Desenvolvimento de filmes baseados em amido e fibrilas de lisozima para aplicação em embalagens alimentares ativas

Atualmente assistimos a diversas problemáticas ambientais associadas com o uso excessivo de recursos não renováveis. As consequências da produção e utilização massiva de polímeros sintéticos resultam na emissão de gases de efeito estufa e em sérios problemas de poluição. O sector das embalagens representa 39,6% das aplicações finais destes polímeros e sabendo que apenas 30% dos plásticos são reciclados, a comunidade científica tem direcionado os seus esforços para o desenvolvimento de materiais alternativos, baseados em recursos renováveis e biodegradáveis. O desenvolvimento de embalagens ativas tem merecido redobrada atenção nos últimos tempos visto que contribuem para prolongar a qualidade e validade de bens alimentares e reduzir o seu desperdício. Por conseguinte, tem-se apostado na utilização de biopolímeros para desenvolver embalagens alimentares multifuncionais. Por exemplo, o amido tem sido amplamente utilizado para a produção de filmes termoplásticos biodegradáveis, no entanto, estes ainda apresentam algumas limitações. Desta forma, e para que os bioplásticos à base de amido tenham boas propriedades mecânicas e diferentes funcionalidades, muitas vezes são combinados com agentes de reforço, tais como fibras naturais e compostos com propriedades ativas. Neste contexto, o principal objetivo desta dissertação de mestrado consistiu no desenvolvimento de novos materiais biodegradáveis baseados em amido termoplástico e nanofibrilas de lisozima (LNFs) para potencial aplicação em embalagens alimentares ativas. Primeiramente, as LNFs foram obtidas usando um solvente eutéctico profundo à base de cloreto de colina e ácido acético como promotor da fibrilação. A taxa de conversão da proteína nativa em LNFs foi de 98%, e foram obtidas nanofibrilas com 672±246 nm de comprimento e 22±5 nm de espessura. Seguidamente, os filmes nanocompósitos foram obtidos pela técnica de evaporação de solvente usando amido gelatinizado e, posteriormente, caracterizados no que respeita à sua estrutura (espetroscopia de infravermelho), propriedades mecânicas (ensaios de tração), estabilidade térmica (análise termogravimétrica (TGA)), propriedades de barreira (espectroscopia de ultravioleta-visível (UV-Vis)), e atividade antioxidante (método do radical DPPH). Os filmes de amido/LNFs resultantes são macroscopicamente homogéneos e translúcidos com valores de transmitância na ordem dos 60-63%, na gama do visível. No que respeita às propriedades mecânicas, a adição de nanofibrilas não teve o efeito desejado uma vez que as propriedades dos filmes nanocompósitos são em geral inferiores aos dos filmes de amido. Contudo, a incorporação de LNFs na matriz polimérica de amido conferiu, novas funcionalidades aos filmes, nomeadamente atividade antioxidante em torno de 21%, para o filme com maior teor de LNFs (15% m/m) e propriedades de barreira contra a radiação ultravioleta. Estes resultados são promissores e evidenciam o potencial dos nanocompósitos de amido/LNFs como filmes para aplicação em embalagens alimentares sustentáveis ativas.We are currently witnessing several environmental problems associated with the excessive use of non-renewable resources. The consequences of the massive production and the use of synthetic polymers result in the emission of greenhouse gases and serious pollution problems. The packaging sector represents 39.6% of the final applications of these polymers and since only 30% of plastics are recycled, the scientific community has directed its efforts towards the development of alternative materials based on renewable and biodegradable resources. The development of active packaging has been receiving increased attention in the later years, as it contributes to extend the quality and shelf-life of food products and reduce food waste. Therefore, there has been a focus on the use of biopolymers to develop multifunctional food packaging materials. For example, starch has been widely used for the production of biodegradable thermoplastic films, however, the films have some limitations. Thus, and in order impart starch-based bioplastics with good mechanical properties and different functionalities, they are often combined with reinforcing agents, such as natural fibres, and compounds with active properties. In this context, the main objective of this master dissertation consisted in the development of novel biodegradable materials based on thermoplastic starch and lysozyme nanofibers (LNFs) for potential application in active food packaging. Firstly, the LNFs were obtained using a deep eutectic solvent based on choline chloride and acetic acid as fibrillation promoter. The conversion rate of native protein to LNFs was 98%, and nanofibrils with dimension of 672± 246 nm in length and 22±5 nm in thickness were obtained. Secondly, the nanocomposite films were obtained by the solvent casting technique using gelatinized starch and subsequently characterized with regard to structure (infrared spectroscopy), mechanical properties (tensile tests), thermal stability (thermogravimetric analysis (TGA)), barrier properties (ultraviolet-visible (UV-Vis) spectroscopy), and antioxidant activity (DPPH radical scavenging method). The resulting starch/LNF films are macroscopically homogeneous and translucent with transmittance values in the range of 60-63%, in the visible range. Regarding the mechanical properties, the addition of nanofibrils did not have the desired effect since the properties of the nanocomposite films are slightly lower than those of the pure starch films. However, the incorporation of LNFs in the starch matrix conferred new functionalities to the films, such as antioxidant activity around 21%, for the film with higher LNFs content (15% w/w) and barrier properties against ultraviolet radiation. These results are promising and show the potential of starch/LNFs nanocomposites as films for sustainable active food packaging.Mestrado em Biotecnologi