Preparetion, properties and application of wheat gluten-based films.

Resumo: Recentemente surgiu um grande interesse no desenvolvimento de biofilmes comestíveis ou degradáveis biologicamente, principalmente devido à demanda por alimentos de alta qualidade e preocupações ambientais sobre o descarte de materiais não renováveis de embalagem para alimentos. Os biofilmes são geralmente produzidos com macromoléculas, como polissacarídeos, proteínas, lipídios e derivados. O objetivo desse trabalho foi o desenvolvimento e caracterização de biofilmes simples de glúten de trigo, composto e de duas camadas contendo cera de abelha e ácidos palmítico e esteárico, bem como testar a aplicação dos filmes e das coberturas em frutas frescas. A solução formadora de filme foi preparada usando glúten de trigo, etanol, glicerol e hidróxido de amônio (6N) para ajustar o pH da solução. As composições das formulações dos filmes foram calculadas segundo um planejamento fatorial 24. As propriedades funcionais utilizadas para verificar os efeitos dos fatores foram as propriedades mecânicas (resistência à tensão e elongação na ruptura), permeabilidades ao vapor d'água e ao oxigênio e solubilidade em água. A partir da formulação que apresentou as melhores propriedades funcionais, foram desenvolvidos e caracterizados os filmes compostos e de duas camadas contendo glúten de trigo, cera de abelha e mistura 1:1 de ácidos palmítico e esteárico em várias concentrações. Outras análises como efeito da umidade relativa sobre as propriedades mecânicas dos filmes e análises microestruturais através da microscopia eletrônica de varredura foram realizadas. A seguir, realizou-se o estudo da aplicação das coberturas e filmes comestíveis à base de glúten em morangos frescos mantidos sob refrigeração, através das análises de: perda de peso, retenção da firmeza, cor, acidez titulável, sólidos solúveis e totais, açúcares redutores e totais e análise sensorial de aparência para determinar a vida de prateleira dos morangos e de degustação para verificar a aceitação das coberturas à base de glúten. Para complementar o estudo, foi realizada uma reação de lipofilização do glúten de trigo, verificada através da porcentagem de grupos amino livres pelo método de TNBS. A partir do glúten modificado, o biofilme foi preparado e caracterizado, comparando-se com o filme de glúten não modificado. Outro trabalho complementar foi a preparação e caracterização de biofilmes preparados a partir de farinhas de trigo brasileiras e também a comparação das propriedades com os filmes de glúten vital (comercial). Os resultados obtidos indicaram que as propriedades mecânicas dos filmes simples foram influenciadas pelas concentrações de glúten e glicerol, sendo o filme mais resistente o de maior concentração de glúten e menor de glicerol. A menor permeabilidade ao oxigênio foi obtida no filme com menor concentração de glúten, glicerol e etanol e a permeabilidade ao vapor d'água mais baixa foi no filme com menor concentração de glicerol. Os filmes compostos e de duas camadas ficaram opacos e o filme de duas camadas com 10% de ácidos esteárico e palmítico e cera de abelha apresentou a menor permeabilidade ao vapor d'água, porém a resistência à tensão e a elongação foram baixas. A morfologia observada através do microscópio eletrônico de varredura para o filme simples de glúten foi completamente modificada quando se adicionou a mistura de ácidos palmítico e esteárico e cera de abelha. O estudo da aplicação dos biofilmes e coberturas em morangos mostrou que a cobertura de duas camadas com glúten e lipídios teve efeito na retenção da firmeza e na diminuição da taxa de perda de peso nas frutas cobertas. As frutas embaladas com o filme de glúten retardaram a senescência por apresentarem os menores parâmetros (a/b) em relação à cor da fruta. A análise sensorial dos morangos indicou que as coberturas simples de glúten e composta com lipídios mantiveram a qualidade dos morangos durante o tempo de armazenamento em termos de aparência e que o sabor dos morangos com a cobertura simples de glúten foi aceito pelos consumidores. A reação de lipofilização modificou o glúten através da diminuição da porcentagem de grupos amino livres, porém o filme preparado com o glúten lipofilizado apresentou propriedades mecânicas e de barreira inferiores ao filme com glúten sem modificação. Os filmes preparados a partir das farinhas de trigo "semi-duras" brasileiras apresentaram propriedades mecânicas e de barreira semelhantes ao filme com glúten vital (comercial), podendo até serem usadas em substituição ao glúten comercial.Abstract: Recently interest in the development of edible films and coatings for foods has grown considerably due to consumer demand for high quality foods and environmental concerns over the disposal of non-renewable food packaging materials. Polysaccharides, proteins and lipids can be used as edible film-forming agents. The objective of this work was the development and characterization of simple, composite and bilayer wheat gluten films with lipids (beeswax and stearic and palmitic acids) and the application of the films and coatings on fresh fruits. The base film was prepared from a solution of gluten, absolute ethanol, glycerol and 6 N ammonium hydroxide to adjust the pH. The composition of the film formulations was calculated according to a 24 factorial planning. The functional properties used to verify the factor effects were mechanical properties (tensile strength and percent elongation at break), oxygen and water vapor permeabilities and solubility in water. The simple film with the best functional properties was used to prepare the composite and bilayer films of wheat gluten, beeswax and a 1:1 blend of stearic and palmitic acid. Other analysis as effect of the relative humidity on the mechanical properties and morphology of the surface by scanning electron microscopy were effected. After this, the application of the gluten-based coatings and films was effected on fresh strawberries maintained upon refrigeration, and the analysis of weight loss, retention of the texture, color, titratable acidity, soluble and total solids, reducing and total sugars and sensory evaluation of appearance to determine the shelf life of the strawberries and of taste to verify the acceptance of the gluten-based coatings, were effected. To complement the study, a reaction of lipofilization of wheat gluten was effected, and it was verified through the percentage of free amino groups by the TNBS method. Biofilms were prepared from the modified gluten and were characterized and compared with the film from unmodified gluten. Another complementary work was the preparation and characterization of biofilms prepared from Brazilian wheat flours and also comparison of the properties with the films from vital gluten (commercial). The results showed that the mechanical properties of the simple films had been influenced by the concentrations of gluten and glycerol, being the most resistant film with higher concentration of gluten and less glycerol. The lowest oxygen permeability was obtained in the film with lower concentration of gluten, glycerol and ethanol and the lowest water vapor permeability was in the film with lower concentration of glycerol. The composite and bilayer films were opaque and the bilayer film with 10% blend of stearic and palmitic acids and beeswax showed the lowest water vapor permeability, however the mechanical resistance and the elongation were low. The morphology observed through the scanning electron microscopy for the simple film of gluten was completely modified when the mixture of palmitic and stearic and beeswax was added. The application of biofilms and coatings in strawberries showed that the bilayer coating of gluten and lipids had a significant effect in the retention of the texture and the reduction of weight loss in the coated fruits. The senescence was decreased in fruits packed with the gluten film verified by the lower parameters in relation to the color of the fruit. The sensory evaluation of the strawberries indicated that the simple coating of gluten and the composite with lipids had kept the quality of the strawberries during the time of storage in terms of appearance and the consumers accepted the flavor of the strawberries with the simple coating. The lipofilization reaction really modified the gluten through the reduction of the percentage of free amino groups, however the film prepared with the lipophilized gluten presented lower mechanical and barrier properties comparing to the film with unmodified gluten. The films prepared from Brazilians "semi-hard" wheat flours had presented similar mechanical and barrier properties than the film from vital gluten (commercial), being able to be used in substitution