogenization, the FFS or NFS were cooled to a proper temperature and applied on plexiglass plates with the help of an automatic spreader, attached to an ultra thermostatized bath. The height of the spreader was kept constant at 1.5 mm, and the spreading speed fixed at 35 mm/second. After that, the FFS or NFS were dehydrated at 30ºC for 24h, in an oven with air circulation. In the first study, the FFS were prepared with 5, 8, 11 and 14g of gelatin/100g of FFS and 30g of glycerol/100g of gelatin, and in the second part of the thesis, the NFS were prepared with 5 and 8g of gelatin/100g of NFS, 30 g of glycerol/100g of gelatin and 0, 5, 10 and 15g of montmorillonite/100g of gelatin. The rheological properties of the FFS and NFS were studied by steady and dynamic tests. The rheological properties of the montmorillonite dispersions in water were also studied, along with the average particle size and zeta potential determinations. The films were characterized to determine thickness, water content, mechanical properties (tensile and puncture tests), phase transitions, surface and cryo-fracture microstructure, crystallinity, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), hydrophobicity, water vapor sorption isotherm, solubility in water, water vapor, O2 and CO2 permeabilities, color, opacity, gloss, and light/UV barrier properties, according to the objectives of each study. Regarding the first study, it was observed that the gelatin concentration in the FFS strongly influenced the rheological properties and even the sol-gel and gel-sol transitions, determined by the dynamic temperature scanning tests. The gelatin concentration provoked linear increasing of films thickness without, however, affecting discernibly the water content, the phase transitions neither the mechanical properties determined by the tensile tests. The puncture force increased, but this effect was due to the thickness increasing of the films. Regarding the gelatin nanocomposites study, it was initially observed that the montmorillonite dispersed in water had average diameter between 204 and 344 nm, and zeta potential varying around -43mV. The nanoparticle filling did not affect the viscosity of the water dispersion, but strongly influenced the rheological properties and the phase transitions of the NFS. The nanoparticle filling also affected the thickness, the mechanical properties and the hydrophobicity of the films, without a clear function. Similar behavior was observed for the differential scanning calorimetry results, although the crystalline pattern, the FTIR spectra and the microstructure of the films varied with the montmorillonite filling. The nanocomposite film produced with 5g of gelatin/100g of NFS and 5g of montmorillonite/100g of gelatin showed better mechanical properties and lower solubility in water. That film was submitted to further characterizations rendering results typical of gelatin films. In general, it can be concluded that the montmorillonite can improve the properties of gelatin films, however more studies will be necessary to guarantee the perfect dispersion of the nanoparticles within the film matrix