O interesse no desenvolvimento de filmes biodegradáveis tem aumentado ao longo dos anos, devido às preocupações ambientais com o descarte de materiais não renováveis de embalagens para alimentos. O destino final dos resíduos de indústrias é apresentado como um problema bastante representativo, devido ao fato de que os mesmos, muitas vezes não podem ser reaproveitados pela própria indústria, e exigem custos altos para serem descartados. Neste trabalho, verificou-se a capacidade de desenvolver filmes biodegradáveis, pela técnica de casting, a partir de resíduos da fabricação de cápsulas nutracêuticas de óleo de cártamo, óleo de coco e óleo de coco e cártamo (compostos por gelatina, glicerol e água), bem como o efeito da adição em diferentes proporções (20:4, 30:4, 40:4 e 50:4) de resíduos de cápsulas de óleo de cártamo em soluções filmogênicas de 4% de amido de milho, através de análises físico-químicas, mecânicas, estruturais, de barreira, térmicas e morfológicas. Os filmes elaborados a partir dos resíduos de cápsulas nutracêuticas, apresentaram baixa permeabilidade ao vapor d’água, solubilidade em água intermediária, baixa resistência à tração e módulo de Young e alta elongação na ruptura. Estes resultados demonstram que os filmes possuem aptidão para serem aplicados em alimentos mais secos, e possuem boas características mecânicas que podem favorecer sua aplicação como embalagem para alimentos. A adição de maiores quantidades de resíduo (gelatina e glicerol) na solução filmogênica de amido de milho interferiu nas características, diminuindo a resistência à tração e módulo de Young, e aumentando a elongação na ruptura, permeabilidade ao vapor d’água e solubilidade em água. Estes resultados demonstram que a adição dos resíduos aumentou a elasticidade e flexibilidade dos filmes, possibilitando a aplicação em diferentes embalagens para alimentos, de acordo com suas características. Todos os filmes apresentaram uma boa estabilidade térmica e propriedades morfológicas adequadas, visto que, foram obtidos filmes sem rachaduras e bolhas. Em relação à cor, todos os filmes apresentaram coloração mais amarelada, devido às características do resíduo, e também apresentaram alta transparência. Além disso, os filmes demonstraram excelentes propriedades de proteção contra a radiação UV, indicando que estes filmes podem proteger os alimentos embalados pelos mesmos. Diante do exposto, pode-se observar que é viável a utilização de resíduos da fabricação de cápsulas nutracêuticas para utilização no desenvolvimento de filmes biodegradáveis, sendo que estes resíduos podem ser utilizados separadamente ou em combinação com outros ingredientes. / The interest in developing biodegradable films has increased over the years due to the environmental concerns about the disposal of non-renewable materials for food packaging. The final destination of industrial wastes is presented as a problem fairly represented because seldom can these wastes be reused in industry and requires high costs to be discarded. In this work, the ability to develop biodegradable films was observed, by the casting technique, from manufacture wastes of nutraceutical capsules of safflower oil, coconut oil and coconut and safflower oil (composed of gelatin, glycerol and water), and the effect of the addition of different proportions (20:4, 30:4, 40:4 and 50:4), of safflower oil nutraceutical capsules waste in filmogenic solution of 4% corn starch by physico-chemical, mechanical, structural, barrier, thermal and morphological analyses. The films made from nutraceutical capsule wastes showed low water vapor permeability, intermediate water solubility, low tensile strength and Young’s modulus and high elongation at break. These results demonstrate that the films have the potential to be applied in dry foods and have good mechanical characteristics that can favor its application as packaging for food. The addition of large amounts of waste (gelatin and glycerol) in the filmogenic solution of corn starch changed the characteristics, decreasing the tensile strength and Young’s modulus and increasing elongation at break, water vapor permeability and water solubility. These results demonstrate that the addition of waste increased the flexibility and elasticity of the films, allowing its use in different food packaging, according to their characteristics. All films showed good thermal stability and adequate morphological properties where obtained films were without cracks or bubbles. All films were yellowish in color due to the characteristics of waste and also showed high transparency. Moreover, the films had excellent absorption of UV radiation, indicating that these films may have the ability to protect foods that will be packaged hereafter. This study demonstrates the possibility to utilize nutraceutical capsules waste for the development of biodegradable films, and these wastes can be used separately or in combination with other ingredients.

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 busca por novos materiais de embalagem com o propÃsito de manter ou melhorar a qualidade dos alimentos e, ao mesmo tempo, reduzir a geraÃÃo de lixo nÃo biodegradÃvel, temVencorajado a exploraÃÃo de materiais comestÃveis e/ou biodegradÃveis à base de recursos renovÃveis. A formaÃÃo de filmes exige a presenÃa de um material que forme uma matriz contÃnua e coesa. O amido possui tal propriedade e, por ser abundante e de baixo custo, à uma matÃria-prima interessante para produÃÃo dos filmes. A goma de cajueiro à um polissacarÃdeo complexo, de propriedades filmogÃnicas ainda pouco exploradas. PolissacarÃdeos, como amido e goma de cajueiro, por sua alta polaridade, tÃm boa barreira a oxigÃnio (O2) e diÃxido de carbono (CO2), mas tÃm alta permeabilidade a vapor de Ãgua. A incorporaÃÃo de componentes hidrofÃbicos, como ceras, a filmes de polissacarÃdeos melhora a barreira ao vapor de Ãgua. O principal objetivo do estudo foi desenvolver filmes comestÃveis compÃsitos à base de amido, goma de cajueiro e cera de carnaÃba. Foram obtidos 10 tratamentos por meio de um delineamento de misturas (centroide simplex) com as seguintes proporÃÃes mÃssicas: amido, 15 - 30%; goma de cajueiro, 75 - 85%; e cera de carnaÃba, 0 - 15%. Com intuito de verificar se a temperatura utilizada seria suficiente para que ocorresse a gelatinizaÃÃo do amido, uma anÃlise de difraÃÃo de raio - x (DR-X) foi realizada. A caracterizaÃÃo dos filmes foi realizada por meio das seguintes anÃlises; propriedades mecÃnicas (resistÃncia à traÃÃo - TR, elongaÃÃo na ruptura - ER, mÃdulo elÃstico - ME), opacidade (OP), solubilidade em Ãgua (SOL), permeabilidade ao vapor de Ãgua (PVA) e temperatura de transiÃÃo vÃtrea (Tg). A DR-X comprovou que a temperatura de gelatinizaÃÃo utilizada foi suficiente para provocar a ruptura dos grÃnulos de amido. As proporÃÃes relativas de amido e goma de cajueiro nÃo afetaram muito as propriedades dos filmes formados. A incorporaÃÃo de cera de carnaÃba, por minimizar o teor hidrofÃlico da matriz filmogÃnica, reduziu a solubilidade em Ãgua e a permeabilidade ao vapor de Ãgua. Por outro lado, a cera de carnaÃba aumentou a opacidade dos filmes, e reduziu a resistÃncia à traÃÃo e o mÃdulo elÃstico. Para a elongaÃÃo na ruptura o comportamento foi oposto, ou seja, a cera de carnaÃba favoreceu a elongaÃÃo. A presenÃa de cera nos filmes promoveu o aparecimento de picos endotÃrmicos na curva de fluxo de calor. Entretanto, nos filmes, sem o conteÃdo hidrofÃbico, picos endotÃrmicos nÃo foram observados, com isto pode-se concluir que houve uma interaÃÃo entre os materiais utilizados. / The search for new packaging materials to keep or even improve food quality, at the same time reducing generation of nonbiodegradable waste, has motivated the exploitation of edible and/or biodegradable materials based on renewable resources. Film formation requires the presence of a component which forms a continuous and cohesive matrix. Starch has such a property and, being abundant and relatively cheap, is an interesting material for film formation. Cashew tree gum is a complex polysaccharide whose film forming properties are still poorly exploited. Polysaccharides such as starch and cashew tree gum, due to their high polarity, have good barrier to oxygen (O2) and carbon dioxide (CO2), but high water vapor permeability. The incorporation of hydrophobic components such as waxes to polysaccharide-based films improves their barrier to water vapor. The main objective of this study was to develop composite edible films based on starch, cashew tree gum and carnauba wax. A mixture (simplex centroid) design generated 10 treatments with the following proportions (on a weight basis): starch, 15 to 30%; cashew tree gum, 75 to 85%; and carnauba wax, 0 to 15%. In order to check the temperature used is sufficient had occurred to starch gelatinization, one ray diffraction analysis - x (X-DR) were performed. The film characterization was based on the following analyses: tensile properties (tensile strength - TS, elongation at break - EB, elastic modulus- EM), opacity (OP), water solubility (SOL), water vapor permeability (WVP) and glass transition temperature (Tg). The relative starch:cashew tree gum proportions did not significantly affect the overall film properties. Incorporation of carnauba wax reduced water solubility and water vapor permeability, since it decreased the hydrophilic content of the films. On the other hand, carnauba wax increased the film opacity and reduced their tensile strength and elastic modulus. For elongation at break, the influence of carnauba wax was the opposite, i.e., the property was favored by the wax. The presence of wax in the film promoted the onset of endothermic peaks in the curve of heat flow. However, the films without hydrophobic content, endothermic peaks were not observed, thus we can conclude that there was an interaction between the materials used.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de NÃvel Superior / Atualmente à crescente o nÃmero de pesquisas sobre materiais biodegradÃveis e aproveitamento de resÃduos, devido à necessidade de preservaÃÃo dos recursos naturais e outras questÃes ligadas à sustentabilidade. O objetivo do trabalho foi desenvolver filmes biodegradÃveis a partir de gelatina obtida de resÃduos de tilÃpia adicionados de nanocristais de celulose (NC). A formulaÃÃo do filme foi feita com 9,6% de gelatina de peixe e 25% de glicerol (em base seca) variando a quantidade de nanocristais de celulose de lÃnter nas concentraÃÃes de 0, 5, 10 e 15% (em base seca) com uso ou nÃo de ultrassom (US) na preparaÃÃo do filme. A gelatina foi obtida de resÃduos de carne mecanicamente separada (CMS) de tilÃpia. Os filmes foram obtidos por casting e caracterizados quanto à permeabilidade a vapor de Ãgua, propriedades mecÃnicas de resistÃncia à traÃÃo, elongaÃÃo e mÃdulo elÃstico, propriedades tÃrmicas (DSC), Ãpticas, de estabilidade pela cor, morfolÃgicas (MEV) e de hidrofilicidade a partir do Ãngulo de contato. Os filmes obtidos se apresentaram com boa aparÃncia, homogÃneos e manuseÃveis, com boa transparÃncia e com umidade entre 12,5 e 20,7%, diminuÃda significativamente com a adiÃÃo de NC. Os nanocristais de celulose utilizados foram efetivos para reduzir a permeabilidade ao vapor de Ãgua (PVA), a qual foi reduzida significativamente com a utilizaÃÃo de 10% de NC e uso de ultrassom, e com 15% de NC com e sem US. A adiÃÃo de NC incrementou a resistÃncia à traÃÃo e mÃdulo a partir de 5% com um pequeno decrÃscimo na concentraÃÃo de 15%, e o aumentando o mÃdulo elÃstico a 15% de NC com ultrassom. NÃo houve efeito significativo com a adiÃÃo de NC e uso de US na elongaÃÃo dos filmes e nem na opacidade. O uso de ultrassom melhorou a barreira ao vapor de Ãgua, mÃdulo elÃstico e nÃo influenciou significativamente as propriedades de traÃÃo, elongaÃÃo e opacidade. As imagens obtidas por microscopia eletrÃnica de varredura apresentaram aglomerados, possivelmente pela presenÃa de minerais ou estruturas cristalinas de colÃgeno residuais do processo de hidrÃlise para obtenÃÃo da gelatina ou dos filmes, alÃm de processos com o tempo de armazenamento. As anÃlises de DSC mostraram possÃveis fenÃmenos de fusÃo da gelatina e outros processos tÃrmicos simultÃneos no primeiro ciclo, alÃm de processos tÃrmicos no segundo ciclo que podem estar associados à transiÃÃo vÃtrea, os quais nÃo foram influenciados expressivamente pelo teor de NC e pelo uso de US, porÃm foram bastante influenciados pelo tempo de armazenamento dos filmes. Estes apresentaram pequena intensidade de cor que foi mais intensificada com a quantidade de nanocelulose e nÃo variou de forma expressiva com o tempo, indicando que os filmes apresentaram cor estÃvel. O Ãngulo de contato revelou que a NC nÃo interferiu na hidrofilicidade dos filmes. O melhor filme obtido para aplicaÃÃo em alimentos foi o com 10% de nanocelulose e utilizaÃÃo de ultrassom por apresentar melhor barreira à Ãgua e melhores propriedades mecÃnicas, nÃo interferindo na transparÃncia dos filmes. / Currently the studies about biodegradable materials and waste recovery are increasing, due to need to preserve natural resources and other issues related to sustainability. The objective of this work is to develop biodegradable films from tilapia waste gelatin and cellulose nanocrystals (CN). The formulation of the film was made with 9.6% fish gelatin, glycerol 25% (on dry basis) and varying the amount of nanocrystals from linter pulp at concentrations of 0, 5, 10 and 15% (on a dry basis) and the use of ultrasonic treatment (US) in the preparation of films. The films were obtained by casting and characterized with respect to water vapor permeability (WVP), mechanical properties (tensile strength, elongation and elastic modulus), thermal properties (DSC), optical properties, color stability, morphology (SEM) and hydrophilicity by contact angle. The obtained films are presented in good shape, homogeneous and manageable, with good transparency and moisture content between 12.5 and 20.7%, which decreased significantly with adding CN. Cellulose nanocrystals were effective in reducing the permeability, substantially decreasing WVP with use of 10% CN and US, and 15% of NC with US and without US. The addition of CN increased tensile strength from 5% CN and with a small decrease in concentration of 15%. The elastic modulus increased at 15% with US. There was no significant effect with the addition of NC and use of US at elongation of films and no effects in opacity of films. The use of ultrasound has improved barrier to water vapor and elastic modulus, and it did not has significant influence on the properties of tensile strength, elongation and opacity. The images obtained by scanning electron microscopy showed structures originating from gelatin, possibly by presence of minerals or crystal structures of collagen in the process of obtaining gelatin or films, and processes with storage time. The DSC analysis showed possible phenomena of gelatin melting or other thermal processes simultaneously in the first cycle, and thermal processes in the second cycle, which can be associated with glass transition of gelatin. These events were not influenced significantly by CN content and use of US, but were heavily influenced by storage time of films. These showed little color intensity, which was further enhanced by the amount of CN and did not vary significantly with time, indicating that colors of the films were stable. Contact angle analysis have shown that CN did not decrease the hidrofilicity of films. The best film obtained for application to food products was 10% with NC and use of ultrasound due to better barrier to water, improved mechanical properties and the same transparency.

Uma das alternativas possíveis para substituir os materiais sintéticos na área de embalagem de alimentos é o desenvolvimento de filmes baseados em biopolímeros. Vários estudos têm demostrado o melhoramento nas propriedades de filmes baseados em biopolímeros, devido à utilização de nanopartículas como reforço. No entanto, as melhorias observadas são ainda limitadas e pode-se considerar que isso é devido a problemas de dispersão das nanopartículas em água, especialmente quando se utiliza a técnica tipo casting. Assim, os objetivos deste projeto foram: A) estudar a qualidade da dispersão de nanopartículas de montemorilhonita em água, e B) estudar o efeito dessas dispersões sobre algumas propriedades físicas e funcionais de filmes de gelatina produzidos com elas. As nanopartículas foram dispersas em água na concentração de 1 g MMT/100 g solução, com três dispositivos: homogeneizador mecânico (UT), moinho coloidal (MC) e processador ultrassônico (US). As dispersões foram analisadas para determinação de tamanho das partículas e potencial zeta, e por microscopia eletrônica de varredura e microscopia de força atômica. Os filmes foram produzidos pela técnica de \"casting\", com 5 g de gelatina/100 g de solução filmogênica e 30 g de glicerol/100g de gelatina. A concentração de nanopartículas foi 0, 1, 3, 5 e 7 g de MMT/100g de gelatina. Os filmes de controle e nanocompósitos produzidos com as dispersões de montemorilhonita foram caracterizados para determinação de espessura, umidade, solubilidade, permeabilidade ao vapor de água, propriedades mecânicas por testes de tração e perfuração, cor e opacidade, brilho, microestrutura por microscopia eletrônica de varredura e microscopia de força atômica, transição vítrea por calorimetria diferencial de varredura, difração de raios-X, espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier e ângulo de contato. O potencial zeta e tamanho médio da partícula foi -53, -40, -47 mV e 377, 289, 395 nm, para as dispersões processadas por UT, US e MC, respectivamente. No geral, os filmes reforçados com montemorilhonita, foram 44% menos brilhantes e foram ligeiramente mais hidrofílicos do que os filmes de controle. A tensão na ruptura aumentou de 22 MPa para filmes de controle até 40 MPa, quando a concentração da montemorilhonita foi de até 5 g de MMT/100g de gelatina. A permeabilidade ao vapor de água não variou nos filmes nanocompósitos. O método de dispersão utilizado teve uma forte influência sobre a qualidade das dispersões, afetando o tamanho da partícula e potencial zeta, com efeito evidente sobre as propriedades físicas dos nanocompósitos. A concentração crítica de montemorilhonita como reforço pareceu estar limitada a 5 g de MMT/100 g de gelatina. / One of the possible alternatives to replace synthetic materials in the area of food packaging is the development of films based on biopolymers. Several studies have demonstrated the improvement in properties of films based on biopolymers due to the use of nanoparticles as reinforcement. However, the observed improvements are still limited and it can be considered that this is due to dispersion problems of nanoparticles in water, particularly when using the casting technique. The aim of this project was to study the quality of the dispersion of nanoparticles (montmorillonite) in water, and to analyze the effect of these dispersions on some physical and functional properties of gelatin films. The nanoparticles were dispersed in water (1 g MMT/100 g solution), with three devices: mechanical homogenizer (UT), colloidal mill (MC) and ultrasonic processor (US). The dispersions were analyzed for determination of particle size and zeta potential, and by scanning electron and atomic force microscopies. Films were produced by casting, with 5 g of gelatin/100 g of film-forming solution and 30 g of glycerol/100 g of gelatin. The nanoparticles concentrations were 0, 1, 3, 5 and 7 g of MMT/100g of gelatin. The control and nanocomposite films were characterized for determination of thickness, moisture, water solubility, water vapor permeability, tensile and puncture mechanical properties, color and opacity, brightness, microstructure by scanning electron microscopy and atomic force microscopy, glass transition temperature by differential scanning calorimetry, X-ray diffraction, infrared spectroscopy with Fourier transform and contact angle. The zeta potential and average particle size was -53, -40, -47 mV and 377, 289, 395 nm; for UT, US and MC dispersions, respectively. In general, the films filled with montmorillonite were 44% less glossy and were slightly more hydrophilic than control film. The maximum tensile strength increased from 22 MPa for control film to 40 MPa when the concentration of montmorillonite was up to 5 g of MMT/100g of gelatin. The water vapor permeability did not change in the nanocomposite films. The dispersion method used had a strong influence on the quality of dispersions; it can affect the particle size and zeta potential, with evident effect on the physical properties of nanocomposites. The critical concentration of montmorillonite as reinforcement seemed to be limited to 5 g of MMT/100 g of gelatin maximum tensile strength increased from 22 MPa for control film to 40 MPa when the concentration of montmorillonite was up to 5 g of MMT/100g of gelatin. The water vapor permeability did not change in the nanocomposite films. The dispersion method used had a strong influence on the quality of dispersions; it can affect the particle size and zeta potential, with evident effect on the physical properties of nanocomposites. The critical concentration of montmorillonite as reinforcement seemed to be limited to 5 g of MMT/100 g of gelatin.

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.

O interesse no desenvolvimento de filmes biodegradáveis tem aumentado ao longo dos anos, devido às preocupações ambientais com o descarte de materiais não renováveis de embalagens para alimentos. O destino final dos resíduos de indústrias é apresentado como um problema bastante representativo, devido ao fato de que os mesmos, muitas vezes não podem ser reaproveitados pela própria indústria, e exigem custos altos para serem descartados. Neste trabalho, verificou-se a capacidade de desenvolver filmes biodegradáveis, pela técnica de casting, a partir de resíduos da fabricação de cápsulas nutracêuticas de óleo de cártamo, óleo de coco e óleo de coco e cártamo (compostos por gelatina, glicerol e água), bem como o efeito da adição em diferentes proporções (20:4, 30:4, 40:4 e 50:4) de resíduos de cápsulas de óleo de cártamo em soluções filmogênicas de 4% de amido de milho, através de análises físico-químicas, mecânicas, estruturais, de barreira, térmicas e morfológicas. Os filmes elaborados a partir dos resíduos de cápsulas nutracêuticas, apresentaram baixa permeabilidade ao vapor d’água, solubilidade em água intermediária, baixa resistência à tração e módulo de Young e alta elongação na ruptura. Estes resultados demonstram que os filmes possuem aptidão para serem aplicados em alimentos mais secos, e possuem boas características mecânicas que podem favorecer sua aplicação como embalagem para alimentos. A adição de maiores quantidades de resíduo (gelatina e glicerol) na solução filmogênica de amido de milho interferiu nas características, diminuindo a resistência à tração e módulo de Young, e aumentando a elongação na ruptura, permeabilidade ao vapor d’água e solubilidade em água. Estes resultados demonstram que a adição dos resíduos aumentou a elasticidade e flexibilidade dos filmes, possibilitando a aplicação em diferentes embalagens para alimentos, de acordo com suas características. Todos os filmes apresentaram uma boa estabilidade térmica e propriedades morfológicas adequadas, visto que, foram obtidos filmes sem rachaduras e bolhas. Em relação à cor, todos os filmes apresentaram coloração mais amarelada, devido às características do resíduo, e também apresentaram alta transparência. Além disso, os filmes demonstraram excelentes propriedades de proteção contra a radiação UV, indicando que estes filmes podem proteger os alimentos embalados pelos mesmos. Diante do exposto, pode-se observar que é viável a utilização de resíduos da fabricação de cápsulas nutracêuticas para utilização no desenvolvimento de filmes biodegradáveis, sendo que estes resíduos podem ser utilizados separadamente ou em combinação com outros ingredientes. / The interest in developing biodegradable films has increased over the years due to the environmental concerns about the disposal of non-renewable materials for food packaging. The final destination of industrial wastes is presented as a problem fairly represented because seldom can these wastes be reused in industry and requires high costs to be discarded. In this work, the ability to develop biodegradable films was observed, by the casting technique, from manufacture wastes of nutraceutical capsules of safflower oil, coconut oil and coconut and safflower oil (composed of gelatin, glycerol and water), and the effect of the addition of different proportions (20:4, 30:4, 40:4 and 50:4), of safflower oil nutraceutical capsules waste in filmogenic solution of 4% corn starch by physico-chemical, mechanical, structural, barrier, thermal and morphological analyses. The films made from nutraceutical capsule wastes showed low water vapor permeability, intermediate water solubility, low tensile strength and Young’s modulus and high elongation at break. These results demonstrate that the films have the potential to be applied in dry foods and have good mechanical characteristics that can favor its application as packaging for food. The addition of large amounts of waste (gelatin and glycerol) in the filmogenic solution of corn starch changed the characteristics, decreasing the tensile strength and Young’s modulus and increasing elongation at break, water vapor permeability and water solubility. These results demonstrate that the addition of waste increased the flexibility and elasticity of the films, allowing its use in different food packaging, according to their characteristics. All films showed good thermal stability and adequate morphological properties where obtained films were without cracks or bubbles. All films were yellowish in color due to the characteristics of waste and also showed high transparency. Moreover, the films had excellent absorption of UV radiation, indicating that these films may have the ability to protect foods that will be packaged hereafter. This study demonstrates the possibility to utilize nutraceutical capsules waste for the development of biodegradable films, and these wastes can be used separately or in combination with other ingredients.

Orientadores: Carlos Raimundo Ferreira Grosso, Rosemary Aparecida de Carvalho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-16T16:43:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andreuccetti_Caroline_D.pdf: 47636466 bytes, checksum: 58cc2e8b5f7c2abd41a91ff91f15b9cf (MD5) Previous issue date: 2010 / Doutorado / Consumo e Controle de Qualidade / Doutor em Alimentos e Nutrição

A caracterização dielétrica de um material pode ser usada como uma técnica não destrutiva para avaliar e monitorar sua qualidade, bem como no entendimento da relação estrutura-propriedade de um material, através de suas propriedades dielétricas em função da frequência, temperatura, composição química do material, dentre outros. Na literatura há escassez de trabalhos e dados de caracterização dielétrica de filmes a base de biopolímeros. Diante desse contexto, o objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento e a construção de uma instrumentação alternativa a equipamentos disponíveis no mercado, como analisadores de rede e de impedância, que pudesse ser utilizada para a caracterização dielétrica de filmes biodegradáveis a base de gelatina. Foi utilizado o método de placas paralelas na determinação da parte real da permissividade conhecida como permissividade relativa ou constante dielétrica (ε\'). O circuito utilizado para a instrumentação foi um oscilador astável com funcionamento baseado no amplificador operacional (741) chaveado pela carga de um capacitor de placas paralelas cujo dielétrico foi uma amostra de filme biodegradável. A partir dos valores da frequência de oscilação e geometria do capacitor, foi possível calcular a capacitância de cada amostra e, consequentemente obter os valores da permissividade relativa do filme, usando relações básicas bem estabelecidas. Os filmes de gelatina foram produzidos pela técnica de casting sendo utilizados como plastificantes o glicerol (G), o sorbitol (S) e suas misturas, na proporção (G:S) de 30:70, 50:50 e 70:30. Os filmes foram caracterizados quanto à umidade e cristalinidade. A permissividade relativa (ε\') dos filmes, determinada a temperatura ambiente, foi avaliada em função da frequência (5 a 50 kHz), tempo de armazenamento, do teor de umidade e tipo de plastificante. A instrumentação projetada e construída foi capaz de medir com precisão a permissividade relativa das amostras, sendo que essa propriedade diminuiu com o aumento da frequência para todos os filmes. Mantendo-se a frequência constante, não houve variação de ε\' para os filmes de gelatina, independente do plastificante, ao longo de um mês de armazenamento a 24 ± 3 °C. O efeito da umidade foi observado em frequências menores que 25 kHz, sendo que quanto maior o teor de umidade maior a permissividade relativa. O efeito do tipo de plastificante na permissividade relativa dos filmes foi observado a baixas frequências (5 kHz) e filmes plastificados com sorbitol apresentaram maiores valores de ε\'. Os filmes plastificados com maior teor de umidade apresentaram menor cristalinidade, portanto maior mobilidade molecular e consequentemente maior a permissividade relativa. / The dielectric characteristics of a material can be used as a non-destructive technique to evaluate and monitor the quality as well as the understanding of the structure-property of a material, through its dielectric properties as a function of frequency, temperature, chemical composition of the material, among others. In the literature there are few studies and data of dielectric characterization of films based on biopolymers. In this context, the objective of this research was the development and construction of an alternative instrumentation equipment on the market, such as network and impedance analyzers, which could be used for the dielectric characterization of biodegradable films based on gelatin. The method of parallel plates was used to determine the real part of permittivity known as relative permittivity or dielectric constant (ε\'). The circuit used for the instrumentation was an astable oscillator operation based on operational amplifier (741) switched by the load of a parallel plate capacitor whose dielectric was a sample of the biodegradable film. From the values of the oscillation frequency and geometry of the capacitor, it was possible to calculate the capacitance of each sample and thus obtaining values of the relative permittivity of the film, using well established basic relationships. Gelatin films were produced by casting technique being used as plasticizer glycerol (G), sorbitol (S) and mixtures thereof, in proportion (G:S) 30:70, 50:50 and 70:30. The films were characterized for moisture and crystallinity. The relative permittivity (ε\') of the films, determined at room temperature, was evaluated as a function of frequency (5-50 kHz), storage time, moisture content and type of plasticizer. The designed and constructed instrumentation was able to accurately measure the relative permittivity of the samples, being that this property decreased with increasing frequency for all films. Keeping constant frequency, there was no variation in ε\' for the gelatin films, independent of the plasticizer over one month of storage at 24 ± 3 °C. The moisture effect was observed at frequencies lower than 25 kHz, how bigger the moisture content the higher the relative permittivity. The effect of the plasticizer type in relative permittivity of the films were observed at low frequency (5 kHz) and plasticized films with sorbitol have higher ε\' values. The plasticized films with higher moisture content exhibit lower crystallinity, hence larger molecular mobility and consequently higher the relative permittivity.

Visando o desenvolvimento de materiais biodegradáveis para embalagens, blendas de amido/quitosana estruturadas com nanopartículas de montmorilonita (MMT) ou nanofibras de bambu (NFBs) em concentrações de (0,0; 0,5 e 1,0) g de NPs/100 g de polímero foram obtidas pelas técnicas de casting e extrusão. Os bionanocompósitos obtidos das duas técnicas foram caracterizados, bem como foi avaliada a influência da dispersão das nanopartículas sobre as principais propriedades físico-químicas dos bionanocompósitos. Para os filmes produzidos de blendas de amido/quitosana por casting, foram avaliadas as proporções de (5/0; 3,75/0,25; 2,5/2,5; 1,25/0,75 e 0/1) g/100 g base polímero, e a adição dos reforçadores na solução filmogênica. Observou-se uma dispersão assim como uma intercalação satisfatória da MMT nos bionanocompósitos, confirmadas pelas mudanças da cristalinidade devido ao deslocamento do pico característico de 7,2 º para 5,2 º; e os filmes estruturados com NFBs apresentaram variações nas frequências vibracionais dos arranjos moleculares indicando a formação de ligações fortes entre as blendas e os reforçadores. A partir da extrusão da mistura de homo pellets e pellets masterbatch, das blendas de amido/quitosana nas proporções de (100/0; 75/25 e 50/50) g/100 g, foram obtidos compósitos em processo contínuo os quais exibiram propriedades qualitativas satisfatórias assim como mudanças de cristalinidade e interações moleculares. Em relação às propriedades mecânicas, os bionanocompósitos apresentaram um aumento da resposta à tensão assim como da elongação e módulo de elasticidade em relação às concentrações dos reforçadores em cada umas blendas avaliadas. Por outro lado, tanto a formação das blendas como as interações dos reforçadores modificaram significativamente a rede tridimensional dos filmes em relação à taxa de transferência de vapor de água, obtendo-se valores de (155 e 139) g m-2 d-1 para os compósitos obtidos da blenda amido/quitosana 100/0 estruturados com (0,5 e 1,0) g MMT/100 g, respectivamente. Os valores de PVA obtidos são inferiores aos reportados por produtos comerciais como o (PBS) Bionolle™ (330 g m-2 d-1) e (PBAT) Ecoflex® (272 g m-2 d-1). Neste trabalho foi possível desenvolver um material promissor com características diferenciadas e alta aplicabilidade no setor de embalagens biodegradáveis para uso industrial. / Aiming at the development of biodegradable packaging materials, starch/chitosan blends structured with montmorillonite nanoparticles (MMT) or bamboo nanofibers (NFBs) at concentrations of (0.0,0.5 and 1.0) g NPs/100 g of polymer were obtained by the casting and extrusion techniques. The obtained bio-nanocomposites were characterized, as well as, how the dispersion of nanoparticles influenced the main physicochemical properties of the films. For the films from starch/chitosan blends produced by the casting method, the proportions of (5/0, 3.75/0.25, 2.5/2.5, 1.25/0.75 and 0/1) g/100 g based on polymer, were tested and the introducing of the reinforcers into filmogenic solution were evaluated. Satisfactory dispersion and exfoliation of MMT in bio-nanocomposites were confirmed by changes of crystallinity due to displacement of the characteristic peak from 7.2 ° to 5.2 °. In the same way, films structured with NFBs showed variations of the vibrational frequencies of the molecular arrangements indicating strong bonds between the polymer blends and the reinforcers. By the extrusion from the mixture of homo pellets and masterbatch pellets, from starch/chitosan blends at proportions of (100/0, 75/25 and 50/50) g/100 g, the obtained films have exhibited changes of the crystallinity and the molecular interactions. In relation to mechanical properties, the films presented increase of the tension response as well as the elongation and modulus of elasticity in relation to the reinforcer concentration in each evaluated blend. On the other hand, the formation of polymer blends and the interactions of reinforcers with the matrix changed significantly the three-dimensional network and consequently the water vapor transmission (WVT). Films produced from starch/chitosan 100/0, nanostructured with (0.5 and 1.0) g MMT/100 g, exhibited lower values of WVT 155 e 139) gm-2 d -1, respectively, when compared to commercial products such as Bionolle ™ (PBS) 330 g m-2 d-1) and (PBAT) Ecoflex® (272 g m-2 d-1). In this work, it was possible to develop a promising material with desired characteristics in the biodegradable packaging sector with wide application in the industry.