Desenvolvimento de embalagens e vedantes biodegradáveis a partir de materiais renováveis e resíduos agroindustriais

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Engel, Juliana Both
• Orientador(a): Tessaro, Isabel Cristina
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Polímeros biodegradáveis; Resíduos agroindustriais; Compósitos
• Palavras-chave em Inglês: Cork; Natural polymers; Pre-gelatinization; Thermocompression; Grape stalks; Heat treatment; Mercerization; Natural rubber latex; Biodegradable stoppers
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/250520

Polímeros sintéticos são amplamente utilizados no desenvolvimento de bens de consumo. Entretanto, o descarte incorreto desses itens na natureza agrava problemas de poluição ambiental. Neste contexto, o uso de polímeros naturais, renováveis e biodegradáveis surge como uma alternativa ambientalmente amigável no desenvolvimento de embalagens descartáveis e de uso único, pois muitos desses polímeros possuem baixo custo, são abundantes na natureza e facilmente processáveis. No entanto, é importante ressaltar que a utilização de materiais naturais também possui limitações, como é o caso da cortiça aplicada na produção de rolhas usadas para selar garrafas de vinhos e espumantes, cujo processo de transformação inclui etapas não mecanizadas, que demandam experiência e conhecimento humano, suscetíveis a erros, assim como longos períodos entre os descortiçamentos. Portanto, visando à preparação de vedantes em substituição aos materiais atualmente utilizados, cinco tipos de rolhas comerciais à base de cortiça (natural, colmatada, micro-aglomerada, silktop 1+1 e de champagne) foram caracterizados em relação as suas propriedades físico-químicas e estruturais. Biopolímeros foram selecionados (amido, entrecasca e fécula gelatinizada de mandioca e proteína isolada de soja) para fabricar biocompósitos pelo processo de termocompressão sem e com uma etapa de pré-gelatinização das matrizes amiláceas. Os efeitos da aplicação de tratamentos físicos (térmico) e químicos (mercerização) ao engaço de uva, resíduo da indústria vitivinícola, aplicado como agente de reforço nos biocompósitos também foram avaliados. Os biocompósitos à base de amido, entrecasca e engaços, foram desenvolvidos visando à utilização como embalagens para diferentes alimentos, sendo testado o armazenamento de bolo de cenoura e tomate-cereja. Rolhas biodegradáveis foram desenvolvidas por termocompressão a partir da incorporação de polímeros naturais, plastificantes (sorbitol e glicerol) e engaço de uva ao látex natural. As propriedades das rolhas foram avaliadas, bem como o desempenho perante o armazenamento de vinho tinto. Os resultados mostraram que as rolhas comerciais à base de cortiça apresentaram baixa capacidade de absorção de água (CAA) e vinho (CAV), 9 % para as rolhas de champagne e micro-aglomerada, respectivamente, após 24 h, confirmando a hidrofobicidade desse material. O processo de aglomeração, aplicado para formatar as rolhas microaglomerada, silktop 1+1 e de champanhe alterou a morfologia da cortiça, mas não provocou a ruptura das células. Esse processo foi responsável por aumentar a flexibilidade das rolhas, uma vez que a amostra micro-aglomerada apresentou o menor módulo de elasticidade (18 MPa). A elevada estabilidade térmica da cortiça pôde ser comprovada. Em relação aos biocompósitos produzidos, foi possível observar que a composição química e a CAA das matérias-primas, bem como a porcentagem de amido das formulações, tiveram impacto nas propriedades das amostras. Espumas produzidas somente com amido pré-gelatinizado apresentaram maior resistência mecânica, enquanto biocompósitos fabricados com incorporação de entrecasca, sem pré-gelatinização, apresentaram menor CAA (84 % após 90 min), demonstrando seu elevado potencial de aplicação como embalagem de uso rápido, para alimentos com baixo teor de umidade. O fato da etapa de pré-gelatinização não ser requerida para otimizar as propriedades dos materiais possibilita aumentar sua velocidade de fabricação, bem como reduzir os custos de produção. Também é importante destacar a redução de custos relacionada à substituição do amido nativo por resíduos do processamento da mandioca. Foi possível verificar maiores teores de cinzas e celulose e redução de lipídeos devido ao tratamento químico (mercerização) aplicado ao engaço de uva. As micrografias mostraram que a mercerização aumentou a rugosidade da superfície da fibra e danificou o lúmen central. A capacidade de absorção de etanol (CAE) diminuiu após a mercerização e os tratamentos físicos tiveram maior impacto na CAA e na CAV. Os engaços não mercerizados apresentaram maior estabilidade térmica e todas as amostras avaliadas apresentaram atividade antimicrobiana frente ao Staphylococcus aureus. A partir dos resultados, a incorporação das fibras modificadas em matrizes poliméricas pode ser considerada uma proposta promissora para aperfeiçoar as propriedades dos biocompósitos. Espumas produzidas com engaços sem tratamento e engaços tratados termicamente (tratamento físico) foram selecionadas para o armazenamento de alimentos. Em comparação às embalagens plásticas utilizadas em supermercados, observou-se melhor preservação da firmeza dos tomates-cereja quando armazenados nas embalagens biodegradáveis. Desse modo, as embalagens desenvolvidas a partir de resíduos agroindustriais podem ser consideradas materiais ecologicamente corretos e promissores para preservar a qualidade e o frescor desse tipo de alimento. Com relação às rolhas, seu desenvolvimento a partir de materiais naturais, renováveis e biodegradáveis foi comprovado. Entretanto, o armazenamento desses materiais em condições controladas (20 ± 3 °C; 75 ± 5 % UR) se mostrou essencial para a manutenção de suas propriedades. De modo geral, a adição de engaço de uva parece não ter provocado alterações significativas nas propriedades das rolhas biodegradáveis, que apresentaram índices de capacidade de absorção inferiores aos materiais à base de cortiça. Embora tenha ocorrido aumento da rigidez das rolhas ao longo do tempo, não foram observados vazamentos durante os testes de armazenamento de vinho utilizando os biocompósitos desenvolvidos no presente estudo. A morfologia interna mais fechada desses materiais e as baixas porosidades sugerem baixas taxas de permeabilidade gasosa, demonstrando potencial de aplicação para selar garrafas de vinhos brancos, consumidos ainda jovens.