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Título: Melhoria de propriedades físicas de filmes e revestimentos comestíveis de zeína
Título em inglês: Improvement of physical properties of zein films and zein edible coatings
Autor(es): Santos, Talita Macedo dos
Orientador(es): Azeredo, Henriette Monteiro Cordeiro de
Coorientador(es): Souza Filho, Men de Sá Moreira de
Palavras-chave: Engenharia química
Frutas tropicais
Biofilme
Data do documento: 12-Dez-2016
Citação: SANTOS, T. M. Melhoria de propriedades físicas de filmes e revestimentos comestíveis de zeína. 2016. 121 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016.
Resumo: A produção de materiais biodegradáveis tem sido cada vez mais estudada e incentivada, devido à maior conscientização quanto aos riscos ambientais causados pelo extenso descarte de plásticos oriundos de petróleo, com destaque para os usados em embalagens de alimentos, já que estes possuem curta vida útil. A zeína, proteína obtida do glúten do milho, destaca-se por ter menor hidrofilicidade que outras proteínas, o que implica em maior resistência à umidade. Este trabalho tem o objetivo geral de estudar diferentes modificações e a combinação de diferentes tecnologias a partir da matriz polimérica de zeína visando obter filmes com potencial de utilização para embalagem ou revestimento de alimentos, contribuindo para o aumento de sua vida útil. Para os testes preliminares foram testados os solventes etanol (de 70 a 95%) com e sem ácido acético 5% e os plastificantes glicerol e ácido oleico (1:0, 2:1, 1:1, 1:2 e 0:1, no total de 20%), e foram avaliadas propriedades físicas (solubilidade, PVA, ângulo de contato, propriedades mecânicas) e morfológicas (MO, MEV). O etanol 80% sem ácido acético foi escolhido como solvente, e a proporção 2:1 (13,3% e 6,7% da massa de zeína, respectivamente) de glicerol e ácido oleico foi definida para os plastificantes. Em estudo de reticulação com ácido tânico não-oxidado ou oxidado, foram variados a concentração de reticulante (de 0 a 8%) e o pH da dispersão (de 4 a 9) e analisadas propriedades físicas, ópticas (cor, opacidade), químicas (FTIR) e térmicas (TGA, DSC). Os resultados mostraram que maiores quantidades de ácido tânico e valores de pH resultaram em filmes com melhores propriedades de forma geral, notadamente menor solubilidade em água e melhores propriedades mecânicas. O ácido tânico oxidado proporcionou melhoria mais expressiva nas propriedades de resistência à tração, permeabilidade a vapor de água e solubilidade em água. O uso de 4% de ácido tânico e pH 9 foi escolhido como melhor tratamento para reticulação. Em estudo do tratamento com UV-ozônio (UVO) para posterior funcionalização com nisina, foram avaliados filmes após tratamento com UVO em diferentes tempos e após imersão em nisina (FTIR, XPS, MEV, AFM e teste do halo de inibição). Mostrou-se que o tratamento com UVO é efetivo para a formação de cargas negativas na superfície do filme, com aumento de hidrofilicidade, mantendo as propriedades mecânicas e estruturais. Foi verificado pela técnica de XPS que a nisina foi adsorvida na superfície dos filmes, especialmente após tratamento prévio de UVO por 120 s, indicando que a combinação entre UVO e imersão em nisina é viável para funcionalização de filmes de zeína com nisina; porém, são necessários mais estudos para verificar a atividade antimicrobiana desses filmes após a adsorção de nisina na superfície. Em estudo de revestimento de goiabas, frutos revestidos com zeína (Z) e zeína reticulada com ácido tânico (ZR) foram submetidos a análise de sobrevivência, análises físicas (perda de massa, cor, firmeza), taxa de respiração (CO2) e produção de etileno, pH, acidez total titulável, sólidos solúveis totais, vitamina C, clorofila, carotenoides, teor de peroxido de hidrogênio, peroxidação lipídica, e enzimas superóxido dismutase (SOD) e catalase (CAT). Os revestimentos se mostraram efetivos em retardar o amadurecimento de goiabas, com retardo da mudança de cor dos frutos, diminuição de taxa respiratória e produção de etileno, manutenção da firmeza, de sólidos solúveis, clorofila e teor de H2O2, com efeito mais expressivo do revestimento ZR. Os resultados indicam que os revestimentos de zeína avaliados possibilitaram aumento de vida útil dos frutos, especialmente o revestimento ZR.
Abstract: The production of biodegradable materials has been increasingly studied and encouraged, due to the increased awareness about environmental risks caused by the extensive disposal of petroleum-derived plastics, especially those used in food packaging. Zein, a protein obtained from corn gluten, is characterized by a lower hydrophilicity than other proteins, which implies a higher resistance to humidity. The general objective of this work was to study different modifications and a combination of different technologies on a zein matrix in order to obtain films with potential of use for food packaging or coating, contributing to increase of food shelf life. For preliminary tests, the solvents ethanol (from 70 to 95%) with and without acetic acid 5% and the plasticizers glycerol and oleic acid (1:0, 2:1, 1:1, 1:2 and 0:1, total of 20%) were tested, and physical (solubility, WVP, contact angle, mechanical properties) and morphological properties (OM, SEM) were evaluated. Ethanol 80% without acetic acid was chosen as the solvent, and a ratio of 2:1 (13.3% and 6.7% of zein mass, respectively) of glycerol and oleic acid was defined for the plasticizers. In the crosslinking study with non-oxidized or oxidized tannic acid, crosslinker concentration (from 0 to 8%) and dispersion pH (from 4 to 9) were varied and film properties were analyzed. The results showed that higher amounts of tannic acid and pH values resulted in films with better general properties, notably lower water solubility and better mechanical properties. Oxidized tannic acid provided a more expressive improvement in tensile strength, water vapor permeability and water solubility. 4% tannic acid and pH 9 were chosen as the best conditions for crosslinking. In the study of the treatment with UV-ozone (UVO) for functionalization with nisin, films were evaluated after UVO treatment at different times and then after immersion in nisin (FTIR, XPS, MEV, AFM and inhibition zone test). It was shown that UVO treatment is effective for the formation of negative charges on the film surface, with increased hydrophilicity, maintaining mechanical and structural properties. It was verified by the XPS technique that nisin was adsorbed on the surface of the films, especially after previous treatment of UVO for 120 s, indicating that the combination between UVO and immersion in nisin is viable for functionalization of zein films with nisin. However, further studies are needed to verify the antimicrobial activity of these films after surface adsorption of nisin. In the guava coating study, fruits coated with zein (Z) and zein crosslinked with tannic acid (CZ) were submitted to survival analysis, physical analyzes (mass loss, color, firmness), respiration rate (CO2) and ethylene production, pH, total titratable acidity, total soluble solids, vitamin C, chlorophyll, carotenoids, hydrogen peroxide content, lipid peroxidation and superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT) enzymes. The coatings showed to be effective in delaying the ripening of guavas, with delay of fruit color change, decrease of respiratory rate and ethylene production, maintenance of firmness, soluble solids, chlorophyll and H2O2 content, with more expressive effect of the crosslinked coating. The results indicated that the zein coatings increased the shelf life of guavas, especially the ZR coating.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/23230
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