Optimization of the composition of polymeric edible films for food packaging

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Química apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaThe interest in replacing traditional plastics by biodegradable alternatives has been increasing due to the environmental problems existing today. The development of edible and biodegradable films for food packaging is thus an area of research of great relevance. Edible films can be produced by biopolymers (polysaccharides and proteins) and/or fruit and vegetable waste. In addition to these films being a more sustainable option, as they are biodegradable, they also contribute to the circular economy, as they use waste from agrifood products to produce the film itself. This work aims to develop an edible film based on agrifood residues and starch with properties suitable for use in food packaging. Thus films with different compositions were prepared and characterized, considering mechanical, functional and barrier properties.The work carried out focuses on the use of starch (A) and three residues: potato peel (B), quince peel (M) and peel (L) or orange pectin (PL). The films with potato peel showed a stiffer structure compared to the others, probably due to the presence of high amounts of starch in this residue. The presence of plasticizer (glycerol) in the film proved to be of high importance, the plasticizer used in this case, gave flexibility to the matrix, originating films with better properties. The films with quince peel and orange peel presented higher flexibility, due to the sugars present in its composition that can also act as plasticizers. Of all the formulations tested, the starch/quince peel/glycerol (AMG) and starch/potato peel/quince peel/glycerol (ABMG) films proved to be those with the greatest potential, as regards the mechanical properties, presenting the lowest values for the modulus of elasticity (6.25 and 6.74 MPa, respectively) and the highest values for the percentage of deformation (1.66 and 3.84%, respectively). The ABMG film was chosen as the most promising, since it presented a higher amount of residues compared to the AMG film, which translates into a greater use of fruit and vegetable waste. In the films’ sensory testing, the test subjects demonstrated receptivity to the product and a positive evaluation, stating that the natural flavor and aroma were almost unnoticeable. For the sensory testing of the cheeses, coated with the ABMG film, the subjects could not identify any cheese as their favourite, and the coating was found not to alter the internal properties of the cheese.In summary, edible films are a good alternative to plastic, however more research is needed in this area to improve their characteristics such as flexibility, transparency, among others.O interesse pela substituição dos plásticos tradicionais por alternativas biodegradáveis tem vindo a aumentar devido aos problemas ambientais existentes atualmente. O desenvolvimento de filmes comestíveis e biodegradáveis para o embalamento de alimentos é assim uma área de investigação de grande relevância. Os filmes comestíveis podem ser produzidos por biopolímeros (polissacarídeos e proteínas) e/ou resíduos de frutas e legumes. Para além destes filmes serem uma opção mais sustentável, pois são biodegradáveis, contribuem ainda para a economia circular, visto que utilizam resíduos de produtos agroalimentares para produzir o próprio filme. Este trabalho tem como objetivo desenvolver um filme comestível à base de resíduos agroalimentares e amido com as propriedades adequadas para ser utilizado no embalamento de alimentos. Assim prepararam-se e caracterizaram-se filmes com diferentes composições, considerando propriedades mecânicas, funcionais e de barreira. O trabalho realizado foca-se na utilização de amido (A) e de três resíduos: casca de batata (B), casca de marmelo (M) e casca (L) ou pectina de laranja (PL). Os filmes com casca de batata apresentaram uma estrutura mais rígida face aos restantes, provavelmente, devido à presença de elevadas quantidades de amido neste resíduo. A presença de plastificante (glicerol) no filme mostrou-se de elevada importância, visto que conferia flexibilidade à matriz, originando filmes com melhores propriedades. Os filmes com casca de marmelo e casca de laranja apresentavam maior flexibilidade, devido aos açúcares presentes na sua composição que também podem atuar como plastificantes. De todas as formulações testadas, os filmes de amido/casca de marmelo/glicerol (AMG) e amido/casca de batata/casca de marmelo/glicerol (ABMG) demonstraram ser os de maior potencial, no que diz respeito às propriedades mecânicas, apresentando os menores valores para o módulo de elasticidade (6,25 e 6,74 MPa, respetivamente) e os maiores valores para a percentagem de deformação (1,66 e 3,84%, respetivamente). O filme ABMG foi escolhido como o mais promissor, visto que apresentava maior quantidade de resíduos face ao filme AMG, o que se traduz num maior aproveitamento dos resíduos de frutas e legumes.Nos ensaios sensoriais dos filmes, os indivíduos demonstraram recetividade ao produto e uma avaliação positiva do mesmo, referindo que o sabor e aroma naturais eram praticamente impercetíveis. Para os ensaios sensoriais dos queijos, revestidos com o filme ABMG, os indivíduos não conseguiram identificar nenhuma queijo como preferido e verificou-se que o revestimento não alterava as propriedades internas do queijo.Em suma, os filmes comestíveis são uma boa alternativa ao uso de plástico, contudo é necessária mais investigação nesta área para melhorar as características dos mesmos, tais como a flexibilidade, transparência, entre outras.Outro - Financiado com o Prémio Projetos Semente Santander UC: “Era Pós-COVID-19: uma sociedade mais sustentável, resiliente e justa”