Este projeto tem por objetivo o desenvolvimento de uma embalagem biodegradável tipo espuma, obtida a partir de fécula de mandioca, para o armazenamento de alimentos. As espumas foram obtidas pelo processo de termo-expansão de uma massa de amido, água e aditivos. O estudo das formulações foi dividido em três etapas: na primeira etapa, foi estudada a influência dos sólidos na espuma, foram feitas 5 formulações variando a quantidade de sólidos. Na segunda etapa foi estudada a influência dos plastificantes na espuma e foram testados quatro diferentes plastificantes (PEG 300, PEG 1500, PEG 6000 e PVA). Na terceira etapa foi estudada a influência das cargas minerais nas espumas, foram adicionadas três diferentes tipos de cargas (caulim, talco, CaCO3) em diversas concentrações (0,1; 0,5; 1; 5; 10; 20 e 30%). Em todas as formulações foram analisadas a perda de produção e as características mecânicas das espumas. Os resultados indicaram que a quantidade de fécula influencia a viscosidade da massa, e a mesma está diretamente ligada à perda de produção das espumas. No estudo dos plastificantes, dentre os PEGs, o que apresentou melhor interação com o polímero foi o de menor massa molar (PEG 300), com espumas mais resistentes e flexíveis. As espumas produzidas com PVA apresentaram uma estrutura interna mais homogênea, com alvéolos menores e uniformes em relação às espumas com PEG 300. Isso ocorreu devido o PVA ter propriedades adesivas. A adição de cargas minerais diminuiu a flexibilidade e a resistência à compressão das espumas conforme a quantidade de carga adicionada. Isso indica que não houve uma boa adesão entre as cargas e o polímero (fécula). Verificou-se um acúmulo das cargas inorgânicas na superfície das espumas. As espumas sem adição de carga apresentaram boas características mecânicas, compatíveis com as embalagens comerciais. Foi feita a análise de biodegradabilidade por perda de massa e a espuma se degradou em 20 dias. Tanto a espuma, como os ingredientes utilizados para sua produção (plastificante, amido) não apresentaram toxicidade. Para encerrar o trabalho foi realizada uma análise para verificar a aceitação do produto pelos consumidores. Em todos os parâmetros avaliados (aparência, resistência, confiabilidade e intenção de compra) os consumidores aprovaram o produto. / The objective of this project is the development of biodegradable food packaging, starch foam, made by cassava starch. Starch foam was obtained with a batter of starch, water and additive, through thermo expansion process. Formulation study was divided in three parts: the first step was to verify the starch quantity influence in the starch foam and five formulations with different starch quantities were tested. The second step was to verify the plasticizer influence in the starch foam and four plasticizers were tested (PEG 300, PEG 1500, PEG 6000 and PVA). The third step was to verify the filler influence in the starch foam and three different filler kind were tested (kaolin, talc, CaCO3) in different quantities (0,1; 0,5; 1; 5; 10; 20 and 30%). Mechanical properties and lost of production of starch foam were analyzed in all formulations. Results of first step indicated that the starch quantity in the formulation influenced the batter viscosity and the lost of production of the starch foams. In the second step, the plasticizer PEG 300 (with low molecular weight) presented better performance as compared with PEG 1500 and PEG 6000. Starch foam with PVA presented internal structure more homogeneous than starch foam with PEG 300, due the PVA adhesiveness properties. In the third step, the filler addition did not improve the mechanical properties of starch foam, due there was not interaction between the filler and the polymer (starch). Observing the MEV, there were filler accumulated in the starch foam surface. According biodegradable analysis, starch foam degraded in 20 days. Even starch foam, as all the ingredients (starch, plasticizer), did not present toxicity. Starch foam without filler addition presented mechanical properties similar to the commercials food packaging made by expanded polystyrene and cardboard paper. To finish the work, was realized the acceptance analysis to verity the acceptability of the starch foam. As result, all parameters analyzed (appearance, resistance, trusty and purchase intention) were approved by consumers.

O consumo abusivo de embalagens plásticas tem causado diversos problemas ambientais, visto que as mesmas são produzidas a partir de fontes não renováveis de energia e são resistentes à degradação. Neste contexto, o desenvolvimento de filmes biodegradáveis ativos para aplicação em alimentos é de grande importância pois, além de serem produzidos a partir fontes renováveis e mais sustentáveis, os mesmos podem interagir com o produto embalado e proporcionar benefícios extras em relação aos filmes convencionais. Este trabalho utilizou o bagaço de uva proveniente do processo de vinificação como fonte de antocianinas para o desenvolvimento de filmes biodegradáveis com propriedades antioxidantes. A microencapsulação das antocianinas, realizada com a finalidade de aumentar sua estabilidade, utilizou maltodextrina e goma arábica como agentes encapsulantes. Diferentes formulações de filmes biodegradáveis foram desenvolvidas com as microcápsulas produzidas. Goma arábica, maltodextrina e a combinação das mesmas foram eficientes no processo de microencapsulação (>90% de retenção de antocianinas). Apesar de apresentarem o mesmo teor de antocianinas - quantificadas via cromatografia líquida de alta eficiência - a atividade antioxidante das microcápsulas de goma arábica foi maior. A diferença entre a atividade antioxidante das cápsulas foi atribuída às diferentes solubilidades destas em água, onde maiores solubilidades poderiam liberar mais facilmente as antocianinas encapsuladas. O filme desenvolvido a partir de antocianinas encapsuladas com maltodextrina apresentou melhores propriedades mecânicas e ofereceu maior proteção ao óleo de girassol frente às reações de oxidação, e portanto foi utilizado na produção de sachês de azeite de oliva extra-virgem. O filme desenvolvido apresentou biodegradabilidade comprovada e propiciou maior estabilidade oxidativa ao azeite de oliva nele embalado quando comparado a um azeite embalado em polipropileno comercial. Os resultados obtidos neste trabalho comprovam a potencialidade da utilização de maltodextrina como encapsulante de antocianinas e como ingrediente na produção de filmes biodegradáveis, aplicados principalmente em produtos gordurosos. / The abuse of plastic packaging has caused various environmental problems, since they are produced from non-renewable sources of energy and are resistant to degradation. In this context, the development of active biodegradable films for application in foods is of great importance, since they are produced from renewable and sustainable sources, besides they may interact with the packaged product and provide additional benefits over conventional films. This study used the wine grape pomace as a source of anthocyanins for the development of biodegradable films with antioxidant properties. Microencapsulation of anthocyanins, which was carried out with the purpose of increasing its stability, used maltodextrin and gum arabic as wall materials. Different formulations of biodegradable films were developed with the obtained microcapsules. Gum arabic, maltodextrin and their combination were effective in the microencapsulation process (> 90% retention of anthocyanins). Despite being provided with the same anthocyanins content - quantified by highperformance liquid chromatography - the antioxidant activity of gum arabic microcapsules was greater. The difference between the antioxidant activity of the capsules was attributed to their different solubility in water, so that capsules with higher solubility could release more easily the encapsulated anthocyanins. The film containing anthocyanins encapsulated with maltodextrin showed better mechanical properties and offered greater protection to sunflower oil against oxidation reactions, and so was used in the production of extra-virgin olive oil pouches. The developed film, which was proven to be biodegradable, increased the oxidative stability of the olive oil when compared to olive oil packaged in a commercial polypropylene. The results of this study demonstrate the potential usage of maltodextrin as wall material on encapsulation of anthocyanins and as an ingredient in the production of biodegradable films, mainly applied in fatty products.

Submitted by Raquel Vergara Gondran (raquelvergara38@yahoo.com.br) on 2016-04-27T01:25:16Z No. of bitstreams: 1 ariane schmidt furtado - produo avaliao e aplicao de um extrato proteico proveniente da microalga spirulina platensis.pdf: 2077158 bytes, checksum: 505e9db59057e32477cace2f937214ac (MD5) / Approved for entry into archive by Gilmar Barros (gilmargomesdebarros@gmail.com) on 2016-04-29T21:21:35Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ariane schmidt furtado - produo avaliao e aplicao de um extrato proteico proveniente da microalga spirulina platensis.pdf: 2077158 bytes, checksum: 505e9db59057e32477cace2f937214ac (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-29T21:21:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ariane schmidt furtado - produo avaliao e aplicao de um extrato proteico proveniente da microalga spirulina platensis.pdf: 2077158 bytes, checksum: 505e9db59057e32477cace2f937214ac (MD5) Previous issue date: 2013 / A microalga Spirulina platensis é uma fonte renovável e não-convencional de proteínas que pode ser aplicada na confecção de filmes biopoliméricos, para serem utilizados na produção de embalagens biodegradáveis, minimizando agressões ao meio ambiente e agregando valor a esta matéria-prima antes utilizada principalmente como ração animal. Com base nisso, este trabalho teve por objetivo a produção, avaliação e aplicação de filmes nanocompósitos obtidos a partir de extrato proteico proveniente da microalga Spirulina platensis. Para tanto, inicialmente foi obtido um extrato proteico da Spirulina (EPS) através de extração química por variação do pH. Este extrato, contendo 64 % de proteína (base seca), foi avaliado quanto à sua composição de aminoácidos e caracterizado quanto à sua funcionalidade (solubilidade; capacidade de retenção de água e óleo; capacidade espumante; estabilidade espumante). Posteriormente, o EPS foi utilizado como matéria-prima para obtenção de filmes proteicos nanocompósitos com adição de nanoargila montmorilonita (MMT). A obtenção dos mesmos foi realizada através do preparo de soluções filmogênicas, seguido da técnica de casting e secagem a 40 °C (±2 °C) em estufa com circulação de ar. Foram utilizados dois tipos de planejamento: um para avaliar as variáveis do processo de obtenção dos filmes (Planejamento Fatorial Fracionário) e outro para determinar as melhores condições de obtenção dos filmes (Delineamento Central Composto Rotacional - DCCR). Os filmes foram avaliados quanto às suas propriedades mecânicas (resistência à tração - RT, e elongação) e ópticas (diferença de cor - ΔE* e opacidade – Y %), espessura, permeabilidade ao vapor de água (PVA), solubilidade em água e umidade (U %). Com base na menor PVA (8,51 g.mm.(kPa. d. m2 ) -1 ) e umidade (12,7 %), o filme escolhido para ser utilizado como parte de um sistema de embalagem individual para massa de pizza teve a seguinte formulação: 4,5 g de EPS, 1,35 g de glicerol e 0,1 g de MMT em 150 mL de água destilada, pH 11,0 e temperatura final do processo de 75 °C (ensaio 5 do DCCR). Ele foi um dos filmes menos espesso (0,092 mm), elástico (elongação de 16 %), escuro e opaco, apresentou RT de 2,49 MPa (dentre as maiores) e foi o mais solúvel dos filmes, com solubilidade de 69,2 %. Foi avaliada a eficiência deste filme como parte do sistema de embalagem através de análises de perda de massa, textura e contagem de bolores e leveduras nas pizzas. Verificou-se que o mesmo não foi eficiente em conservar as massas de pizza, pois permitiu uma grande perda de massa e alterações inaceitáveis na textura, indicando assim uma alta permeabilidade ao vapor de água, o que também é indesejável. De modo geral, concluiu-se que é possível obter um extrato proteico a partir de Spirulina e aplicá-lo como matéria-prima de filmes proteicos nanocompósito com adição de MMT. No entanto, o filme em questão não foi eficiente quando aplicado como embalagem para conservação de massa de pizza. / Microalgae Spirulina platensis are a renewable, unconventional source of protein which can generate biopolymeric films to be applied on the production of biodegradable packaging, minimizing environmental damage and adding economic value to a raw material mostly used as animal feed. Based on that, the purpose of this study was to product, evaluate and test an application of nanocomposite films obtained from protein concentrate of Spirulina platensis microalgae. In that regard, a Spirulina-based protein concentrate (SPC) was developed by chemical extraction through pH-shift process. This concentrate contains 64 % protein (dry base) and the tests analyzed its amino acid composition and its functionality (solubility; water/oil absorption capability; capacity of producing foam; foam stability). Afterwards, the SPC was used as raw material to produce nanocomposite protein films with addition of montmorillonite nanoclay (MMT). The production was done using filmogenic solutions, followed by casting and drying at 40 °C (±2 °C) in incubator with blower. Two types of planning were used: Fractional Factorial Planning (FFP), to evaluate film-producing process variables, and Central Composite Rotational Delineation (CCRD), to settle the best conditions to make the films. Those films had their mechanical (tensile strength – TS and elongation) and optical (color deviation and opacity) properties analyzed, as well as thickness, water steam permeability, solubility in water and humidity. Based on the smaller permeability (8.51 g.mm.(kPa. d. m2 ) -1 ) and humidity (12.7 %), the film chosen for use as part of a system of individual packing for pizza dough had the following formulation: 4.5 g of SPC, 1.35 g of glycerol and 0.1 g of MMT in 150 mL of distilled water, pH 11.0 and final process temperature of 75 ºC (CCRD sample no. 5). That film was one of the thinnest (0.092 mm) and less elastic (16 % of elongation), dark and opaque, as well as it had a TS of 2.49 MPa (one of the highest) and was the most soluble (69.2 % of solubility). Its efficiency as part of a packaging system was evaluated by texture, mass losses and mold and yeast count. The tests showed that the film is inefficient to preserve pizza dough, since it was unable to avoid large mass losses and inacceptable texture modifications, indicating moreover high permeability to water steam, which is also undesirable. In conclusion, it is possible to obtain a Spirulina-based protein concentrate and use it to make nanocomposite protein films with addition of MMT. Nevertheless, the film tested in this study is inefficient as part of a packaging system for pizza dough.

<p>Zein is a major storage protein of corn, with unique amphiphilic film forming properties. It is insoluble in water, but soluble in 70% ethanol and acetic acid, and has been declared ‘generally recognized as safe’ (GRAS) by the FDA. Due to new advances in food nanotechnology, zein is being investigated for various applications such as biodegradable packaging, oral delivery of proteins and peptides, scaffold for tissue engineering, as well as biodegradable sensor platforms. The time consuming and highly complicated methods for toxin and allergen analysis in the food industry necessitates the need for a rapid, selective, compact and easy-to-use method of detection for analytes. In the scope of this dissertation, we investigated the feasibility of functional zein nanocomposite films and formation of a zein nanocomposite sensor assembly for rapid and highly selective electrochemical measurements of food toxins and allergens. Fabrication of a zein based electrochemical amperometric sensor assembly was studied, first through the comparison of various zein film characteristics changes with the application of Laponite®, graphene oxide and carbon nanotube nanoparticles, followed by a proof-of-concept study by detecting the gluten allergen protein gliadin. </p> <p>To mechanistically study the functional zein nanocomposite films, Laponite®, a silica nanoparticle, was added in the presence of 70% ethanol solvent and oleic acid plasticizer. The films were studied using various characterization techniques like transmission electron microscopy (TEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), atomic force microscopy (AFM), thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), water contact angle measurements etc. Through Si-N bond formation between Laponite® and zein, fabricated zein nanocomposite films showed increase in surface hydrophobicity, water vapor barrier properties, tensile strength and Young’s modulus. Graphene oxide (GO), a carbon nanoparticle, was also incorporated into zein through the solvent casting process. Uniform dispersion of GO nanoparticles within zein matrix were confirmed up to 1% GO loading, and covalent and hydrogen bonding mechanisms were proposed. Similar to zein-Laponite® (Z-LAP) nanocomposites, zein-GO (Z-GO) showed increase in hydrophobic tendencies, rougher surface and a 300% improvement in Young’s modulus and 180% improvement in tensile strength at only 3% GO loading. Both nanoparticles increased tensile strength, thermal stability and water vapor barrier property of the films, indicating a potential for food packaging as an alternative application for the nanocomposite films.</p> Finally, the research focused on the fabrication of an electrochemical amperometric sensor, capable of detecting the protein gliadin, which is responsible for the allergic reaction with people having celiac disease. Novel biodegradable coatings made from zein nanocomposites: zein-graphene oxide, zein-Laponite® and zein-multiwalled carbon nanotubes (Z-CNT) using drop casting technique were tested for fabricating the electrochemical sensors using cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and square wave voltammetry (SWV) techniques. As Z-CNT produced the strongest signals compared to other nanomaterials, the active tip of the electrochemical sensor was functionalized through a sequence of layer by layer deposition of Z-CNT nanocomposite, antibody and target analyte. Here, Z-CNT acts as a natural linker molecule with large number of functional groups, that causes immobilization of capture antibody and target, to ensure high sensor performance. Both CV curves and SWV curves indicated successful sequential immobilization of gliadin antibody onto the Z-CNT coated electrode. The Z-CNT biosensor was successfully able to give CV signals for gliadin toxins for as low as 0.5 ppm and was highly specific for gliadin in the presence of other interfering molecules, and remained stable over a 30-day period. The low-cost, thin, conductive zein films offered a promising alternative for protein immobilization platforms used in sensors and can be extended to other matrices in biosensors as well as other functional film applications