A principal função das embalagens tradicionais utilizadas pela indústria de alimentos é a proteção dos alimentos de contaminações externas sem interagir com o mesmo. No entanto, a maioria dessas embalagens é produzida a partir de fontes não biodegradáveis e não renováveis. Para atender à crescente demanda em relação à sustentabilidade ambiental, os filmes e coberturas comestíveis têm despertado o interesse e atenção por parte de indústrias e pesquisadores. Além disso, tais filmes ou coberturas podem ser acrescidos de diferentes compostos, para conferir as mesmas um caráter ativo, com interação positiva com os alimentos, para auxiliar a conservação. Dessa forma, este trabalho teve por objetivo (1) desenvolver filmes ativos pela técnica de casting a partir de matrizes biodegradáveis, com atividade antimicrobiana devido a incorporação de nanopartículas de ouro (AuNPs) e óleos essenciais, além de filmes com atividade antioxidante pela adição de nanocápsulas de bixina, (2) avaliar as características mecânicas, físicas e de barreira dos filmes ativos, além da atividade antimicrobiana e antioxidante, e (3) verificar a eficiência na aplicação de coberturas comestíveis na conservação de alimentos. Os filmes com atividade antimicrobiana utilizaram como matérias primas o amido e a farinha integral de grãos quinoa (Chenopodium quinoa W.). Os filmes de amido de quinoa foram preparados com 4 % de matéria prima e 1 % de glicerol como plastificante e incorporados com solução de nanopartículas de ouro nas concentrações de 2,5 % e 5 % (v/v). A presença de AuNPs levou a uma melhoria nas propriedades mecânicas, ópticas e morfológicas dos filmes, sem alterar as propriedades térmicas e de barreira, além de exibirem forte atividade antibacteriana contra agentes patogênicos de origem alimentar, com porcentagens de inibição de 98 % contra E. coli e S. aureus. Nos filmes ativos elaborados com a farinha de quinoa (6 % de matéria prima e 1 % de glicerol como plastificante em 100 g de solução filmogênica), foram adicionados os óleos essenciais (OE) de orégano (Origanum vulgare L.) e tomilho (Thymus vulgaris L.) (0,5 %, 1 % e 2 % p/p). Observou-se que o tipo de OE não interferiu significativamente nos parâmetros físicos e de barreira dos filmes. Já o aumento na concentração dos OEs, produziu filmes mais elásticos e menos resistentes, bem como, menos solúveis em água e com menor permeabilidade aos vapores de água. Os filmes com 1 % e 2 % de OEs exibiram um efeito inibidor sobre o crescimento de S. aureus e E. coli. No entanto, o S. aureus mostrou-se mais sensível a ambos os OEs; e os filmes com orégano foram mais eficazes na inativação de ambos os microrganismos. As embalagens antioxidantes foram elaboradas a partir de amido de mandioca (4 % de matéria prima e 1 % de glicerol como plastificante em 100 g de solução filmogênica) incorporadas com solução de nanocápsulas de bixina (0 %, 2 %, 5%, 8 % e 10 %). Os filmes foram caracterizados em relação as suas propriedades de barreira, mecânicas e físicas e a atividade antioxidante foi avaliada pelo efeito protetor do óleo de girassol exposto a condições de oxidação aceleradas (13 dias a 65 % UR / 35 ºC). Embalagens com maiores concentrações de nanocápsulas demonstraram maior resistência e elasticidade, bem como, uma melhora significativa na proteção contra os raios UV e luz visível. O óleo de girassol embalado nos filmes contendo nanocápsulas de bixina apresentaram índices de peróxidos abaixo dos estipulados pelo Codex Alimentarius (<10 meq. O2 kg-1) para óleos frescos para o período de armazenamento testado. A cobertura comestível foi preparada à base de quitosana (1,5 %) e foi aplicada sobre tomates armazenados por 14 dias (20 ° C), com acompanhamento da perda de peso, sólidos solúveis totais (SST), firmeza e acidez titulável (AT), taxa de respiração, produção de etileno e quantificação de carotenoides e compostos fenólicos por CLAE. Os frutos revestidos demonstraram retardo no processo de amadurecimento com a diminuição da taxa respiratória e produção de etileno, bem como menores perdas de peso, firmeza -caroteno e menor degradação de compostos fenólicos durante o armazenamento, em comparação com frutos controle (não revestidos). Os resultados sugerem que o desenvolvimento de filmes ativos para conservação de alimentos é um campo promissor, pois além do forte apelo ambiental, filmes ativos podem auxiliar na conservação dos alimentos, para retardar a proliferação de microrganismos patogênicos e degradações oxidativas. Em relação a aplicações de coberturas comestíveis, os resultados indicaram ter potencial para uma utilização comercial no auxílio de prolongamento da vida útil de tomates. / The principal function of traditional packaging used by the food industry is the protection of food against external contamination without interacting with it. However, most of these packages are produced from non-biodegradable and non-renewable sources. Films and edible coatings have attracted the interest and attention from industries and researchers due increasing demand on environmental sustainability. In addition, this films and coatings can be added with different compounds to confer an active character, with positive food interaction and increased of preservation. This study aimed to (1) to develop active films by casting technique from biodegradable matrices with antimicrobial activity, incorporated of gold nanoparticles (AuNPs) and essential oils, as well as films with antioxidant activity by addition of nanocapsules of bixin, (2) evaluate the mechanical, physical and barrier characteristics of active films, and capacity antimicrobial and antioxidant, and (3) verify the efficiency in the application of edible coatings in food preservation. The active antimicrobial films it was used as raw material starch and flour quinoa (Chenopodium quinoa, W.). Starch quinoa films were prepared with 4 % raw material and 1% glycerol as plasticizer (100 g filmogenic solution), incorporating gold nanoparticles at concentrations of 2.5% and 5% (v / v). The presence of gold nanoparticles produces improvement in the mechanical, optical and morphological properties, maintaining the thermal and barrier properties unchanged when compared to the standard biofilm. The active biofilms exhibited strong antibacterial activity against food-borne pathogens with inhibition percentages of 99 % against E. coli and 98 % against S. aureus. The active films produced with flour quinoa (6% of raw material and 1% glycerol as a plasticizer in 100 g of filmogenic solution), incorporated with oregano (Origanum vulgare L.) and thyme (Thymus vulgaris L.) essential oils (EO) (0.5%, 1% and 2% p/p). It was observed that the kind of EO was not significant for the physical and barrier parameters of the films, however, the increase in the EOs concentration promote increase in the elongation but decrease in the tensile strength, solubility and water vapor permeability. Films containing 1% and 2 % EOs, inhibit the growth of S. aureus and E. coli. However, S. aureus was more sensitive to both EOs and the oregano oil was more efficient in the inactivation to both microorganisms. The antioxidant packages were prepared from cassava starch (4% raw material and 1% glycerol as plasticizer in 100 g of filmogenic solution), incorporated with solution of different concentrations of bixin nanocapsules (0 %, 2 %, 5%, 8 % e 10 %). Films with higher concentrations of bixin nanocapsules exhibited significant reduction tensile strength and increases in elongation at break, well as, improvement in protection against UV and visible light and decreased water solubility and increased water vapor permeability. The sunflower oil packed in films containing nanocapsules bixin exhibited lower oxidation rates, thus maintaining its freshness according to Codex Alimentarius guidelines (< 10 milliequivalent.kg-1), for the storage time tested (13 days / 65 % RH / 35 ºC). The edible coating was prepared based on chitosan (1.5 %), and it was applied on tomatoes stored for 14 days (20 °C). The analyses carried out on tomato fruit were: weight loss, total soluble solid (TSS), firmness, and titratable acidity (TA), respiration rate, ethylene production and quantification of carotenoids and phenolics by HPLC. Coated fruit delayed the ripening process by decrease of the rate of respiration and ethylene production, as well changes of weight, firmness and TSS concentration and delay peak of lycopene and b-carotene accumulation and degradation of phenolic compounds during storage, compared to uncoated control. The results suggest that the development of active films for food preservation is a promising field, because besides the strong environmental appeal, active films can increase the food preservation, to decrease the proliferation of pathogenic microorganisms and oxidative degradation. Regarding the edible coatings applications, the results indicated that coating is a promising tool for commercial use in helping to prolong the storage of tomatoes.

Filmes biodegradáveis são uma alternativa ao uso de embalagens não biodegradáveis, relacionado ao aumento do uso deste material, impacto e descarte inadequado. Para produção de filmes diversos polímeros podem ser utilizados, em que o amido apresenta boas características e propriedades para obtenção. A adição de antioxidantes naturais nanoencapsulados, como carotenoides, pode auxiliar no desenvolvimento de filmes biodegradáveis com atividade antioxidante, com maior estabilidade e solubilidade destes compostos. Assim, filmes biodegradáveis ativos foram obtidos a partir do amido de mandioca com adição de licopeno ou β-caroteno livres e nanoencapsulados. Diferentes formulações foram desenvolvidas, nos quais os antioxidantes naturais livres ou nanoencapsulados foram adicionados a mesma concentração. Os filmes com adição dos pigmentos nanoencapsulados apresentaram características diferentes da adição dos pigmentos livres, com maior espessura, permeabilidade ao vapor de água, opacidade, propriedades mecânicas, menor transmissão de luz UV/Vis e maior interação do aditivo com a matriz. Os filmes com nanocápsulas também apresentaram maior efeito protetor sobre a estabilidade do óleo de girassol armazenado sob condição acelerada de oxidação, com menor formação de produtos de oxidação e potencial aplicação como embalagem de alimentos. Os filmes foram utilizados para avaliar a estabilidade oxidativa de manteiga, que apresentou maior estabilidade e manutenção da qualidade durante o armazenamento sob incidência de luz quando armazenada nos filmes com adição de nanocápsulas. Além disso, independente da adição de licopeno ou β-caroteno livres e nanoencapsulados, todos os filmes apresentaram estabilidade térmica e rápida biodegradabilidade após 15 dias. Filmes biodegradáveis com adição de carotenoides, licopeno e β-caroteno, apresentaram resultados promissores para o desenvolvimento de embalagens com antioxidantes naturais e manutenção da estabilidade de alimentos com alto teor de gordura durante o armazenamento. / Biodegradable films are an alternative to use of non-biodegradable packaging, related to increased use of this material, impact and inappropriate disposal. For film production, various polymers may be used, wherein the starch has good characteristics and properties for obtaining. The addition of natural nanoencapsulated antioxidants, such as carotenoids, may aid the development of biodegradable films with antioxidant activity, with greater stability and solubility of these compounds. Thus, active biodegradable films were obtained from cassava starch with the addition of free and nanoencapsulated lycopene or β-carotene. Different formulations were developed, where free or nanoencapsulated natural antioxidants were added at the same concentration. The films with the addition of nanoencapsulated pigments presented different characteristics of free pigment addition, with greater thickness, permeability to water vapor, opacity, mechanical properties, lower transmission of UV/Vis light and greater interaction of the additive with the matrix. The films with nanocapsules also had a greater protective effect on the stability of the sunflower oil stored under accelerated oxidation conditions, with less formation of oxidation products and potential application as food packaging. The films were used to evaluate the oxidative stability of butter, which presented higher stability and maintenance of the quality during storage under light incidence when stored in the films with the addition of nanocapsules. In addition, independent of the addition of free and nanoencapsulated lycopene or β-carotene, all films showed thermal stability and rapid biodegradability after 15 days. Biodegradable films with the addition of carotenoids, lycopene and β-carotene, presented promising results for the development of packages with natural antioxidants and maintenance of the stability of foods with high-fat content during storage.

A embalagem desempenha uma função crucial na estabilidade dos alimentos. Neste estudo avaliou-se a estabilidade microbiológica de néctar de jabuticaba e caldo de cana pasteurizados (85 ºC/30 s), acondicionados assepticamente em garrafa de polietileno de alta densidade (PEAD) incorporada com agentes inorgânicos microestruturados com Ag/ZnO. Os lotes processados foram estocados a 5 ºC na ausência de luz. Testes físico-químicos, microbiológicos e sensoriais foram conduzidos para avaliar a estabilidade e estimar o tempo de vida útil das bebidas. Médias de notas superiores a 5 (na escala hedônica de 9 pontos) e percentagens de aceitação superiores a 60% foram estabelecidas para estimar o tempo de vida de prateleira das bebidas. Os resultados dos testes físico-químicos para o néctar de jabuticaba variaram de 3,40 a 3,76 para o pH, de 11,0 a 12,5 ºBrix para sólidos solúveis totais, e de 0,52 a 0,76% (m/m) de ácido cítrico para acidez total titulável. Para o caldo de cana, os valores de pH, sólidos solúveis totais e acidez total titulável variaram de 5,10 a 5,37; 14,3 a 24,0 ºBrix e de 0,05 a 0,13%(m/m) ácido cítrico, respectivamente, durante o período do estudo. Para o néctar de jabuticaba, as contagens de mesófilos, psicrotróficos e bolores e leveduras variaram de 1 a 1,5; &lt; 1est a 1; &lt; 1est a 1,3 logUFC/mL respectivamente, durante o período de estocagem. Para o caldo de cana as contagens variaram de &lt; 1est a 4,5 1est a 4,4; 1est a 4,0 logUFC/mL. O néctar de jabuticaba alcançou maior estabilidade microbiológica que o caldo de cana. As médias de notas para sabor, aparência e impressão global obtidas nos testes de escala hedônica variaram entre 6 a 7,1 para o néctar de jabuticaba e 5 e 7,7 para o caldo de cana. O néctar de jabuticaba e caldo de cana permaneceram microbiologicamente estáveis por um período de 120 e 50 dias, respectivamente. Os agentes inorgânicos microestruturados com Ag/ZnO não exerceram influência na estabilidade microbiológica dos dois produtos. / Packaging plays a crucial role in food stability. In this study, the microbiological stability of pasteurized (85 ºC/30 s) jabuticaba nectar and cane juice, aseptically packaged in high density polyethylene (HDPE) bottle treated with silver and zinc oxide (Ag/ZnO), was evaluated. All processed batches were stored at 5 ºC in the dark. Physicochemical, microbiological and sensory tests were conducted to evaluate the stability and estimate the beverage´s shelf life. Average scores greater than 5 (in the 9-point hedonic scale) and percentage of approval greater than 60% were both used as threshold values for estimating the product´s shelf life. As for the nectar, the pH ranged from 3.40 to 3.76; soluble solids from 11.0 to 12.5 ºBrix and titratable total acidity from 0.52 to 0.76% (w/w) citric acid. The pH values, total soluble solids and titratable acidity of cane juice varied from 5.10 to 5.37; 14.3 to 24.0 ºBrix and 0.05 to 0.13%(w/w) citric acid, respectively, during the storage. For nectar, counts of mesophiles, psychrotrophs and molds and yeasts ranged from 1 to 1.5; &lt; 1est to 1; &lt; 1est to 1.3 logCFU/mL, respectively, during the storage period. For the cane juice the counts ranged from &lt; 1est to 4.5; &lt;1est to 4.4; &lt;1est to 4.0 logCFU/mL. Jabuticaba nectar achieved longer microbiological stability than cane juice. The mean scores for flavor, appearance and overall impression obtained in the nine-point hedonic scale tests ranged from 6 to 7.1 for jabuticaba nectar and 5 and 7.7 for cane juice. Nectar and cane juice remained microbiologically stable for 120 and 50 days, respectively. The Ag/ZnO microstructured inorganic agents had no influence on the microbiological stability of both products.

Aliado ao fato dos biomateriais ainda serem pouco explorados pelas indústrias alimentícias, este trabalho propôs o desenvolvimento de embalagens que sejam, além de biodegradáveis, também ativas através do uso de um agente antimicrobiano natural capaz de inibir a proliferação de fungos correntes em produtos de panificação (Penicillium commune e Eurotium amstelodami). Primeiramente, filmes biodegradáveis a base de fécula de mandioca foram elaborados pela técnica de casting, usando açúcares e glicerol como plastificantes. O aumento do conteúdo de glicerol causou diminuição da resistência máxima à tração e elevação dos valores de propriedades de barreira. Numa segunda etapa do trabalho, a introdução de nanopartículas de argila esmectita influenciou positivamente as propriedades de barreira dos filmes, devido à diminuição observada nos valores de permeabilidade ao vapor de água e coeficiente de permeabilidade ao oxigênio. Nesta fase, a variação do conteúdo de glicerol também afetou significativamente as propriedades mecânicas e de barreira dos filmes biodegradáveis. As concentrações inibitórias mínimas dos óleos essenciais de cravo e de canela contra os fungos estudados foram definidas e o óleo essencial de canela foi selecionado, para ser incorporado aos filmes biodegradáveis, em três conteúdos distintos, pois foi o composto que mostrou uma inibição mais eficiente. A atividade antimicrobiana dos filmes biodegradáveis com incorporação de óleo essencial de canela foi testada sobre os micro-organismos escolhidos através de testes de difusão em halo, cujos resultados foram suficientes para demonstrar o potencial ativo da embalagem desenvolvida. Como método alternativo de incorporação do agente antimicrobiano, gás carbônico (CO2) em estado supercrítico foi utilizado como solvente. Os resultados obtidos foram promissores, uma vez que se observou incorporação de agente antimicrobiano dentro da matriz polimérica em quantidade suficiente para inibir a proliferação dos fungos testados. / This work concerned the development of biodegradable and active packaging based on cassava starch and natural antimicrobial agents that efficiently inhibit growth of fungi commonly found in bread products (Penicillium commune and Eurotium amstelodami). Biodegradable films were prepared by the casting technique, using sugars and glycerol as plasticizers. An increase in glycerol content caused a decrease in tensile strength and an elevation on barrier properties results. In a second phase of the work, incorporation of nanoclays diminished water vapor and oxygen permeability thus improving film packaging properties. Two antimicrobial agents were tested (cinnamon and clove essential oils) and cinnamon essential oil was chosen to be incorporated in biodegradable films based on cassava starch because it was more efficient against Penicillium commune and Eurotium amstelodami. Antimicrobial activity of biodegradable films with cinnamon essential oil was evaluated by means of a halo diffusion test in which an inhibition zone around a sample of the biodegradable and active film was analysed. As alternative method of antimicrobial agent incorporation, carbon dioxide (CO2) in supercritical state was used as solvent. Promising results were obtained since the amount of antimicrobial agent incorporated inside the polymeric matrix was sufficient to inhibit proliferation of fungi.

Oxygen scavengers are used in active packages to protect the food against deteriorative oxidation processes. The aim of this work was to investigate the possibilities to produce oxygen-scavenging packaging materials based on oxygen-reducing enzymes. The enzymes were incorporated into a dispersion coating formulation applied onto a food-packaging board using conventional laboratory coating techniques. Various enzymes were used: a glucose oxidase, an oxalate oxidase and three laccases originating from different organisms. All of the enzymes were successfully incorporated into a coating layer and could be reactivated after drying. For at least two of the enzymes, re-activation was possible not only by using liquid water but also by using water vapour. Re-activation of the glucose oxidase and a laccase required relative humidities of greater than 75% and greater than 92%, respectively. Catalytic reduction of oxygen gas by glucose oxidase was promoted by creating an open structure through addition of clay to the coating at a level above the critical pigment volume concentration. Migration of the enzyme and the substrate was reduced by adding an extrusion-coated liner of polypropylene on top of the coating. For the laccase-catalysed reduction of oxygen it was possible to use lignin derivatives as substrates for the enzymatic reaction. The laccase-catalysed reaction created a polymeric network by cross-linking of lignin-based entities, which resulted in increased stiffness and increased water-resistance of biopolymer films. The laccases were also investigated with regard to their potential to function as oxygen scavengers at low temperatures. At 7°C all three laccases retained more than 20% of the activity they had at room temperature (25°C), which suggests that the system is also useful for packaging of refrigerated food.

De nouveaux matériaux, appelés matériaux actifs, se développent actuellement par diverses processus dans plusieurs applications. L'objectif est d'apporter aux matériaux de bases (par exemple : papiers, cartons) de nouvelles fonctionnalités telles que la détection de virus, le relargage de substances actives, le contrôle de la durée de vie etc. L'élaboration de matériaux fonctionnels est un sujet de plus en plus important dans notre société et chez les industries. Les recherches restent cependant encore rares à ce propos et l'expertise des scientifiques est vivement attendue. Par ailleurs, l'intérêt des scientifiques se porte aussi de plus en plus sur l'utilisation de bio-matériaux. Parmi ces derniers, l'intérêt pour les bio nanoparticules est le plus grandissant : les chercheurs voient en effet la possibilité d'élaborer de nouvelles applications à hautes valeurs ajoutées. Cependant, aujourd'hui, l'utilisation de ces nanoparticules dans le contrôle du relargage de substances actives n'est pas encore dominante ni approfondie malgré les premiers résultats prometteurs obtenus avec les nanoparticules. En plus de leurs excellentes propriétés mécaniques et barrières, leur surface spécifique est un point clé et avantageux à considérer pour l'obtention de nouvelles fonctionnalités (introduction de substances actives). Dans le domaine des emballages, les matériaux actifs ont pour objectif de prolonger la durée de conservation des aliments en modifiant les conditions d'emballage. Trois catégories sont différenciées : les emballages absorbeurs (oxygène, humidité), les emballages antimicrobiens et les emballages barrières. Peu de recherches existent actuellement sur les deux premières catégories et d'autres commencent affichant des résultats bien prometteurs. Ainsi, l'objectif de la thèse est donc de comprendre et de développer des bio nanomatériaux fonctionnels innovants en considérant deux aspects : le développement durable et la sécurité alimentaire. Trois sujets seront abordés en détail: - Biomatériaux : fibres de cellulose, bionanoparticules, biomolécules actives - Procédés : greffage, encapsulation, couchage, extrusion, jet d'encre - Propriétés : absorbeur d'oxygène, antimicrobien, contact alimentaire Le phénomène de migration sera un point particulièrement détaillé au long de ces 3 ans ainsi que les caractérisations de propriétés importantes pour le produit final. Différentes stratégies seront ensuite testées et la meilleure solution sera optimisée afin d'arriver à une étude à grand échelle du produit obtenu. / New functional materials, called active materials, are developing with different processes and for several applications. The target is to give new functions like virus detection, active substance release, end of life control...This topic is more and more important in our society and industry. Researches are still rare and more scientific expertise is expected. Meanwhile, use of biobased materials interests more and more scientists. Among biomaterials, the use of bionanoparticles is strongly increasing and high value added applications are targeted. However, their use in release control of active substances has not yet been studied in detail in spite of promising results on barrier properties improvement. Their very high specific area could also be considered as a advantege concerning their use as active material carrier. In packaging field, active materials are materials which change condition of packed product to increase its shelf life by keeping quality and safety. Three main types of active packaging are existing : scavenger systems (02, humidity), anti-microbial systems, barrier systems. Some research studies have just been launched about the two first categories of active packaging with some promising results. The target is then to understand and develop innovative functional bionanomaterials by considering : sustainability and safety. Three topic will be studied in detail : - Biomaterials : cellulose fibers, bionanoparticules (NFC, Wh, SNP), active biomolecules - Process : grafting, encapsulation chitosane, coating, extrusion, ink jet - Properties : 02 scavenger, anti-microbial system, food contact A better understanding of migration and the end-use properties characterization will be main point of the scientific research during the project. Different strategies will be tested and optimisation of best solution will follow by finishing with an up-scaling study.

Filmes e coberturas comestíveis têm recebido cada vez mais atenção e interesse por parte de indústrias e pesquisadores pois eles representam uma alternativa para substituir plásticos comumente utilizados para embalagens em indústrias alimentícias. Nesse contexto, filmes biodegradáveis foram produzidos a partir de resíduos da fabricação de cápsulas nutracêuticas compostas por gelatina, glicerina e água e combinados com farinhas de resíduos da indústria de minimamente processados de cenoura e beterraba. Todos os filmes elaborados foram caracterizados quanto às propriedades físico-químicas, mecânicas, de barreira, ópticas e antioxidantes. Dentre os filmes desenvolvidos, os que apresentaram essas características aprimoradas e com maior funcionalidade, foram selecionados para serem estudados quanto a sua estrutura, estabilidade térmica e proteção contra oxidação primária em óleo de girassol embalado pelos filmes. Em geral, a adição de farinhas aos filmes gelatinosos ocasionou: redução de umidade, solubilidade em água, swelling, permeabilidade ao vapor de água e elongação; aumento de opacidade, porcentagem de inibição do radical DPPH; maior proteção aos efeitos da luz e da oxidação primária de óleo de girassol; e estrutura menos lisa e homogênea quando comparado aos filmes sem adição de farinhas. Além disso, os filmes estudados apresentaram estabilidade térmica até aproximadamente 200 °C. Com isso, foi possível desenvolver filmes biodegradáveis com propriedades funcionais a partir de resíduos industriais e colaborar com o desenvolvimento de tecnologias sustentáveis. / Edible films and coatings have gained increasing attention and interest from the industry and researchers, as they represent an alternative to replace commonly used plastics for packaging in the food industry. In this context, biodegradable films were produced from the residues from the manufacture of nutraceutical capsules, mainly composed of gelatin, glycerin and water, and combined with different residue flour derived from the minimal processing of carrot and beet root. All the prepared films were characterized regarding their physicochemical, mechanical, barrier, optical and antioxidant properties. The films which presented improved characteristics and greater functionality were selected to be studied regarding their structure, thermal stability and protection against primary oxidation of sunflower oil packed in the films. In general, the addition of the flour into the gelatin-based films caused: reduction in the moisture content, water solubility, swelling, water vapor permeability and elongation at break; increase in the opacity and percentage inhibition of DPPH radical; greater protection against the effects of light and primary oxidation of sunflower oil; and less smooth and homogeneous structure when compared to films without addition of flours. Furthermore, the studied films showed thermal stability up to approximately 200 ° C. Thus, it was possible to develop biodegradable films with functional properties from industrial residues and contribute to the development of sustainable technologies.

A principal função das embalagens tradicionais utilizadas pela indústria de alimentos é a proteção dos alimentos de contaminações externas sem interagir com o mesmo. No entanto, a maioria dessas embalagens é produzida a partir de fontes não biodegradáveis e não renováveis. Para atender à crescente demanda em relação à sustentabilidade ambiental, os filmes e coberturas comestíveis têm despertado o interesse e atenção por parte de indústrias e pesquisadores. Além disso, tais filmes ou coberturas podem ser acrescidos de diferentes compostos, para conferir as mesmas um caráter ativo, com interação positiva com os alimentos, para auxiliar a conservação. Dessa forma, este trabalho teve por objetivo (1) desenvolver filmes ativos pela técnica de casting a partir de matrizes biodegradáveis, com atividade antimicrobiana devido a incorporação de nanopartículas de ouro (AuNPs) e óleos essenciais, além de filmes com atividade antioxidante pela adição de nanocápsulas de bixina, (2) avaliar as características mecânicas, físicas e de barreira dos filmes ativos, além da atividade antimicrobiana e antioxidante, e (3) verificar a eficiência na aplicação de coberturas comestíveis na conservação de alimentos. Os filmes com atividade antimicrobiana utilizaram como matérias primas o amido e a farinha integral de grãos quinoa (Chenopodium quinoa W.). Os filmes de amido de quinoa foram preparados com 4 % de matéria prima e 1 % de glicerol como plastificante e incorporados com solução de nanopartículas de ouro nas concentrações de 2,5 % e 5 % (v/v). A presença de AuNPs levou a uma melhoria nas propriedades mecânicas, ópticas e morfológicas dos filmes, sem alterar as propriedades térmicas e de barreira, além de exibirem forte atividade antibacteriana contra agentes patogênicos de origem alimentar, com porcentagens de inibição de 98 % contra E. coli e S. aureus. Nos filmes ativos elaborados com a farinha de quinoa (6 % de matéria prima e 1 % de glicerol como plastificante em 100 g de solução filmogênica), foram adicionados os óleos essenciais (OE) de orégano (Origanum vulgare L.) e tomilho (Thymus vulgaris L.) (0,5 %, 1 % e 2 % p/p). Observou-se que o tipo de OE não interferiu significativamente nos parâmetros físicos e de barreira dos filmes. Já o aumento na concentração dos OEs, produziu filmes mais elásticos e menos resistentes, bem como, menos solúveis em água e com menor permeabilidade aos vapores de água. Os filmes com 1 % e 2 % de OEs exibiram um efeito inibidor sobre o crescimento de S. aureus e E. coli. No entanto, o S. aureus mostrou-se mais sensível a ambos os OEs; e os filmes com orégano foram mais eficazes na inativação de ambos os microrganismos. As embalagens antioxidantes foram elaboradas a partir de amido de mandioca (4 % de matéria prima e 1 % de glicerol como plastificante em 100 g de solução filmogênica) incorporadas com solução de nanocápsulas de bixina (0 %, 2 %, 5%, 8 % e 10 %). Os filmes foram caracterizados em relação as suas propriedades de barreira, mecânicas e físicas e a atividade antioxidante foi avaliada pelo efeito protetor do óleo de girassol exposto a condições de oxidação aceleradas (13 dias a 65 % UR / 35 ºC). Embalagens com maiores concentrações de nanocápsulas demonstraram maior resistência e elasticidade, bem como, uma melhora significativa na proteção contra os raios UV e luz visível. O óleo de girassol embalado nos filmes contendo nanocápsulas de bixina apresentaram índices de peróxidos abaixo dos estipulados pelo Codex Alimentarius (<10 meq. O2 kg-1) para óleos frescos para o período de armazenamento testado. A cobertura comestível foi preparada à base de quitosana (1,5 %) e foi aplicada sobre tomates armazenados por 14 dias (20 ° C), com acompanhamento da perda de peso, sólidos solúveis totais (SST), firmeza e acidez titulável (AT), taxa de respiração, produção de etileno e quantificação de carotenoides e compostos fenólicos por CLAE. Os frutos revestidos demonstraram retardo no processo de amadurecimento com a diminuição da taxa respiratória e produção de etileno, bem como menores perdas de peso, firmeza -caroteno e menor degradação de compostos fenólicos durante o armazenamento, em comparação com frutos controle (não revestidos). Os resultados sugerem que o desenvolvimento de filmes ativos para conservação de alimentos é um campo promissor, pois além do forte apelo ambiental, filmes ativos podem auxiliar na conservação dos alimentos, para retardar a proliferação de microrganismos patogênicos e degradações oxidativas. Em relação a aplicações de coberturas comestíveis, os resultados indicaram ter potencial para uma utilização comercial no auxílio de prolongamento da vida útil de tomates. / The principal function of traditional packaging used by the food industry is the protection of food against external contamination without interacting with it. However, most of these packages are produced from non-biodegradable and non-renewable sources. Films and edible coatings have attracted the interest and attention from industries and researchers due increasing demand on environmental sustainability. In addition, this films and coatings can be added with different compounds to confer an active character, with positive food interaction and increased of preservation. This study aimed to (1) to develop active films by casting technique from biodegradable matrices with antimicrobial activity, incorporated of gold nanoparticles (AuNPs) and essential oils, as well as films with antioxidant activity by addition of nanocapsules of bixin, (2) evaluate the mechanical, physical and barrier characteristics of active films, and capacity antimicrobial and antioxidant, and (3) verify the efficiency in the application of edible coatings in food preservation. The active antimicrobial films it was used as raw material starch and flour quinoa (Chenopodium quinoa, W.). Starch quinoa films were prepared with 4 % raw material and 1% glycerol as plasticizer (100 g filmogenic solution), incorporating gold nanoparticles at concentrations of 2.5% and 5% (v / v). The presence of gold nanoparticles produces improvement in the mechanical, optical and morphological properties, maintaining the thermal and barrier properties unchanged when compared to the standard biofilm. The active biofilms exhibited strong antibacterial activity against food-borne pathogens with inhibition percentages of 99 % against E. coli and 98 % against S. aureus. The active films produced with flour quinoa (6% of raw material and 1% glycerol as a plasticizer in 100 g of filmogenic solution), incorporated with oregano (Origanum vulgare L.) and thyme (Thymus vulgaris L.) essential oils (EO) (0.5%, 1% and 2% p/p). It was observed that the kind of EO was not significant for the physical and barrier parameters of the films, however, the increase in the EOs concentration promote increase in the elongation but decrease in the tensile strength, solubility and water vapor permeability. Films containing 1% and 2 % EOs, inhibit the growth of S. aureus and E. coli. However, S. aureus was more sensitive to both EOs and the oregano oil was more efficient in the inactivation to both microorganisms. The antioxidant packages were prepared from cassava starch (4% raw material and 1% glycerol as plasticizer in 100 g of filmogenic solution), incorporated with solution of different concentrations of bixin nanocapsules (0 %, 2 %, 5%, 8 % e 10 %). Films with higher concentrations of bixin nanocapsules exhibited significant reduction tensile strength and increases in elongation at break, well as, improvement in protection against UV and visible light and decreased water solubility and increased water vapor permeability. The sunflower oil packed in films containing nanocapsules bixin exhibited lower oxidation rates, thus maintaining its freshness according to Codex Alimentarius guidelines (< 10 milliequivalent.kg-1), for the storage time tested (13 days / 65 % RH / 35 ºC). The edible coating was prepared based on chitosan (1.5 %), and it was applied on tomatoes stored for 14 days (20 °C). The analyses carried out on tomato fruit were: weight loss, total soluble solid (TSS), firmness, and titratable acidity (TA), respiration rate, ethylene production and quantification of carotenoids and phenolics by HPLC. Coated fruit delayed the ripening process by decrease of the rate of respiration and ethylene production, as well changes of weight, firmness and TSS concentration and delay peak of lycopene and b-carotene accumulation and degradation of phenolic compounds during storage, compared to uncoated control. The results suggest that the development of active films for food preservation is a promising field, because besides the strong environmental appeal, active films can increase the food preservation, to decrease the proliferation of pathogenic microorganisms and oxidative degradation. Regarding the edible coatings applications, the results indicated that coating is a promising tool for commercial use in helping to prolong the storage of tomatoes.

Filmes biodegradáveis são uma alternativa ao uso de embalagens não biodegradáveis, relacionado ao aumento do uso deste material, impacto e descarte inadequado. Para produção de filmes diversos polímeros podem ser utilizados, em que o amido apresenta boas características e propriedades para obtenção. A adição de antioxidantes naturais nanoencapsulados, como carotenoides, pode auxiliar no desenvolvimento de filmes biodegradáveis com atividade antioxidante, com maior estabilidade e solubilidade destes compostos. Assim, filmes biodegradáveis ativos foram obtidos a partir do amido de mandioca com adição de licopeno ou β-caroteno livres e nanoencapsulados. Diferentes formulações foram desenvolvidas, nos quais os antioxidantes naturais livres ou nanoencapsulados foram adicionados a mesma concentração. Os filmes com adição dos pigmentos nanoencapsulados apresentaram características diferentes da adição dos pigmentos livres, com maior espessura, permeabilidade ao vapor de água, opacidade, propriedades mecânicas, menor transmissão de luz UV/Vis e maior interação do aditivo com a matriz. Os filmes com nanocápsulas também apresentaram maior efeito protetor sobre a estabilidade do óleo de girassol armazenado sob condição acelerada de oxidação, com menor formação de produtos de oxidação e potencial aplicação como embalagem de alimentos. Os filmes foram utilizados para avaliar a estabilidade oxidativa de manteiga, que apresentou maior estabilidade e manutenção da qualidade durante o armazenamento sob incidência de luz quando armazenada nos filmes com adição de nanocápsulas. Além disso, independente da adição de licopeno ou β-caroteno livres e nanoencapsulados, todos os filmes apresentaram estabilidade térmica e rápida biodegradabilidade após 15 dias. Filmes biodegradáveis com adição de carotenoides, licopeno e β-caroteno, apresentaram resultados promissores para o desenvolvimento de embalagens com antioxidantes naturais e manutenção da estabilidade de alimentos com alto teor de gordura durante o armazenamento. / Biodegradable films are an alternative to use of non-biodegradable packaging, related to increased use of this material, impact and inappropriate disposal. For film production, various polymers may be used, wherein the starch has good characteristics and properties for obtaining. The addition of natural nanoencapsulated antioxidants, such as carotenoids, may aid the development of biodegradable films with antioxidant activity, with greater stability and solubility of these compounds. Thus, active biodegradable films were obtained from cassava starch with the addition of free and nanoencapsulated lycopene or β-carotene. Different formulations were developed, where free or nanoencapsulated natural antioxidants were added at the same concentration. The films with the addition of nanoencapsulated pigments presented different characteristics of free pigment addition, with greater thickness, permeability to water vapor, opacity, mechanical properties, lower transmission of UV/Vis light and greater interaction of the additive with the matrix. The films with nanocapsules also had a greater protective effect on the stability of the sunflower oil stored under accelerated oxidation conditions, with less formation of oxidation products and potential application as food packaging. The films were used to evaluate the oxidative stability of butter, which presented higher stability and maintenance of the quality during storage under light incidence when stored in the films with the addition of nanocapsules. In addition, independent of the addition of free and nanoencapsulated lycopene or β-carotene, all films showed thermal stability and rapid biodegradability after 15 days. Biodegradable films with the addition of carotenoids, lycopene and β-carotene, presented promising results for the development of packages with natural antioxidants and maintenance of the stability of foods with high-fat content during storage.

Filmes biodegradáveis são uma alternativa ao uso de embalagens não biodegradáveis, relacionado ao aumento do uso deste material, impacto e descarte inadequado. Para produção de filmes diversos polímeros podem ser utilizados, em que o amido apresenta boas características e propriedades para obtenção. A adição de antioxidantes naturais nanoencapsulados, como carotenoides, pode auxiliar no desenvolvimento de filmes biodegradáveis com atividade antioxidante, com maior estabilidade e solubilidade destes compostos. Assim, filmes biodegradáveis ativos foram obtidos a partir do amido de mandioca com adição de licopeno ou β-caroteno livres e nanoencapsulados. Diferentes formulações foram desenvolvidas, nos quais os antioxidantes naturais livres ou nanoencapsulados foram adicionados a mesma concentração. Os filmes com adição dos pigmentos nanoencapsulados apresentaram características diferentes da adição dos pigmentos livres, com maior espessura, permeabilidade ao vapor de água, opacidade, propriedades mecânicas, menor transmissão de luz UV/Vis e maior interação do aditivo com a matriz. Os filmes com nanocápsulas também apresentaram maior efeito protetor sobre a estabilidade do óleo de girassol armazenado sob condição acelerada de oxidação, com menor formação de produtos de oxidação e potencial aplicação como embalagem de alimentos. Os filmes foram utilizados para avaliar a estabilidade oxidativa de manteiga, que apresentou maior estabilidade e manutenção da qualidade durante o armazenamento sob incidência de luz quando armazenada nos filmes com adição de nanocápsulas. Além disso, independente da adição de licopeno ou β-caroteno livres e nanoencapsulados, todos os filmes apresentaram estabilidade térmica e rápida biodegradabilidade após 15 dias. Filmes biodegradáveis com adição de carotenoides, licopeno e β-caroteno, apresentaram resultados promissores para o desenvolvimento de embalagens com antioxidantes naturais e manutenção da estabilidade de alimentos com alto teor de gordura durante o armazenamento. / Biodegradable films are an alternative to use of non-biodegradable packaging, related to increased use of this material, impact and inappropriate disposal. For film production, various polymers may be used, wherein the starch has good characteristics and properties for obtaining. The addition of natural nanoencapsulated antioxidants, such as carotenoids, may aid the development of biodegradable films with antioxidant activity, with greater stability and solubility of these compounds. Thus, active biodegradable films were obtained from cassava starch with the addition of free and nanoencapsulated lycopene or β-carotene. Different formulations were developed, where free or nanoencapsulated natural antioxidants were added at the same concentration. The films with the addition of nanoencapsulated pigments presented different characteristics of free pigment addition, with greater thickness, permeability to water vapor, opacity, mechanical properties, lower transmission of UV/Vis light and greater interaction of the additive with the matrix. The films with nanocapsules also had a greater protective effect on the stability of the sunflower oil stored under accelerated oxidation conditions, with less formation of oxidation products and potential application as food packaging. The films were used to evaluate the oxidative stability of butter, which presented higher stability and maintenance of the quality during storage under light incidence when stored in the films with the addition of nanocapsules. In addition, independent of the addition of free and nanoencapsulated lycopene or β-carotene, all films showed thermal stability and rapid biodegradability after 15 days. Biodegradable films with the addition of carotenoids, lycopene and β-carotene, presented promising results for the development of packages with natural antioxidants and maintenance of the stability of foods with high-fat content during storage.