Diariamente são descartados no mundo toneladas de resíduos do processamento de frutas que poderiam ser aproveitados pelo seu elevado poder nutricional e funcional, que acabam sendo desperdiçados e podem gerar sérios problemas ao meio ambiente. Outro descarte inadequado que agrava esse problema ambiental é o de embalagens plásticas, que quando não submetidas ao processo de reciclagem trazem enormes danos. Por esses fatores, esse estudo teve como objetivo o aproveitamento de subprodutos da indústria de alimentos para o desenvolvimento de farinhas funcionais e aproveitamento dos resíduos da indústria de capsulas nutracêuticas de gelatina e óleo de chia como matriz para as embalagens biodegradáveis ativas. A quitosana também foi utilizada como matriz no desenvolvimento de filmes aplicados como embalagens. Primeiramente foram avaliados quatro resíduos obtidos de diferentes frutas: resíduo do processamento de suco de mirtilo (bagaço), resíduo do processamento de azeite de oliva (bagaço), cascas de mamão e abacaxi. As propriedades físico químicas, funcionais e antioxidantes desses resíduos foram analisadas, sendo que no geral todos demonstraram alto teor de fibras dietéticas. Em relação às propriedades funcionais a farinha de mamão se destacou pelos elevados valores de capacidade de retenção de água e óleo, pela alta solubilidade e maiores teores de carotenoides (15,56 ± 0,35 mg/100g). A farinha de mirtilo foi a que apresentou o maior poder antioxidante pelo método DPPH (4,62 ± 0,18 IC50 em mg de farinha) e maior teor de compostos fenólicos (23,59 ± 0.85 mg/g GAE), além disso exibiu alto teor de antocianinas. Devido a estas propriedades, a farinha e o extrato do resíduo de mirtilo foram incorporados à gelatina do resíduo do processamento de cápsulas nutracêuticas de óleo de chia para o desenvolvimento de filmes biodegradáveis ativos. Os filmes foram avaliados em relação as suas propriedades mecânicas, de barreira ao vapor da água e luz UV, capacidade antioxidante e aplicação como embalagem em produtos alimentícios. Os resultados sugeriram que a adição de fibras promoveu uma diminuição da resistência à tração e aumento na permeabilidade ao vapor da água. No entanto, a adição de fibra também proporcionou um aumento significativo na barreira de luz UV a 500 nm, sendo eficaz na redução da oxidação lipídica de óleo de girassol. Os filmes com adição de extrato não exibiram alteração nas propriedades mecânicas ou de barreira em comparação com a formulação controle. Além disso, estes filmes exibiram capacidade antioxidante estável por 28 dias. Filmes desenvolvidos com a farinha de mamão e resíduos de gelatina apresentaram comportamento similar aos filmes com resíduos de mirtilo, já que a farinha de mamão também alterou algumas propriedades originais do filme como as propriedades mecânicas e de barreira, e agregaram poder antioxidante. Com o objetivo de melhorar essas propriedades foram então desenvolvidas micropartículas de farinha de casca de mamão em spray drying utilizando o resíduo de gelatina como material de parede. Os resultados indicaram que as micropartículas de casca de mamão ao serem adicionadas na gelatina originaram uma matriz de filme mais contínua e homogênea com aumento da resistência à tração e do módulo de Young. Os filmes com micropartículas (7,5%), quando aplicados como material de embalagem para banha de porco, foram os mais eficientes como barreiras ativas (maior atividade antioxidante), pois um menor teor de peróxidos, dienos e trienos conjugados foram quantificados na amostra após 22 dias. A farinha de resíduos da produção de azeite de oliva também foi utilizada para o desenvolvimento de filmes biodegradáveis, porém o biopolimero utilizado foi a quitosana. A incorporação de farinha de resíduo de oliva na matriz de quitosana também causou alterações na morfologia, tornando o filme mais heterogêneo e áspero. Por esse motivo foram testadas a adição de micropartículas de farinha de oliva nos filmes. A adição de 10% de micropartículas de oliva melhorou significativamente a resistência à tração dos filmes sem alterar as suas propriedades originais. A farinha e as micropartículas de oliva aumentaram a capacidade antioxidante dos filmes, esse aumento foi proporcional à concentração de farinha ou micropartículas adicionadas ao filme. Os filmes com 30% de farinha ou micropartículas foram eficazes como embalagem protetora contra a oxidação de nozes durante 31 dias. A partir dos resultados obtidos neste trabalho fica evidenciado a viabilidade do uso de resíduos da indústria de alimentos e resíduos da indústria de cápsulas nutracêuticas para o desenvolvimento de filmes e uso como embalagens biodegradáveis em diferentes produtos. / Every day tons of fruit processing residues are discarded worldwide that could be harnessed for their high nutritional and functional power and that end up being wasted and generating problems for the environment. Another inadequate disposal that aggravates this environmental problem is the plastic packaging, which when not subjected to the recycling process bring huge damages. Due to these factors, this study aims at the utilization of by-products of the food industry for the development of active biodegradable packaging. Firstly, four residues obtained from different fruits, processing residue of blueberry juice (bagasse), processing residue of olive oil (bagasse), peels of papaya and pineapple were evaluated. The physicochemical, functional and antioxidant properties of these residues were analyzed, and in general, all showed high total dietary fiber content. In relation to the functional properties, papaya flour was distinguished by high water and oil retention capacity, high solubility and higher carotenoid content (15.56 ± 0.35 mg / 100g). The blueberry flour had the highest antioxidant power by the DPPH method (4.62 ± 0.18 IC50 in mg of flour) and a higher content of phenolic compounds (23.59 ± 0.85 mg / g GAE), in addition, it exhibited a high content of anthocyanins. Due to these properties, the flour and extract of the blueberry residue were incorporated into the gelatin from the processing residue of chia oleuroceutical capsules for the development of active biodegradable films for packaging. The films were evaluated in relation to their mechanical properties, water vapor barrier, and UV light, antioxidant capacity and application as packaging in food products. The results suggested that fiber addition promoted a decrease in tensile strength and an increase in water vapor permeability. However, the addition of fiber also provided a significant increase in the UV light barrier at 500 nm being effective in reducing the lipid oxidation of sunflower oil. Films with added extract showed no change in mechanical or barrier properties compared to the control formulation. In addition, these films exhibited a stable antioxidant capacity for 28 days. Films developed with papaya flour and gelatin residues showed similar behavior to films with blueberry residues since papaya flour also altered some of the original properties of the film as mechanical and barrier properties, and added antioxidant power. In order to improve these properties microparticles of papaya peel flour were then developed in spray drying using the gelatin residue as the wall material. The results indicated that the microparticles of papaya peel, when added to gelatin, gave a more continuous and homogeneous film matrix increasing tensile strength and Young's modulus. Microparticles films (7.5%), when applied as packaging material for lard, were the most efficient as active barriers (higher antioxidant activity) because a lower peroxide content was quantified in the sample after 22 days. The residue flour from olive oil production was also used for the development of biodegradable films, but the biopolymer used was chitosan. The incorporation of olive residue flour in the chitosan matrix also caused changes in the morphology, making the film more heterogeneous and rough. For this reason, the addition of olive flour microparticles in the films was tested. The addition of 10% of olive microparticles significantly improved the tensile strength of films without altering their original properties. The flour and the microparticles of olive increased the antioxidant capacity of the films; this increase was proportional to the concentration of flour or micro added to the film. Films with 30% flour or microparticles were effective as protective packaging against Walnut oxidation for 31 days. From the results obtained in this work, it is evident the viability of the use of residues from the food and waste industry of the nutraceutical capsule industry for the development of films and use as biodegradable packaging in different products.

Submitted by Aelson Maciera (aelsoncm@terra.com.br) on 2017-03-22T19:16:28Z No. of bitstreams: 1 DissTTB.pdf: 2398693 bytes, checksum: 0a0148927746ba0af71705e6c51cb65e (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-03-22T19:21:20Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissTTB.pdf: 2398693 bytes, checksum: 0a0148927746ba0af71705e6c51cb65e (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-03-22T19:21:41Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissTTB.pdf: 2398693 bytes, checksum: 0a0148927746ba0af71705e6c51cb65e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-22T19:26:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissTTB.pdf: 2398693 bytes, checksum: 0a0148927746ba0af71705e6c51cb65e (MD5) Previous issue date: 2016-02-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA) / The production of biodegradable films based on renewable low cost resources has increased considerably. The research and development of new materials in this segment make possible to replace, even still partially, the synthetic plastics derived from petrol and to add value to agro-industrial waste and agricultural commodities. The fruit purees (or pulp) represent an alternative for obtaining these low-cost arrays. It can be obtained from the fruit itself or from its processing wastes. Amongst the suited fruits for this purpose is the papaya (Carica papaya), largely available. Brazil is the largest producer of this fruit and, due to its high perishability, is a rich source of waste material for pulp and edible film processing. Although the films prepared from fruit puree lacks in mechanical and permeability properties, such features may be minimized by the addition of nanofillers associated to film forming biopolymers. Thus, the evaluation of papaya puree, in over-ripe stage, as raw material for film processing using a Mathis System (in batch mode) with reinforced nanostructure was the main aim of this study. The films were characterized considering mechanical and thermal properties, permeability, colorimetric and antimicrobial activity. The best results were recorded to formulations in which the pectin was added at 0.5 % (w/v), increasing the maximum fracture strength (σmax), in 12 times when compared to neat puree films (control). The insertion of cellulose nanofibers and chitosan nanoparticles also promoted a σmax increasing, nevertheless in inferior proportion (6.2 and 5 times respectively). The presence of pectin also was positive in reducing the permeability rates (WVP) with values of 77.72 % lower than those measured to the control films. Concerning the colorimetric properties, the films with filler additions (chitosan nanoparticles with glycerol) suffered the greater color changes (ΔE). The addition of chitosan nanoparticles also speed the surface browning index (BI). Again the pectin acted positively in preserving the original color characteristics. The antimicrobial essays indicated that the chitosan in nanoparticle format inside the polymeric matrix did not present any antimicrobial activity. The over-ripe papaya pulp showed to be a raw material suitable for edible biodegradable film processing and the addition of nanofillers and pectin necessary to improve the barrier and mechanical properties and to preserve the original colorimetric features. / A produção de filmes biodegradáveis baseados em recursos renováveis, fazendo uso de matrizes biopoliméricas de baixo custo, vem aumentando consideravelmente. A pesquisa e o desenvolvimento de novos materiais neste segmento possibilitam a substituição, ainda que parcial, dos plásticos sintéticos derivados do petróleo, além de agregar valor a resíduos agroindustriais e commodities agrícolas. Os purês de frutas (ou polpa) representam uma alternativa viável para a obtenção destas matrizes, podendo ser empregados a própria fruta ou rejeitos provenientes de seu processamento. Dentre os frutos adequados para este fim está o mamão papaia (Carica papaya), fartamente disponível no país. O Brasil é seu maior produtor mundial e, devido à sua alta perecividade, é uma fonte rica de rejeitos adequados à produção de polpas e ao processamento de filmes comestíveis. Embora os filmes processados a partir de purê de frutas apresentem limitações mecânicas e de permeabilidade, estas características podem ser minimizadas pela formação de compósitos através da inserção de nanoestruturas de reforço e associação com outros biopolímeros com características filmogênicas. Assim, avaliar o uso de polpas de mamão papaia, em adiantado estado de maturação no processamento de filmes em Sistema Mathis (no modo batelada) e o efeito da inserção de estruturas de reforço, foram os principais objetivos deste trabalho. Os filmes foram caracterizados quanto às suas propriedades mecânicas, térmica, de permeabilidade, colorimétrica e antimicrobiana. Os melhores resultados foram obtidos para as composições em que a pectina foi adiciona em 0,5 % (m/v), elevando a tensão máxima de ruptura (σmax), em 12 vezes quando comparada aos filmes de polpa sem aditivos (controle). A adição de nanofibras de celulose e a nanopartículas de quitosana também melhoraram σmax, mas em valores inferiores (6,2 e 5 vezes respectivamente). A inserção da pectina também foi favorável na redução das taxas de permeabilidade (WVP) com valores 77,72 % inferiores aos filmes controle. Com relação às medidas colorimétricas, as maiores alterações registradas foram para os filmes processados com os reforços (quitosana em conjunto com o glicerol), os quais resultaram em uma maior variação total de cor (ΔE). A presença de nanopartículas de quitosana também acelerou o escurecimento superficial (IE). A adição de pectina nas formulações atuou positivamente na preservação das características colorimétricas iniciais. Os testes antimicrobianos indicaram que a quitosana na forma de nanopartículas inseridas na matriz biopolimérica não apresentou atividade antimicrobiana. A polpa de mamão papaia, na condição sobremadura, mostrou ser uma matéria-prima adequada ao processamento de filmes comestíveis biodegradáveis e a adição de nanoreforços e de pectina necessárias para a melhoria das propriedades mecânicas e de barreira e para a preservação das características colorimétricas iniciais dos filmes.

Diariamente são descartados no mundo toneladas de resíduos do processamento de frutas que poderiam ser aproveitados pelo seu elevado poder nutricional e funcional, que acabam sendo desperdiçados e podem gerar sérios problemas ao meio ambiente. Outro descarte inadequado que agrava esse problema ambiental é o de embalagens plásticas, que quando não submetidas ao processo de reciclagem trazem enormes danos. Por esses fatores, esse estudo teve como objetivo o aproveitamento de subprodutos da indústria de alimentos para o desenvolvimento de farinhas funcionais e aproveitamento dos resíduos da indústria de capsulas nutracêuticas de gelatina e óleo de chia como matriz para as embalagens biodegradáveis ativas. A quitosana também foi utilizada como matriz no desenvolvimento de filmes aplicados como embalagens. Primeiramente foram avaliados quatro resíduos obtidos de diferentes frutas: resíduo do processamento de suco de mirtilo (bagaço), resíduo do processamento de azeite de oliva (bagaço), cascas de mamão e abacaxi. As propriedades físico químicas, funcionais e antioxidantes desses resíduos foram analisadas, sendo que no geral todos demonstraram alto teor de fibras dietéticas. Em relação às propriedades funcionais a farinha de mamão se destacou pelos elevados valores de capacidade de retenção de água e óleo, pela alta solubilidade e maiores teores de carotenoides (15,56 ± 0,35 mg/100g). A farinha de mirtilo foi a que apresentou o maior poder antioxidante pelo método DPPH (4,62 ± 0,18 IC50 em mg de farinha) e maior teor de compostos fenólicos (23,59 ± 0.85 mg/g GAE), além disso exibiu alto teor de antocianinas. Devido a estas propriedades, a farinha e o extrato do resíduo de mirtilo foram incorporados à gelatina do resíduo do processamento de cápsulas nutracêuticas de óleo de chia para o desenvolvimento de filmes biodegradáveis ativos. Os filmes foram avaliados em relação as suas propriedades mecânicas, de barreira ao vapor da água e luz UV, capacidade antioxidante e aplicação como embalagem em produtos alimentícios. Os resultados sugeriram que a adição de fibras promoveu uma diminuição da resistência à tração e aumento na permeabilidade ao vapor da água. No entanto, a adição de fibra também proporcionou um aumento significativo na barreira de luz UV a 500 nm, sendo eficaz na redução da oxidação lipídica de óleo de girassol. Os filmes com adição de extrato não exibiram alteração nas propriedades mecânicas ou de barreira em comparação com a formulação controle. Além disso, estes filmes exibiram capacidade antioxidante estável por 28 dias. Filmes desenvolvidos com a farinha de mamão e resíduos de gelatina apresentaram comportamento similar aos filmes com resíduos de mirtilo, já que a farinha de mamão também alterou algumas propriedades originais do filme como as propriedades mecânicas e de barreira, e agregaram poder antioxidante. Com o objetivo de melhorar essas propriedades foram então desenvolvidas micropartículas de farinha de casca de mamão em spray drying utilizando o resíduo de gelatina como material de parede. Os resultados indicaram que as micropartículas de casca de mamão ao serem adicionadas na gelatina originaram uma matriz de filme mais contínua e homogênea com aumento da resistência à tração e do módulo de Young. Os filmes com micropartículas (7,5%), quando aplicados como material de embalagem para banha de porco, foram os mais eficientes como barreiras ativas (maior atividade antioxidante), pois um menor teor de peróxidos, dienos e trienos conjugados foram quantificados na amostra após 22 dias. A farinha de resíduos da produção de azeite de oliva também foi utilizada para o desenvolvimento de filmes biodegradáveis, porém o biopolimero utilizado foi a quitosana. A incorporação de farinha de resíduo de oliva na matriz de quitosana também causou alterações na morfologia, tornando o filme mais heterogêneo e áspero. Por esse motivo foram testadas a adição de micropartículas de farinha de oliva nos filmes. A adição de 10% de micropartículas de oliva melhorou significativamente a resistência à tração dos filmes sem alterar as suas propriedades originais. A farinha e as micropartículas de oliva aumentaram a capacidade antioxidante dos filmes, esse aumento foi proporcional à concentração de farinha ou micropartículas adicionadas ao filme. Os filmes com 30% de farinha ou micropartículas foram eficazes como embalagem protetora contra a oxidação de nozes durante 31 dias. A partir dos resultados obtidos neste trabalho fica evidenciado a viabilidade do uso de resíduos da indústria de alimentos e resíduos da indústria de cápsulas nutracêuticas para o desenvolvimento de filmes e uso como embalagens biodegradáveis em diferentes produtos. / Every day tons of fruit processing residues are discarded worldwide that could be harnessed for their high nutritional and functional power and that end up being wasted and generating problems for the environment. Another inadequate disposal that aggravates this environmental problem is the plastic packaging, which when not subjected to the recycling process bring huge damages. Due to these factors, this study aims at the utilization of by-products of the food industry for the development of active biodegradable packaging. Firstly, four residues obtained from different fruits, processing residue of blueberry juice (bagasse), processing residue of olive oil (bagasse), peels of papaya and pineapple were evaluated. The physicochemical, functional and antioxidant properties of these residues were analyzed, and in general, all showed high total dietary fiber content. In relation to the functional properties, papaya flour was distinguished by high water and oil retention capacity, high solubility and higher carotenoid content (15.56 ± 0.35 mg / 100g). The blueberry flour had the highest antioxidant power by the DPPH method (4.62 ± 0.18 IC50 in mg of flour) and a higher content of phenolic compounds (23.59 ± 0.85 mg / g GAE), in addition, it exhibited a high content of anthocyanins. Due to these properties, the flour and extract of the blueberry residue were incorporated into the gelatin from the processing residue of chia oleuroceutical capsules for the development of active biodegradable films for packaging. The films were evaluated in relation to their mechanical properties, water vapor barrier, and UV light, antioxidant capacity and application as packaging in food products. The results suggested that fiber addition promoted a decrease in tensile strength and an increase in water vapor permeability. However, the addition of fiber also provided a significant increase in the UV light barrier at 500 nm being effective in reducing the lipid oxidation of sunflower oil. Films with added extract showed no change in mechanical or barrier properties compared to the control formulation. In addition, these films exhibited a stable antioxidant capacity for 28 days. Films developed with papaya flour and gelatin residues showed similar behavior to films with blueberry residues since papaya flour also altered some of the original properties of the film as mechanical and barrier properties, and added antioxidant power. In order to improve these properties microparticles of papaya peel flour were then developed in spray drying using the gelatin residue as the wall material. The results indicated that the microparticles of papaya peel, when added to gelatin, gave a more continuous and homogeneous film matrix increasing tensile strength and Young's modulus. Microparticles films (7.5%), when applied as packaging material for lard, were the most efficient as active barriers (higher antioxidant activity) because a lower peroxide content was quantified in the sample after 22 days. The residue flour from olive oil production was also used for the development of biodegradable films, but the biopolymer used was chitosan. The incorporation of olive residue flour in the chitosan matrix also caused changes in the morphology, making the film more heterogeneous and rough. For this reason, the addition of olive flour microparticles in the films was tested. The addition of 10% of olive microparticles significantly improved the tensile strength of films without altering their original properties. The flour and the microparticles of olive increased the antioxidant capacity of the films; this increase was proportional to the concentration of flour or micro added to the film. Films with 30% flour or microparticles were effective as protective packaging against Walnut oxidation for 31 days. From the results obtained in this work, it is evident the viability of the use of residues from the food and waste industry of the nutraceutical capsule industry for the development of films and use as biodegradable packaging in different products.

Made available in DSpace on 2014-07-29T16:16:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Dayana Silva Batista Soares.pdf: 1898125 bytes, checksum: 54ca2333fb4f6f671b7ff76b9d77c10d (MD5) Previous issue date: 2012-02-24 / The packaging has as main function to maintain the integrity of the product, protecting it against mechanical damage, moisture loss and gain. Most packaging is manufactured from non-biodegradable materials and non-renewable source promoting great environmental impacts. Among the raw materials used in the development of biodegradable films found the whey proteins. The biodegradables films do not present the same resistance presented for the synthetic films, many treatments are being applied to biofilmes in the attempt to improve the mechanical properties, amongst them the variation of pH and irradiation. In this way, aimed to evaluate the effect of different pH values and doses of gamma radiation on the mechanical, optical and barrier properties of whey proteins biodegradable films. The films were made by casting and characterized with respect to thickness, color, opacity, water vapor permeability, water solubility, scanning electron microscopy and mechanical properties. The different treatments studied significantly influenced the properties of the films, except for the water solubility. It is concluded that the different treatments can promote improvement in film properties. / A embalagem tem como função principal manter a integridade do produto, protegendo-o contra danos mecânicos, perda e ganho de umidade. A maior parte das embalagens é fabricada com materiais não biodegradáveis e de fonte não renovável promovendo grande impacto ambiental. Dentre as matérias-primas empregadas na elaboração de filmes biodegradáveis encontramos as proteínas do soro de leite. Os filmes biodegradáveis não apresentam a mesma resistência apresentada pelos filmes sintéticos logo, muitos tratamentos estão sendo aplicados aos filmes biodegradáveis na tentativa de melhorar as propriedades mecânicas, dentre elas a variação de pH e irradiação. Desta maneira, objetivou-se avaliar o efeito de diferentes valores de pH e doses de radiação gama nas propriedades mecânicas, ópticas e de barreira de filmes biodegradáveis de proteínas do soro de leite. Os filmes foram elaborados pelo método de casting, e caracterizados quanto à espessura, cor, opacidade, permeabilidade a vapor de água, solubilidade em água, microscopia eletrônica de varredura e propriedades mecânicas. Os diferentes tratamentos estudados influenciaram significativamente as propriedades dos filmes, com exceção à solubilidade em água. Concluise que os diferentes tratamentos empregados podem promover melhora nas propriedades dos filmes.

Submitted by Milena Rubi (milenarubi@ufscar.br) on 2017-05-22T18:41:32Z No. of bitstreams: 1 CARMO_Karina_2016.pdf: 17584028 bytes, checksum: 692d8364ace6af7a9c25e92d72c514ec (MD5) / Approved for entry into archive by Milena Rubi (milenarubi@ufscar.br) on 2017-05-22T18:43:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 CARMO_Karina_2016.pdf: 17584028 bytes, checksum: 692d8364ace6af7a9c25e92d72c514ec (MD5) / Approved for entry into archive by Milena Rubi (milenarubi@ufscar.br) on 2017-05-22T18:43:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 CARMO_Karina_2016.pdf: 17584028 bytes, checksum: 692d8364ace6af7a9c25e92d72c514ec (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-22T18:43:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CARMO_Karina_2016.pdf: 17584028 bytes, checksum: 692d8364ace6af7a9c25e92d72c514ec (MD5) Previous issue date: 2016-04-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A few years ago, several studies have been conducted to transformatio n of raw matter into renewable biodegradable materials, since it is necessary to rethink consumption and rationalize the use of packaging derived from synthetic polymers. Among these raw materials can be detached corn starch produced worldwide, with low cost and high potential for biodegradability. In this paper, aiming a possible application in biodegradable packaging, starch polymeric films were developed using native corn starch with the incorporation of 1 to 4% of fibers sugarcane bagasse from industrial wastes, 2.5, 5 and 10% of castor oil, and 2.5, 5% epoxidized soy bean oil, and modified corn starch films with the incorporation of 1 to 3% fibers sugarcane bagasse, and 2.5, 5 % of epoxidized soybean oil. Some mechanical and thermal analysis for characterization of the films were made. The mechanical p roperties were analyzed by tensile test in Dynamic-Mechanical Thermal Analysis (DMTA) equipment. Among the films tested in tension, they stood the native corn starch films that have the best tensile strength results (1.05 MPa) and elongation at break (77.66%), followed by the native starch containing film 3% fiber (0.81 MPa) and native starch films containing 2.5% epoxidized soybean oil (58.55%). The fractured samples were analyzed by Scanning Electron Microscopy (SEM). Thermal an alysis of all kinds of developed films were made by Differential Scanning Calo rimetry (DSC), Thermogravimetric Analysis (TGA) and Thermogravimetric Analysis Derivative, where the DSC curves showed higher thermal stability for native starch films containing castor oil and epoxidized soybean, in which the thermal decomposition was observed between 270 and 291 o C, being higher than the temperatures of other films , and four stages of degradation for these films, and the others had only three stages of degradation. Native starch films with incorporation o f 3% fiber and 2.5% epoxidized soybean oil were buried in soils incubated for completion of the biodegradability test, and analysis of the emissions o f CO2, CH4, and N2O were performed by gas chromatography, it was possible to observe high CO2 emission rates in the first month of incubation for all films. After 90 days, the films were dug up, and the polymer matrix was completely biodegraded. / Há alguns anos, vários estudos têm sido realizados para transformação de matéria- prima de fontes renováveis em materiais biodegradáveis, visto que se faz necessário repensar o consumo e racionalizar a utilização de embalagens derivada s de polímeros sintéticos. Dentre estas matérias-primas pode ser destacado o amido de milho, produzido mundialmente com baixo custo e alto potencial de biodegradabilidade. Neste trabalho, visando uma possível aplicação em embalagens biodegradáveis, filmes poliméricos de amido foram desenvolvidos, utilizando amido de milho nativo, com a incorporação de 1 a 4% de fibras de bagaço de cana- de - açúcar proveniente de resíduos industriais, 2,5, 5 e 10% de óleo de mamona, e 2,5 e 5% de óleo de soja epoxidado, e filmes de amido de milho modificado com a incorporação de 1 a 3% de fibras de bagaço de cana, e 2,5 e 5% de óleo de soja epoxidado. Foram realizadas algumas análises mecânicas e térmicas para caracterização dos filmes. As propriedades mecânicas foram analisadas através de ensaio de tração em equipamento de Análise Térmica Dinâmico-Mecânica (DMT A). Dentre os filmes ensaiados em tração, se destacaram os filmes de amido de milho nativo que obtiveram os melhores resultados de resistência à tração (1,05 MPa) e a o alongamento na ruptura (77,66%), seguido do filme de amido nativo contendo 3% de fibras (0,81 MPa) e do filme de amido nativo contendo 2,5% de óleo de soja epoxidado (58,55%). As amostras fraturadas em tração foram analisadas por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Análises térmicas foram realizadas por Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Termogravimetria (TG) e Termogravimetria Derivada (DTG), onde as curvas de DSC mostraram maior estabilidade térmica para os filmes de amido nativo contendo óleos de mamona e de soja epoxidado, em que foi observada a decomposição térmica entre 270 e 291 o C, sendo mais elevadas que as temperaturas dos demais filmes, além de, quatro estágios de degradação para estes filmes, sendo que os demais obtiveram apenas três estágios de degradação. Filmes de amido nativo com incorporação de 3% de fibras e 2,5% de óleo de soja epoxidado, foram enterrados em solos incubados, para realização do teste de biodegradabilidade, e as análises das emissões do s gases CO 2 , CH 4 e N 2 O foram efetuadas por cromatografia gasosa, onde foi possível observar altas taxas de emissão de CO 2 no primeiro mês de incubação para todos os filmes. Após 90 dias, os filmes foram desenterrados, e a matriz polimérica foi totalmente biodegradada.

This diploma thesis deals with preparation and testing of biodegradable materials for use in the packaging indrustry. The task of this work is to prepare set of laboratory made films based on wheat starch, glycerol, polyvinyl alcohol with the addition of a suitable additive, which has been selected as citric acid. A suitable composition meeting the requirements of the packaging foils has been found. Quaternary blends from all components achieve the best results. It has been found that citric acid can influence the chemical structure and thus affect the mechanical and thermal properities and also the degree of solubility. The films were characterized in terms of mechanical properities by tensile testing and thermal stability by means of thermogravimetric analysis with respect to the phase structure. The structure was characterized by Fourier transform infrared spectroscopy and confocal laser scanning microscopy. The biodegradability of the film was tested by its solubility in aqueous medium.

Tesis por compendio / [ES] En esta tesis se obtuvieron fracciones celulósicas y extractos activos de paja de arroz mediante diferentes técnicas de extracción y purificación, utilizando agua como disolvente. Estas fracciones se incorporaron en películas de almidón y PLA, y en bicapas de almidón-PLA, para obtener materiales de envasado activos para extender la vida útil de diferentes alimentos. Los extractos obtenidos por combinación de ultrasonidos y calentamiento a reflujo (USHT) y con agua subcrítica (SWE) (a 160 °C (SWE-160) y 180 °C (SWE-180)) presentaron un alto contenido fenólico (37, 51 y 83 mg GAE.g-1 de extracto seco, respectivamente) y actividad antioxidante (6,3, 2,0 y 1,2 mg de extracto seco.mg-1 DPPH, respectivamente). Los extractos SWE fueron activos contra L. innocua y E. coli. Se aislaron fibras de celulosa (FC) del residuo insoluble de las diferentes extracciones. A pesar de las ligeras diferencias en el grado de purificación, los nuevos métodos dieron lugar a FCs con rendimientos más elevados que el método alcalino (35-39 % frente al 29 %), con cristalinidad (60-69 %), comportamiento térmico y relación de aspecto (20-60) similares. Se incorporaron fibras USHT al 1, 3 y 5 % (p/p) en películas termoprocesadas de almidón de maíz, y de almidón de maíz modificado térmicamente. La incorporación al 3 % dio lugar a películas con mejores propiedades funcionales. Los extractos activos (al 4, 6 y 8 % en peso) en la matriz de almidón, con o sin CF (3 %), dieron lugar a películas más extensibles y menos resistentes, con mayor capacidad de barrera al oxígeno. Las bolsas monodosis de aceite de girasol con estas películas activas y reforzadas redujeron eficazmente la oxidación. Las películas activas de PLA termoprocesado, con diferentes proporciones (2, 4 y 6 % p/p) del extracto USHT, presentaron color y propiedades mecánicas ligeramente peores, pero con mayor barrera al oxígeno. La cinética de liberación de los antioxidantes incorporados en simulantes alimentarios de diferente polaridad (A: productos acuosos; y D1: sistemas de aceite en agua), mostró que las películas con un 6% de extracto, tuvieron una capacidad antioxidante similar en simulantes con distinta polaridad. Se obtuvieron bicapas biodegradables laminando PLA, con y sin extracto USHT (6 %), y almidón termoplástico, con o sin FC USHT (3 %). Las bicapas mostraron mejor capacidad de barrera global que las monocapas. Sin embargo, la migración de compuestos entre capas dio lugar a películas menos rígidas y resistentes de lo esperado de la contribución del film de PLA. Las bicapas activas y reforzadas alargaron la vida útil de carne de cerdo refrigerada. Las películas de PLA con un 6 % (p/p) de los diferentes extractos (USHT, SWE-160 y SWE-180) presentaron menor resistencia mecánica y capacidad de barrera al vapor de agua, pero una mayor capacidad de barrera al oxígeno y a la luz UV. Además, estas películas, especialmente con el extracto SWE-180, alargaron la vida útil de la carne de cerdo refrigerada. Las FCs obtenidas con los diferentes métodos de purificación también se utilizaron para producir aerogeles de celulosa. Las diferencias composicionales afectaron a la microestructura de los aerogeles. La capacidad de absorción y de retención de agua de los aerogeles estuvo dentro de los rangos descritos para este tipo de materiales. Por tanto, fue posible obtener fracciones valorizadas de la paja de arroz, extractos activos y fibras celulósicas, útiles en el desarrollo de materiales biodegradables activos a base de almidón y PLA. Son necesarios más estudios para validar la seguridad alimentaria de los materiales, así como para el desarrollo de otras aplicaciones en el campo de la industria alimentaria o farmacéutica. / [CA] En aquesta tesi doctoral es van obtenir fraccions cel·lulòsiques i extractes actius de palla d' arròs mitjançant l'aplicació de diferents tècniques d'extracció i purificació, utilitzant aigua com a dissolvent. Aquestes fraccions es van incorporar a pel·lícules de midó i PLA, i bicapes de midó-PLA, per obtenir materials d'envasament actius útils per allargar la vida útil de diferents aliments. Els extractes combinant ultrasons i escalfament a reflux (USHT) i amb aigua subcrítica (SWE) (a 160 °C (SWE-160) i 180 °C (SWE-180)) van mostrar un alt contingut fenòlic (37, 51 i 83 mg GAE.g-1 d'extracte sec, respectivament) i activitat antioxidant (6,3, 2,0 i 1,2 mg d'extracte sec.mg-1 DPPH, respectivament). Els extractes SWE van mostrar activitat antibacteriana contra L. innocua i E. coli. Es van aïllar fibres de cel·lulosa (FC) de les fraccions insolubles de l'extracció. Malgrat les lleugeres diferències en el grau de purificació, els nous mètodes van donar lloc a FCs amb rendiments més elevats que el mètode alcalí (35-39 % enfront del 29 %), amb cristal·linitat (60-69 %), comportament tèrmic i relació d'aspecte (20-60) similars. Es van incorporar fibres USHT a l'1, 3 i 5 % (p/p) en pel·lícules de midó de dacsa, i de midó de dacsa modificat per tractament tèrmic. La incorporació al 3 % va donar lloc a pel·lícules amb les millors propietats funcionals. Els extractes actius (al 4, 6 i 8 % en pes) a la matriu de midó, amb o sense CF (3 %), proporcionaren pel·lícules més extensibles i menys resistents, però amb més capacitat de barrera a l'oxigen. Les bosses monodosi de l'oli de gira-sol amb aquestes pel·lícules actives i reforçades van reduir eficaçment l'oxidació. Les pel·lícules actives de PLA amb diferents proporcions (2, 4 i 6 % p/p) de l'extracte USHT, presentaren color i propietats mecániques lleugerament pitjors, però amb major capacitat de barrera a l'oxigen. La cinètica d'alliberament dels antioxidants incorporats, en simulants alimentaris de diferent polaritat (A: productes aquosos; i D1: sistemes d'oli en aigua), va mostrar que les pel·lícules amb un 6% d'extracte, tenien una capacitat antioxidant similar en simulants amb diferent polaritat. Es van obtenir bicapes biodegradables laminant PLA, amb i sense extracte USHT (6 %), i midó termoplàstic, amb o sense FC USHT (3 %). Les bicapes van mostrar millor capacitat de barrera global que les monocapes. No obstant això, la migració de compostos entre capes va donar lloc a pel·lícules menys rígides i resistents respecte a l'esperat de la contribució de la pel·lícula de PLA. Les bicapes actives i reforçades van allargar la vida útil de carn de porc refrigerada. Les pel·lícules de PLA amb un 6 % (p/p) dels diferents extractes (USHT, SWE-160 i SWE-180) van presentar menor resistència mecànica i capacitat de barrera al vapor d'aigua, però una major capacitat de barrera a l'oxigen i a la llum UV. A més, aquestes pel·lícules, especialment amb l'extracte SWE-180, van allargar la vida útil de la carn de porc refrigerada. Les FCs obtingudes amb els diferents mètodes de purificació també es van utilitzar per produir aerogels de cel·lulosa. Les diferències composicionals van afectar la microestructura dels aerogels. La capacitat d' absorció i de retenció d'aigua dels aerogels va estar dins dels rangs descrits per a aquest tipus de materials. Per tant, va ser possible obtenir fraccions valoritzades de la palla d' arròs, extractes actius i fibres cel·lulòsiques, útils en el desenvolupament de materials biodegradables actius a base de midó i PLA. Són necessaris més estudis per validar la seguretat alimentària dels materials, així com per al desenvolupament d' altres aplicacions en el camp de la indústria alimentària o farmacèutica. / [EN] This Doctoral thesis focused on obtaining cellulosic fractions and bioactive extracts from rice straw (RS) by applying different extraction and purification techniques, using water as a green solvent. These fractions were incorporated into starch and poly (lactic acid) (PLA)-based films, as well as into starch-PLA bilayers, to obtain active packaging materials useful for extending the shelf life of different food matrices. The extracts obtained by applying a combined ultrasound-reflux heating method (USHT) and subcritical water extraction (SWE) (at 160 °C (SWE-160) and 180 °C (SWE-180)) exhibited high phenolic content (37, 51, 83 mg GAE.g-1 dry extract, respectively) and antioxidant activity (6.3, 2.0, and 1.2 mg dry extract.mg-1 DPPH, respectively). The SWE extracts showed antibacterial activity against L. innocua and E. coli. Cellulose fibres (CF) were isolated from the extraction insoluble fractions and compared with those obtained from the traditional alkaline method. Despite slight differences in the degree of purification, the new methods gave rise to CFs with higher yields than the alkaline method (35-39% vs. 29%), with similar crystallinity (60-69%), thermal behaviour, and aspect ratios. USHT fibres were incorporated into corn starch (1, 3, and 5% wt.), and corn starch-modified by heat treatment, obtained by thermoprocessing. The incorporation of CF at 3% gave rise to films with the best functional properties. When active extracts were incorporated at different ratios (4, 6, and 8% wt.) into the starch matrix, with or without CF (3%), the films were more stretchable and less resistant, but with higher oxygen barrier capacity. Likewise, mono-dose bags of these active and reinforced films effectively reduced the oxidation of packed sunflower oil. Active, plasticised PLA films were produced, incorporating USHT extract (2, 4, and 6% wt.) by thermoprocessing, which exhibited colour and slightly worsened tensile behaviour, but with higher oxygen barrier capacity. The release kinetics of the incorporated antioxidant compounds in food simulants of different polarity (A: aqueous products; and D1: oil-in-water systems) showed that films containing 6% of extract delivered similar antioxidant capacity regardless of the food simulant polarity. Biodegradable bilayers were obtained by laminating plasticised PLA, with and without USHT extract (6%), and thermoplastic starch, with or without USHT CFs (3%). The bilayers exhibited improved overall barrier capacity with respect to the monolayers. However, the interlayer compound migration led to less stiff and resistant films with respect to that expected from the PLA film contribution. The active and reinforced bilayers were able to extend the shelf life of the packed pork meat during cold storage. PLA films with 6% wt. of the different extracts (USHT, SWE-160, and SWE-180) were produced, which exhibited lower mechanical resistance and water vapour barrier capacity, but improved oxygen barrier capacity and intense UV light-blocking effect. Furthermore, the active PLA films, especially with SWE-180 extract, extended the shelf life of cold storage pork meat. The CFs obtained with the different purification methods were also used to produce cellulose aerogels. The differences in the chemical composition of the CFs affected the aerogels' microstructure. The water absorption and retention capacity of the aerogels were within the previously reported ranges for this type of material. Thus, it was possible to obtain valorised fractions of rice straw, active extracts and cellulosic fibres, useful in developing active biodegradable materials based on starch and PLA. Further studies are needed to validate the food safety of the materials, as well as for developing other applications in the food or pharmaceutical industry. / The authors thank the Agencia Estatal de Investigación (Spain) for the financial support through projects PID2019-105207RB-I00/AEI/10.13039/501100011033 and Generalitat Valenciana [grant number GrisoliaP/2019/115]. / Vieira De Freitas, PA. (2022). Valorisation of rice straw by obtaining active compounds and cellulosic materials for the development of biodegradable food packaging systems [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/191380 / Compendio