Films from gelatin and galactomannan incorporated with fiber mesquite nanocellulose (Prosopis juliflora)

This work seeks developing biodegradable films from gelatin obtained from waste tilapia (Oreochromis niloticus) and galactomannan extracted from Mesquite (Prosopis juliflora). An experimental design type simplex centroid was used to assess the effect of the ratios between the two components - gelatin (GE) and galactomannan (GA) – on the properties of the formed films. The results of the films obtained from the mixture design indicated that the film containing a GE:GA of 1:1 showed the best results for water vapor permeability and mechanical tests, being this film later submitted to the incorporation of cellulose nanocrystals extracted from the leguminous of the mesquite. The formulation of the films of gelatin and galactomannan was performed using glycerol 25% (on a dry basis of gelatin and galactomannan) varying the amount of nanocellulose from mesquite fiber on concentrations of 2.5, 5 and 7, 5% (dry basis of gelatin and galactomannan). The films were obtained by casting and were characterized in terms of their water vapor permeability (WVP), mechanical properties (tensile strength, elongation and elastic modulus), optical scanning electron microscopy (SEM), optical microscopy (OM), Fourier Transform Infrared (FTIR), opacity, thermal gravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC). The nanocellulose at 5% was effective to reduce the WVP. Nanocellulose increased the tensile strength and modulus with a slight decrease at the highest concentration (7.5 %). Nanocellulose did not affect significantly the film elongation. TGA analysis showed that increasing nanocellulose concentrations increased the film thermal stability, and the DSC analysis proved the formation of blends. The microscopy images revealed the formation of clusters of nanocrystals as their concentration increased. FTIR analysis revealed no major changes in the film structure apart from offset or reduction of some bands. The opacity increased with the incorporation of nanocellulose, although it did not increase with increasing nanocellulose concentrations.Este trabalho busca o desenvolvimento de filmes biodegradáveis a partir de gelatina obtida de resíduos de tilápia (Oreochromis niloticus) e galactomanana extraída da Algaroba (Prosopis juliflora). Foi utilizado um delineamento experimental do tipo centróide simplex para avaliar o efeito das proporções entre os dois componentes – gelatina (GE) e galactomanana (GA) - sobre as propriedades dos filmes formados. Os resultados dos filmes obtidos a partir do delineamento de misturas indicaram que o filme de GE e GA nas mesmas proporções apresentaram os melhores resultados de permeabilidade ao vapor de água e ensaios mecânicos, sendo posteriormente esse filme, submetido à incorporação de nanocelulose extraída da vagem da algaroba. A formulação dos filmes de gelatina e galactomanana foi feita utilizando 25% de glicerol (em base seca de gelatina e galactomanana) variando a quantidade de nanocristais de celulose da fibra da algaroba nas concentrações de 2,5, 5 e 7,5% (em base seca de gelatina e galactomanana). Os filmes foram obtidos por casting e caracterizados quanto à permeabilidade ao vapor de água (PVA), propriedades mecânicas de resistência à tração, elongação e módulo elástico, microscopia ótica (MO) e microscopia eletrônica de varredura (MEV), infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), opacidade, análise termogravimétrica (TGA) e calorimetria exploratória diferencial (DSC). Os nanocristais de celulose foram efetivos para reduzir a PVA quando adicionados a 5%. A adição de nanocelulose incrementou a resistência à tração e o módulo a partir de 2,5%, com um pequeno decréscimo na concentração de 7,5%. Não houve efeito significativo com a adição de nanocelulose na elongação dos filmes. A análise de TGA mostrou que crescentes concentrações de nanocelulose aumentaram a estabilidade térmica dos filmes, e a análise de DSC comprovou a formação de blenda. As imagens de microscopia permitiram observar aglomerações de nanocristais à medida que se aumentou as concentrações. Na análise de FTIR não houve modificação na estrutura dos filmes, ocorrendo apenas deslocamento ou redução de algumas bandas. A opacidade aumentou com a incorporação de nanocelulose, porem não aumentou com a variação das concentrações