Development of vegetable puree-containing nanocomposite films for edible food packaging

Petroleumderived packaging are neither renewable nor biodegradable. Based on it, recent studies have been focused in biopolymer-based packaging, such as in polysaccharides (e.g., pectin and chitosan), due to their good renewable and biodegradable characteristics. However, their physical-chemical properties (mechanical, thermal, and barrier) are urged to be improved. The addition of nanoparticles (NPS) as reinforcing agents has been shown as a feasible means of improving such properties. The goal of this work was the development of pectin (PEC) (low and high methoxyl degree, MD)-based nanocomposite films incorporated with chitosan (CS) and poly(ε-caprolactone) (PCL) nanoparticles (CSNP and PCLNP, respectively). CSNP were obtained by ionotropic gelation whereas PCLNP were obtained by the nanoprecipitation method. All NPS were characterized as to their morphology, size, and zeta potential. The CSNP size was nearly 100 nm and their zeta potential was close to + 20 mV, results which are in agreement whit CS cationic properties and indicated good suspension stability. PCLNP presented size values near to 130 nm and zeta potential of approximately - 20 mV because the surfactant is spread over PCLNP surface. PCLNP showed a smaller polydispersity index than CSNP, indicating a more homogenous suspension. This was also observed through electron microscopy of PCLNP. The nanocomposite films were obtained by casting from PEC/NPS film-forming solutions. The nanocomposite films’ mechanical, thermal, and water barrier properties were studied. The MD did not affect the analyzed properties of PECbased films. The addition of NPS (CSNP and PCLNP) increased the tensile strength and degradation temperature of all PEC-based films, suggesting good interactions between PEC network and NPS surface. The addition of PCLNP to low MD PEC films improved the tensile strength in more than 100%. Although, NPS did not change the water vapor permeability of the PEC-based nanocomposite films, which could be related with PEC good water solubility and NPS affinity to water molecules. These results indicate a novel material with physical-chemical properties desirable for food packaging applications, making this product competitive when compared with petroleum-based packaging.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)As embalagens produzidas a partir de polímeros petroquímicos possuem limitações relativas biodegradabilidade e sua fonte de origem não renovável. Derivados de polímeros naturais, como polissacarídeos, são biodegradáveis e de fonte renováveis, demonstrando-se como uma alternativa na fabricação de embalagens. Contudo, o desafio está em aprimorar as propriedades físicas dessas novas embalagens (propriedades térmicas, de barreira a gases e mecânicas). Uma forma de incrementar as propriedades físico-químicas dos polissacarídeos é a adição de nanopartículas (NPS) como agentes de reforço. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo produzir filmes nanocompósitos de pectina com NPS de quitosana (QS) ou poli(ε-caprolactona) (PCL). Os materiais utilizados foram pectina (PEC) (de alto e baixo grau de metoxilação, GM), QS e PCL. Nanopartículas de QS (NPQS) foram obtidas por gelatinização ionotrópica e nanopartículas de PCL (NPPCL) por nanoprecipitação, e ambas foram caracterizadas segundo seus tamanhos médios, potenciais zeta e morfologias. O tamanho médio das NPQS ficou próximo dos 100 nm e potencial zeta acima de + 20mV, potencial este condizente com a natureza catiônica da QS e que indica estabilidade da suspensão. As NPPCL apresentaram tamanho médios por volta de 130 nm e potencial zeta próximo de -20 mV, relacionado à superfície da NPPCL ser recoberta com tensoativo. Em comparação com os dois tipos de NPS, as NPPCL apresentaram os menores valores de índice de polidispersividade, indicando suspensões mais homogêneas. Os filmes foram obtidos por casting a partir de soluções filmogênicas de PEC/NPS. Os filmes foram caracterizados segundo suas propriedades mecânicas, térmicas e de barreira ao vapor de água. O GM não interferiu de maneira significativa nas propriedades dos filmes. A adição das NPS (de QS e de PCL) incrementaram de forma significativa a tensão máxima e as temperaturas de degradação dos filmes, sugerindo interações consistentes entre a matriz de PEC e as NPS, sendo que o nanocompósito PEC com baixo GM e NPPCL demostrou um incremento de mais de 100% na tensão máxima. Em contraste com isso, as NPS não afetaram os valores de permeabilidade ao vapor de água dos filmes devido à solubilidade da PEC em água e à afinidade das NPS por moléculas de água, tornando a matriz mais propensa à permeação de água sem diminuição das propriedades mecânicas. Contudo, os resultados sugerem que os nanocompósitos podem representar uma alternativa para a produção de novas embalagens biodegradáveis