O desenvolvimento de materiais biodegradáveis, a partir de biopolímeros, para embalagens ou coberturas tem grande interesse para a indústria de alimentos. Na elaboração desses materiais, os amidos e as proteínas são muito usados por serem abundantes na natureza, de baixo custo e apresentam propriedades de formar filmes. A cañihua (Chenopodium pallidicaule), grão alto-andino pouco explorado industrialmente, tem altos conteúdos de carboidratos (~58 %) e proteínas (~18 %), e apresenta potencial para ser utilizado como matéria-prima na extração de amido comercial. Diante desse contexto, o objetivo desse trabalho foi extrair e caracterizar o amido de duas variedades de cañihua, Cupi (CC) e Illpa (CI), e selecionar uma dessas variedades para o desenvolvimento de filmes a base de amido ou de farinha. Além disso, a variedade selecionada foi usada para obter um material rico em amido e proteínas, denominado de farinha, que também foi usado para a produção de filmes biodegradáveis. Os grãos de cañihua das variedades Illpa e Cupi são muito similares na forma e tamanho dos grãos, porém os conteúdos de lipídios e cinzas são maiores para CC e o teor de fibras, para a CI. A extração do amido foi feita com solução de hidróxido de sódio (0,25 % m/v) e suas características estruturais, físico-químicas e funcionais foram determinadas. O rendimento desse processo foi de aproximadamente 33 %, e o amido da variedade CC apresentou maiores teores de lipídeos. Os amidos de ambas as variedades, observados em microscópio de varredura eletrônica, apresentaram superfícies granulares lisas e com formatos esféricos de pequeno tamanho (D[3,2] ~ 0,96 µm). A distribuição de tamanho de partícula, o índice de cristalinidade, os espectros de FTIR, poder de inchamento, propriedades óticas e térmicas foram semelhantes, porém o teor de amilose foi maior para a variedade CC. Maiores valores de solubilidade e viscosidade (propriedades de pasta) foram observados para o amido da variedade Cupi e pode estar associado ao maior conteúdo de amilose. O amido da cañihua Cupi foi selecionado para a produção de filmes, por apresentar maiores teores de amilose e de lipídeos. Na obtenção da farinha de CC, usando soluções de NaOH e HCl (0,2 N), o rendimento foi estimado em 56 % (g/100 g de grãos). O teor de proteínas na farinha foi de 79 % (g/100 g sólidos) em relação ao grão. O alto conteúdo de proteínas favoreceu a formação de aglomerados que foram observados nas micrografias da farinha de CC, que apresentou diferenças nas propriedades óticas, de pasta e de solubilidade em relação ao amido da mesma variedade. Os filmes de amido ou farinha foram obtidos pelo método casting com adição de glicerol como plastificante (15 g/100 g de macromoléculas). A caracterização da microestrutura permitiu observar as diferenças físicas entre os filmes de amido ou farinha de cañihua Cupi, assim como as características estruturais foram úteis para explicar o comportamento das outras propriedades. Em umidades relativas altas, os filmes de amido ou farinha CC apresentam o mesmo comportamento de sorção de umidade e permeabilidade ao vapor de água, no entanto, em contato direito com a água (solubilidade e ângulo de contato), esses materiais apresentaram comportamento diferentes, sendo que os filmes de amido são mais resistentes. As diferenças nas propriedades mecânicas dos filmes de amido e farinha foram significativas (p>0,05). O coeficiente de permeabilidade ao oxigênio foi menor para os filmes de amido do que para a farinha de CC. / The development of biodegradable materials based on biopolymers, films or coatings, have great interest for the food industry. For the production of these materials, starches and proteins are widely used because they are abundant in nature, have low cost and have films-forming property. Cañihua (Chenopodium pallidicaule), high Andean region grain underexplored industrially, has high carbohydrate content (~ 58 %) and proteins (~ 18 %) contents, and has the potential to be used as raw material in commercial starch extraction. In this context, the objectives of this study were to extract and characterize starch from two varieties cañihua, Cupi (CC) and Illpa (CI) and select a variety to develop starch films. Furthermore, the selected variety was used to obtain a rich starch and protein material, known as flour, which was also used to produce biodegradable films. Cañihua grains Illpa and Cupi varieties are very similar in shape and size, but the content of fat and ash are higher for CC and fiber content for the CI. The extraction of starch was performed with sodium hydroxide solution (0.25 % w/v) and their structural, physicochemical and functional characteristics were determined. The yield of this process was approximately 33 %, and CC variety starch showed higher levels of lipids. Starches from both varieties observed in scanning electron microscope, showed smooth granular surfaces and spherical shapes of small size (D3,2 ~ 0.96 µM). The particle size distribution, crystallinity index, FTIR spectra, swelling power, thermal and optical properties were similar, but the amylose content was higher for CC variety. Higher values of solubility and viscosity of pasting properties were observed for CC variety starch and may be associated with higher amylose contents. Cañihua Cupi starch was selected to produce films, due to the higher amylose and lipid content. CC flour was also extracted with NaOH solution and adjusting the pH to 5.0 with HCl (0.2 N) in the protein precipitation step, the yield of this extraction process was estimated at 56 %. The protein content of the flour was 79 % compared to this fraction in the grain. The high protein content favors the agglomerates formation which was observed in the CC flour micrographs that showed differences in solubility, optical and pasting properties. The starch or flour films were obtained by casting method with addition of glycerol (15 g/100 g of macromolecules), as plasticizer. The characterization of the microstructure allowed observation of physical differences between starch or flour films of cañihua Cupi, and also structural characteristics were useful to explain the behavior of the other properties. When submitted to high relative humidity, films exhibited the same moisture sorption capacity behavior and water vapor permeability, however in films were in direct contact to water (solubility analysis and contact angle), the behavior of starch and flour films were different, being the structures of the starch films most resistant. Differences in mechanical properties of starch and flour films were significant (p>0.05). The oxygen permeability coefficient was lower for cañihua Cupi starch films than cañihua Cupi flour films.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:teses.usp.br:tde-12082016-104942 |
| Date | 27 April 2016 |
| Creators | Santiago Ramírez-López |
| Contributors | Izabel Cristina Freitas Moraes, Elevina Eduvigis Pérez Sira, Paulo Jose do Amaral Sobral |
| Publisher | Universidade de São Paulo, Engenharia e Ciência de Materiais, USP, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP, instname:Universidade de São Paulo, instacron:USP |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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