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Previous issue date: 2017-11-30 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais / O uso de biopolímeros para produção de filmes tem atraído cada vez mais atenção na área de embalagens ao redor do mundo. Apesar da biodegradabilidade, origem renovável, alta disponibilidade e baixo custo, a aplicação em larga escala desses materiais é reduzida devido às limitadas propriedades que esses materiais apresentam. O presente trabalho foi dividido em duas partes. A primeira parte consistiu no desenvolvimento e caracterização de filmes nanocompósitos a partir de blenda polimérica biodegradável à base de amido de milho/poli(vinil álcool) (PVOH) incorporados com nanocristais (CNC) e nanofibrilas de celulose (CNF) de acordo com um delineamento composto central, otimizando-se a concentração das nanoceluloses em relação às propriedades de desempenho utilizando-se a função desejabilidade. As propriedades mecânicas, de barreira ao vapor de água (PVA) e ao oxigênio (PO2 ), morfológicas, ópticas e térmicas dos filmes nanocompósitos foram avaliadas. O processo de produção dos filmes resultou em boa dispersão das nanoceluloses na matriz polimérica, permitindo que a interação entre os CNC e as CNF promovesse aumento significativo na resistência à tração e rigidez dos filmes nanocompósitos. A incorporação de CNC e CNF permitiu a obtenção da máxima barreira ao vapor de água dentro dos limites estudados, ao mesmo tempo em que foi observada a necessidade de maiores concentrações de CNC para promover a redução na PO 2 . A dispersão das nanoceluloses aumentou a barreira à luz dos filmes. Os filmes com maiores concentrações de CNC e CNF apresentaram maior estabilidade térmica. O filme nanocompósito com composição ótima foi obtido com 5,78% (m/m) de CNC e 0,6% (m/m) de CNF. O filme nanocompósito desenvolvido apresenta boas características para o desenvolvimento de embalagens sustentáveis, podendo ainda receber a adição de compostos ativos para aumentar seu potencial de aplicação. A segunda parte envolveu o desenvolvimento e a caracterização de filmes ativos antimicrobianos baseados na mesma blenda polimérica e incorporados com nisina (NIS) e CNC, com potencial para uso como embalagem ativa antimicrobiana para alimentos. Os filmes desenvolvidos foram avaliados de acordo com suas propriedades mecânicas, de barreira ao oxigênio e ópticas. A atividade antimicrobiana dos filmes foi avaliada contra as bactérias patogênicas Listeria monocytogenes, Bacilus cereus e Staphylococcus aureus. Os nanocompósitos ativos desenvolvidos apresentaram significativo efeito antimicrobiano contra os três micro-organismos testados. Os CNC não só aumentaram a rigidez e a resistência à tração dos filmes, como também diminuíram significativamente a PO2 dos mesmos. A NIS atuou como plastificante na matriz polimérica, aumentando o alongamento na ruptura dos filmes. A presença de CNC e NIS aumentou a barreira à luz dos filmes. Os nanocompósitos ativos apresentaram bom desempenho in vitro e capacidade para serem aplicados na conservação de alimentos. / The use of biopolymers as film-forming materials has aroused great attention towards packaging application field around the world. Despite of their biodegradability, renewable source, high availability, and low cost, the large-scale application of these materials is limited by their poor performance properties. This work was divided into two main parts. The first part was related to the development and characterization of biodegradable nanocomposite films based on corn starch/poly(vinyl alcohol) blend incorporated with cellulose nanocrystals (CNC) and cellulose nanofibrils (CNF) using a composite central design and desirability function approach to optimize their formulation. The nanocomposite films were evaluated according to their mechanical, water vapor (WVP) and oxygen barrier (O2P), optical and thermal properties. The film-forming process resulted in a homogeneous dispersion of nanocelluloses within the polymeric matrix, allowing close interaction among them and, consequently, enhancing the tensile strength and stiffness of the nanocomposite films. The presence of CNC and CNF reduced the nanocomposite film’s WVP; however, higher CNC levels were needed to decrease the O2P as well. Nanocellulose dispersion within film matrix significantly increased their light barriers. Nanocomposite films with higher CNC and CNF levels presented greater thermal resistance. The optimized nanocomposite film composition comprised 5.83% (wt.) and 0.6% (wt.) of CNC and CNF, respectively. The nanocomposite film presented suitable characteristics for sustainable packaging applications, which could be further improved with the addition of active compounds to broaden its applicability. The second part of this study was related to the development of an antimicrobial active film using the same polymeric blend, incorporated with nisin (NIS) and CNC. The developed active films were analyzed according to their mechanical, oxygen barrier and optical properties. Film’s antimicrobial activity was tested against the pathogenic bacteria Listeria monocytogenes, Bacillus cereus, and Staphylococcus aureus. The developed active films presented significant effect against all tested microrganisms. CNC not only significantly increased active film’s stiffness and tensile strength, but also promoted the O2P reduction. NIS presented a plasticizing effect in the polymeric matrix, increasing significantly the elongation of the active films. The presence of both compounds (NIS and CNC) decreased the light transmittance through the film. The developed active film presented great in vitro antimicrobial activity and have potential to be applied in further studies on food shelf-life extension.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:localhost:123456789/20511 |
| Date | 30 November 2017 |
| Creators | Pola, Cícero Cardoso |
| Contributors | Gomes, Carmen Luiza, Teófilo, Reinaldo Francisco, Soares, Nilda de Fátima Ferreira |
| Publisher | Universidade Federal de Viçosa |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFV, instname:Universidade Federal de Viçosa, instacron:UFV |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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