Embalagens de plástico expandido são utilizados como embalagens de alimentos, entre eles o poliestireno expandido (EPS). Suas principais características são a leveza e sua não biodegradabilidade. Estas embalagens geralmente são descartadas logo após o uso e geram grandes quantidades de resíduos. Espumas feitas a base de amido termoplástico (TPS) podem substituir o EPS nestes casos, pois são feitas a partir de fontes renováveis e são materiais biodegradáveis. Entretanto, embalagens de espuma TPS possuem grande afinidade pela água e isso consequentemente afeta seu uso. Uma forma de resolver este problema é recobrir estas espumas TPS com um material mais hidrofóbico, dificultando o contato da água com o amido. Nesse sentido, o objetivo deste trabalho foi desenvolver espumas de TPS de diferentes amidos e revesti-las com quitosana e poliácido láctico (PLA), pois também são materiais biodegradáveis e são menos hidrofílicos do que o amido. Três fontes de amido (batata, mandioca e milho) foram analisadas conjuntamente para produzir espumas TPS com propriedades mais desejáveis para embalagens. As espumas foram produzidas a partir de amido, glicerol e água nas proporções mássicas de 62/5/33, respectivamente. Dentre os tipos de amido escolhidos, a espuma TPS de milho mostrou ser mais densa e rígida, apresentando maior densidade e maior módulo elástico (0,20 g/cm3 e 106 MPa, respectivamente) em comparação com espumas TPS de batata (0,11 g/cm3 e 39 MPa) e mandioca (0,10 g/cm3 e 39 MPa). A espuma TPS de batata apresentou maior flexibilidade e resistência ao impacto, e devido a estas vantagens é a mais adequada ao uso em embalagens. Os recobrimentos de quitosana e PLA diminuíram a absorção de água da espuma TPS. Enquanto que a espuma sem recobrimento absorveu aproximadamente 280% do seu peso em água, espumas TPS com 6% m/v de quitosana absorveram 100% e espumas TPS com 6% m/v de PLA absorveram 50% em média. O PLA mostrou ser a melhor opção de recobrimento para as espumas pois apresentou os menores valores de absorção de água e aumentou as propriedades mecânicas da espuma. / The expanded polystyrene (EPS) is used in a variety of food packaging, mainly in packages whose characteristics is the single use. These packages are usually discarded soon and generate large amounts of waste. Thermoplastic starch (TPS) foams can replace the EPS in these cases, because it comes from renewable and biodegradable sources. However, starch packaging has great affinity for water and it affects its use. One way to solve this problem is to cover the TPS foam with a more hydrophobic material, hindering the contact of water with starch. In this work, chitosan and polylactic acid (PLA) were used as coatings, as they are also biodegradable materials and are more hydrophobic than starch. Three sources of starch (potato, cassava and corn) were analyzed conjointly to produce TPS foams with more desirable properties for packaging. The foams were made from starch, glycerol and water in the proportion of 62/5/33 (% m/m) respectively. Among the starch types used, corn TPS foam presented higher density and higher stiffness (0,20 g/cm3 and 106 MPa, respectively) compared to potato (0,11 g/cm3 and 39 MPa) and cassava (0,10 g/cm3 e 39 MPa) TPS foams. The potato TPS foam showed greater flexibility and impact resistance, and due to these advantages is the most suitable for use in packaging. The chitosan and PLA coatings decreased the water absorption of the TPS foam. While the uncoated TPS foam absorbed approximately 280% of its weight in water, TPS foams with 6% w/v chitosan absorbed 100% and TPS foams with 6% m / v PLA absorbed 50% on average. The PLA was found to be the best option for coating the TPS foams because presented the lowest water absorption values and increased the mechanical properties of the foams.

Os reatores anaeróbios de tratamento de esgoto possibilitam elevada remoção de matéria orgânica, com menor custo em comparação com os processos aeróbios. Entretanto, esses reatores geralmente são pouco eficientes na remoção de nutrientes e seu efluente pode apresentar valores relativamente elevados de DQO e de sólidos suspensos. Por isso, investigou-se a aplicação de cloreto férrico e auxiliares de floculação no afluente de um reator anaeróbio de leito expandido em escala real (Volume = 32 m3; TDH = 3,2 h), no intuito de elevar as eficiências de remoção de DQO, turbidez, fósforo e sólidos. Foram realizados testes de Atividade Metanogênica para avaliar a toxicidade do cloreto férrico ao lodo do reator, mas nenhum efeito tóxico foi detectado para concentrações de até 500 mg FeCl3/l. Em seguida, foram realizados testes em reator de bancada (jar test), quando foi investigado o uso de cloreto férrico (dosagens entre 40 e 200 mg/l) em conjunto com um polímero catiônico, um polímero aniônico e amido natural de batata (dosagens entre 0,5 e 2,0 mg/l), sendo obtidos os melhores resultados com cloreto férrico e polímero aniônico. As eficiências médias diárias de remoção no reator de leito expandido foram elevadas de 64% para 71%, para DQO; de 47% para 59%, para turbidez; de 17% para 31%, para fósforo; e de 52% para 77%, para SST, quando aplicadas dosagens de 40 mg/l de cloreto férrico e 1,0 mg/l de polímero aniônico. / Anaerobic reactors for wastewater treatment have high capacity in removing organic matter and lower costs in comparison with aerobic processes. Nevertheless, anaerobic reactors generally are less efficient in nutrient removal and their effluents may present relatively high COD and total suspended solid (TSS) concentrations. Hence, the application of ferric chloride (FeCl3) and flocculant aids to a full-scale (Volume = 32 m3; HRT = 3,2 h) anaerobic expanded bed reactor influent was investigated to improve removal of COD, turbidity, phosphorous and solids. Methanogenic activity tests were conducted to evaluate toxicity of ferric chloride against methanogenic anaerobic reactor sludge. Tests showed that no toxic effect occurred before concentrations of FeCl3 reached 500 mg/l. Conventional bench-scale jar tests were conducted and ferric chloride was tested in combination with a cationic polymer, an anionic polymer and natural potato starch. Best results were obtained when ferric chloride was employed with anionic polymer. Average daily removal rates were increased from 64% to 71% for COD, from 47% to 59% for turbidity, from 17% to 31% for phosphorous and from 52% to 77% for TSS when dosages close to 40 mg/l of ferric chloride and 1,0 mg/l of anionic polymer were applied to anaerobic expanded bed reactor influent.

L’objectif de ce travail est de démontrer que la présence de glucomannane de konjac (KGM) dans une matrice d’amidon de pomme de terre permet d’accroître sa stabilité physique sans inhiber l’encapsulation moléculaire de composés d’arôme par l’amylose. Pour cette étude, les deux polyosides choisis sont issus de tubercules de plantes abondantes dans la nature.L’amidon est connu pour interagir avec des composés volatils, soit en les piégeant dans la zone amorphe, soit en formant des complexes d'inclusion. Ce phénomène est appelé encapsulation moléculaire. Cependant, les matrices amylacées à forte teneur en eau présentent une synérèse pouvant être néfaste sur la stabilité du piégeage des composés d’arôme dans le temps. Le KGM possède une capacité à former des solutions extrêmement visqueuses. L’ajout de KGM à faible concentration (0,2 %) à une suspension d’amidon (5 %) perturbe la gélatinisation de l’amidon, accélère la rétrogradation de l’amylose et ralentit la rétrogradation de l’amylopectine. Lors d’un vieillissement accéléré, la présence de KGM assure la stabilité de la suspension d’amidon. Dans une matrice amidon – KGM, l’encapsulation moléculaire du carvacrol par l’amylose a été mise en évidence. Les complexes formés sont de type V6III. Leur formation est dépendante des conditions expérimentales. L’utilisation du propylène glycol favorise la formation de complexes amylose carvacrol. Lors d’un vieillissement accéléré, le KGM assure la stabilité du piégeage du carvacrol.La matrice amidon de pomme de terre – KGM avec un ajout du carvacrol en fin de process présente la stabilité physique du gel et la stabilité du piégeage du carvacrol les plus optimales. / The objective of this study is to demonstrate that the presence of konjac glucomannan (KGM) in a potato starch matrix enhances its physical stability without inhibiting the molecular encapsulation of aroma compounds by amylose. For that purpose, the two selected polysaccharides are from plant tubers, abundant in nature.Starch is known to interact with volatile compounds either by trapping in amorphous phase or by forming inclusion complexes. This phenomenon is called molecular encapsulation. However, at high water content, these starchy matrices exhibit syneresis that can be harmful to the stability of the aroma compounds trapping over time. KGM has the ability to form highly viscous solutions. Our results show that the addition of KGM at low concentration (0.2 %) in starch dispersion (5 %) disrupts the gelatinisation of starch, accelerates the retrogradation of amylose and delays the one of amylopectin. During accelerate aging, the presence of KGM ensures stability of starch suspensions.In starch – KGM matrix, the molecular encapsulation of carvacrol by amylose has been demonstrated. The complexes of caravacrol – amylose are V6III type structure. Their establishment is dependent on experimental conditions. The use of propylene glycol as carrier solvent of carvacrol promotes the formation of complexes between amylose and carvacrol. During accelerate aging, the presence of KGM ensures the stability of carvacrol trapping.The potato starch – KGM matrix with an addition of carvacrol at the end of the process shows the best physical stability of the gel and the best carvacrol trapping.

Starch modification is a widely employed and important technique, allowing to obtain ingredients with different characteristics, expanding the range of applications of starches and bringing competitive advantages for different industries. Despite the production of toxic residues, and despite the increasing concern about environmental issues, the use of chemical agents in starch modification by oxidation is still very popular. Ozone can be a solution to change it, since is a very powerful oxidising agent that can be quickly decomposed into oxygen, whose residues meet the global demand for sustainability. Therefore, it can be a safer alternative for both consumers and environment. In this work the use of ozone in aqueous solution as a starch modification method was evaluated. The effects of the different ozonation times on the structure and properties of the potato starch were investigated. With increasing the ozonation time, it was observed an increase in the carbonyl, carboxyl and reducing sugar contents, as well as a decrease in the pH, apparent amylose content and molecular size, demonstrating that the potato starch processed with ozone was modified in its molecular level. Further, X-ray diffraction analysis showed no significant changes in the relative crystallinity of the granules, while in the microscopy analysis it was observed some alterations in the granules morphology. All these changes directly affected the modified starch properties, resulting in significant differences in the pasting properties, gel texture and paste clarity. The obtained results are promising, since they can prove the effectiveness of using ozone, a still little explored and sustainable method, as an efficient oxidizing agent for starch modification. / Modificação de amidos é uma técnica amplamente empregada e muito importante, permitindo a obtenção de ingredientes com diferentes características, ampliando a gama de aplicação dos amidos e trazendo vantagens competitivas para diferentes indústrias. Apesar da produção de resíduos tóxicos, e apesar da crescente preocupação com as questões ambientais, o uso de agentes químicos na modificação de amidos ainda é muito popular. O ozônio pode ser uma alternativa para mudar este cenário, uma vez que é um poderoso agente oxidante que pode ser rapidamente decomposto em oxigênio, cujos resíduos vão de encontro com a demanda global por sustentabilidade. Portanto, esta pode ser uma alternativa mais segura tanto para os consumidores quanto para o meio ambiente. Neste trabalho avaliou-se o uso de ozônio em solução aquosa como método de modificação de amido. Foram investigados os efeitos de diferentes tempos de ozonização na estrutura e nas propriedades do amido de batata. Com o aumento do tempo de ozonização, foram observados aumento nos teores de carbonila, carboxila e açúcares redutores e diminuição no pH, no teor de amilose aparente e no tamanho molecular, demonstrando que o amido de batata processado com ozônio foi modificado a nível molecular. Além disso, análises de difração de raio-X não mostraram alterações significativas na cristalinidade relativa dos grânulos, enquanto nas análises de microscopia foram observadas algumas alterações na morfologia dos grânulos. Todas estas alterações afetaram diretamente as propriedades do amido modificado, resultando em diferenças significativas nas propriedades de pasta, textura de gel e claridade de pasta. Os resultados obtidos são bastante promissores, uma vez que provam a eficácia de se utilizar o ozônio, um método sustentável e ainda pouco explorado, como um eficaz agente oxidante para a modificação de amido.

Es wird der Eigenschaftsbereich von thermisch modififizierter Kartoffelstärke erweitert und durch viele Proben sowie eine große Probenmenge verififiziert. Ziel ist es neue Möglichkeiten zur Optimierung der Stärke-Prozesskette zu erschließen und somit das industrielle Anwendungsspektrum für den Ausgangsstoff Stärke zu vergrößern. Native und konditionierte Kartoffelstärke werden auf neuartige Weise durch eine (Vakuum-)Mikrowellenbehandlung und durch eine konvektive Ofenbehandlung im Labormaßstab thermisch modififiziert. Um Einflussparameter auf die resultierende Eigenschaftsänderung zu identififizieren, werden das Quellungs- und Lösungsverhalten der Stärkeproben in wässriger Umgebung charakterisiert sowie das Stärkegel mikroskopisch untersucht. Eine Steigerung der variierten Behandlungsparameter (Behandlungsdauer und -temperatur bzw. -leistung) bewirkt unabhängig vom Behandlungsverfahren eine Zunahme der Quellung und der Löslichkeit. Die schlüssige grafifische Darstellung der Ergebnisse offenbart die Unterschiede zwischen den thermischen Verfahren. Bei der Mikrowellenbehandlung verursacht der ungehinderte Eintrag der Feldenergie in die Stärke eine erheblich schnellere Modififikation gegenüber der Ofenbehandlung. Bei der Vakuum-Mikrowellenbehandlung bewirkt der große Dampfdruck-Gradient eine intensivere Behandlung gegenüber der Mikrowellenbehandlung bei Atmosphärendruck. Mit den Verfahren können vorbestimmte Eigenschaften der Kartoffelstärke bewirkt werden, bspw. verursacht die Mikrowellenbehandlung eine geringere Löslichkeit als die Ofenbehandlung. Bei der Ofenbehandlung verringert eine Befeuchtung die Quellung und die Löslichkeit, was ähnlich dem Heat-Moisture-Effekt auf eine Modififikation der Stärkestruktur bei erhöhter Feuchte zusammen mit hoher Temperatur hindeutet. Die mikroskopische Geluntersuchung zeigt Unterschiede des Stärkegels für die verschiedenen Verfahren. Nach der Vakuum-Mikrowellenbehandlung brechen bei der Quellung einzelne Körner im Glasübergangsstadium auf und die Kornfragmente sind als Schlieren sichtbar.

Es wird der Eigenschaftsbereich von thermisch modififizierter Kartoffelstärke erweitert und durch viele Proben sowie eine große Probenmenge verififiziert. Ziel ist es neue Möglichkeiten zur Optimierung der Stärke-Prozesskette zu erschließen und somit das industrielle Anwendungsspektrum für den Ausgangsstoff Stärke zu vergrößern. Native und konditionierte Kartoffelstärke werden auf neuartige Weise durch eine (Vakuum-)Mikrowellenbehandlung und durch eine konvektive Ofenbehandlung im Labormaßstab thermisch modififiziert. Um Einflussparameter auf die resultierende Eigenschaftsänderung zu identififizieren, werden das Quellungs- und Lösungsverhalten der Stärkeproben in wässriger Umgebung charakterisiert sowie das Stärkegel mikroskopisch untersucht. Eine Steigerung der variierten Behandlungsparameter (Behandlungsdauer und -temperatur bzw. -leistung) bewirkt unabhängig vom Behandlungsverfahren eine Zunahme der Quellung und der Löslichkeit. Die schlüssige grafifische Darstellung der Ergebnisse offenbart die Unterschiede zwischen den thermischen Verfahren. Bei der Mikrowellenbehandlung verursacht der ungehinderte Eintrag der Feldenergie in die Stärke eine erheblich schnellere Modififikation gegenüber der Ofenbehandlung. Bei der Vakuum-Mikrowellenbehandlung bewirkt der große Dampfdruck-Gradient eine intensivere Behandlung gegenüber der Mikrowellenbehandlung bei Atmosphärendruck. Mit den Verfahren können vorbestimmte Eigenschaften der Kartoffelstärke bewirkt werden, bspw. verursacht die Mikrowellenbehandlung eine geringere Löslichkeit als die Ofenbehandlung. Bei der Ofenbehandlung verringert eine Befeuchtung die Quellung und die Löslichkeit, was ähnlich dem Heat-Moisture-Effekt auf eine Modififikation der Stärkestruktur bei erhöhter Feuchte zusammen mit hoher Temperatur hindeutet. Die mikroskopische Geluntersuchung zeigt Unterschiede des Stärkegels für die verschiedenen Verfahren. Nach der Vakuum-Mikrowellenbehandlung brechen bei der Quellung einzelne Körner im Glasübergangsstadium auf und die Kornfragmente sind als Schlieren sichtbar.:1 Einleitung 1.1 Hintergrund - Marktrelevanz von Stärke 1.2 Motivation - Verfahrensrelevanz von Stärke 1.3 Zielsetzung und Lösungsansatz 2 Stand des Wissens über Stärke 2.1 Thermodynamische Modellvorstellung für hygroskopische, kapillarporöse Materialien 2.2 Aufbau 2.3 Eigenschaften in wässriger Umgebung 2.4 Thermische Behandlungsverfahren und Charakterisierungsmethoden 3 Material und Methoden 3.1 Ausgangsmaterial Kartoffelstärke 3.2 Bestimmung der Feuchte im Stärkepulver 3.3 Konditionierung zur Variation der Anfangsfeuchte im Stärkepulver 3.4 Thermische Behandlung der Stärke im Ofen 3.5 Thermische Behandlung der Stärke in der Mikrowelle 3.6 Labortechnische Charakterisierung der Quellung und der Löslichkeit 3.7 Mikroskopische Untersuchung des Stärkegels 4 Durchführung 4.1 Experimenteller Ablauf 4.2 Versuchsplanung 4.3 Ergebnisdarstellung 5 Ergebnisse und Diskussion 5.1 Einfluss der Wasserbadtemperatur auf Charakterisierungsparameter 5.2 Charakterisierung nativer Stärke mit variierter Anfangsfeuchte 5.3 Charakterisierung der im Ofen behandelten Stärke 5.4 Charakterisierung der Vakuum-Mikrowellen behandelten Stärke 5.5 Charakterisierung der Mikrowellen behandelten Stärke 5.6 Gegenüberstellung der untersuchten Behandlungsverfahren 6 Zusammenfassung und Ausblick