Extrusão para a produção de embalagens biodegradáveis baseadas em misturas glúten de trigo-plasticizante

Dissertação de Mestrado em Engenharia de Polímeros (área de especialização em Tecnologia de Polímeros)Ultimamente tem surgido grande interesse no emprego de matérias-primas provenientes de recursos renováveis para a produção de biofilmes comestíveis e biodegradáveis, principalmente devido à procura de alimentos de alta qualidade e preocupações ambientais sobre o descarte de materiais não renováveis de embalagens para alimentos. Esses filmes são produzidos a partir de biopolímeros tais como, polissacáridos, proteínas, lípidos e derivados. O glúten de trigo tem sido extensamente estudado devido ás suas boas propriedades coesivas e elásticas, características importantes para produzir filmes além de sua rápida degradação que contribuiu com o meio ambiente e baixo custo. O objectivo deste trabalho foi melhorar o conhecimento científico e tecnológico necessário para permitir o uso de proteínas de subprodutos alimentares agrícolas, a fim de obter embalagens biodegradáveis à base de biomaterial que tenham propriedades mecânicas adequadas, contribuindo, assim, para explorar o seu potencial de aplicação como substitutos de polímeros sintéticos. Para além disso, pretendeu-se estudar experimentalmente a viabilidade do processo de extrusão de cereais com vista à produção de embalagens biodegradáveis produzidas a partir de glúten de trigo, utilizando para tal o equipamento e os softwares de modelação disponíveis do DEP. E, também, estudar o comportamento reológico da massa de cereal resultante e o desenvolvimento de sua estrutura durante a extrusão. Para a preparação do bioplástico foi utilizado dois processos termoplásticos sendo um deles através da mistura directa do glúten com glicerol em um misturador intensivo e o outro processo foi a extrusão. O glúten de trigo foi plasticizado com glicerol em uma extrusora duplo fuso co-rotativa. O glúten foi alimentado a um caudal de 300g/h e o glicerol a 200g/h, correspondendo a 60% e 40%, respectivamente. Para todas as experiências, em extrusão, a velocidade de rotação dos parafusos foi de 10 rpm. Foram utilizadas duas configurações de parafuso. O perfil de temperatura variou de ensaio para ensaio. Em ambos os processos, a massa de cereal foi submetida a dois processos diferentes: adiabático e isotérmico no misturador, e A e B na extrusora. O comportamento resultante da massa de cereal foi analisado em corte e em extensão. Foram realizadas experiências em MDSC e TGA. Em misturador intensivo a amostra resultante do processo adiabático apresentou maiores valores de G’ e G’’, enquanto que no processo de extrusão foi a amostra B 6. A caracterização reológica em extensão foi mais sensível do que em corte, uma vez que foi possível verificar maiores diferenças entre as amostras. Os resultados em MDSC não foram muito conclusivos a cerca da estrutura do material, no entanto em TGA foi possível estabelecer esta relação.Lately a great interest has arisen in the use of raw materials from renewable resources for the production of edible and biodegradable biofilms, mainly due to the demand for high quality food and to environmental concerns about the discard of non renewable packaging materials for food. These films are produced from biopolymers such as polysaccharides, proteins, lipids and derivatives. Wheat gluten has been extensively studied due to its good cohesive and elastic properties, important characteristics to produce films, in addition to its rapid degradation, that contributed to the environment, and low cost. This study aims to improve the scientific and technological knowledge necessary to allow the use of protein food, agricultural byproducts in order to obtain biodegradable packaging biomaterial-based that have appropriate mechanical properties, thus contributing to exploit its potential application as substitutes for synthetic polymers. Moreover, it aims to study experimentally the viability of the process of extrusion of cereals for the production of biodegradable packages made from wheat gluten, using the equipment and software available for modelling the DEP. Finally, it aims to study the rheological behaviour of the resulting cereal dough and its relationship with the development of its structure during extrusion. The bioplastic was prepared using two different processes, one by mixing the gluten directly with glycerol in an intensive blender and the other a twin-screw extrusion process. The wheat gluten was plasticized with glycerol in an co-rotating twin screw extruder. The gluten was fed to a flow of 300g/h and glycerol to 200g/h, corresponding to 60% and 40% incorporation contents respectively. For all experiments, in extrusion, the speed of rotation of the screws was 10 rpm. Two sets of screws were used. The profile of temperature varied from test to test. In both cases, the cereal dough was subjected to two different processes: adiabatic and isothermal, in the blender, and A and B in the extruder. The behaviour resulting from the dough of cereal was analyzed in shear and in extension. Experiences were performed in MDSC and TGA. In both processes was possible to identify samples with higher values of G', G'' and extensional viscosity (this in the extruded samples only), and thus better developed morphology, The reological characterization in extentional flows was found to be more sensitive than in shear, since it was possible to see major differences between samples