Development of a biodegradable and functional film from chestnut processing residues

enováveis, contribuindo para as emissões de gases de efeito estufa. Estas preocupações têm impulsionado a procura de alternativas mais sustentáveis, como embalagens biodegradáveis, compostáveis e recicláveis, bem como a adoção de políticas e regulamentações mais rígidas para reduzir o uso excessivo de embalagens plásticas. As cascas e os ouriços resultantes da indústria da castanha possuem propriedades antioxidantes naturais, como os compostos fenólicos. Considerando a indústria alimentar e a procura por embalagens mais sustentáveis, o objetivo deste trabalho foi produzir e caracterizar dois filmes à base de amido, um enriquecido com extratos de cascas de castanha e outro com extratos de ouriços de castanha. Inicialmente ambos os extratos foram produzidos por extração assistida por ultrassons (70 ºC, 40 min, amp 80 %) e por água pressurizada (200 ºC, 30 min, 14,6 bar) utilizando amostras de cascas e ouriços moídos. A caracterização foi realizada quanto à atividade antioxidante e de compostos fenólicos, tendo-se concluído que os ultrassons eram mais eficientes para as cascas, obtendo-se um TPC de 27,34 ± 1,79 mg GAeq/g amostra em base seca (bs) e valores de médios de FRAP, ABTS e DPPH de 27,60 ± 1,84 AAeq/g amostra bs; 52,05 ± 0,61 mg AAeq/g amostra bs; e 5.83 ± 0,13 mg Troloxeq/g amostra bs, respetivamente. Por outro lado, a água pressurizada foi mais eficiente para os ouriços, obtendo-se um TPC de 25,11 ± 0,55 mg GAeq/g amostra bs e valores médios de FRAP, ABTS e DPPH obtidos foram de 16,75 ± 1,79 mg AAeq/g amostra bs; 39,53 ± 1,79 mg AAeq/g amostra bs; e 4,28 ± 1,79 mg Troloxeq/g amostra bs, respetivamente. Desta forma, os extratos foram incorporados em filmes biodegradáveis de amido em que se selecionou o glicerol como plastificante. Após a sua produção, foram analisadas as propriedades morfológicas (aspeto geral e espessura), propriedades físico-químicas (humidade, capacidade de retenção de água, solubilidade e taxa de transmissão de vapor de água), propriedades óticas (opacidade e UV-vis), propriedades mecânicas, análise termogravimétrica, teor de compostos fenólicos e atividade antioxidante, bem como a sua biodegradabilidade. Para além disso, também foi analisada a capacidade de retenção dos compostos fenólicos e atividade antioxidante dos filmes produzidos. Verificou-se um aumento proporcional da atividade antioxidante com a quantidade de extrato incorporado no filme. Os filmes com extratos de cascas retiveram na matriz filmogénica mais de 90 % dos compostos ativos, enquanto com extratos de ouriço tiveram retenções mais baixas. A adição dos extratos aumentou genericamente a higroscopicidade dos filmes. Quanto à solubilidade dos filmes observou-se um aumento com a adição de extratos de ouriço. Relativamente à capacidade de retenção de água, esta reduziu com a adição de extratos. Verificou-se um aumento da capacidade de barreira à radiação UV-vis, assim como a opacidade com o aumento na quantidade de extratos. Com o incremento da adição de extratos de cascas observa-se um aumento do alongamento, ao contrário do que se observou com os extratos de ouriços. A adição de extratos reduziu a resistência à tração dos filmes. Os filmes apresentaram estabilidade térmica para temperaturas inferiores a 250 ºC. Com base na norma europeia EN13432:2000 os filmes obtidos são considerados biodegradáveis. Desta forma, este estudo mostra o potencial de produção de filmes biodegradáveis de amido com incorporação de cascas ou de ouriços da castanha.The production of plastic requires the consumption of non-renewable natural resources, contributing to greenhouse gas emissions. These concerns have driven the search for more sustainable alternatives, such as biodegradable, compostable, and recyclable packaging, as well as the adoption of stricter policies and regulations to reduce the excessive use of plastic packaging. The shells and burs resulting from the chestnut industry have natural antioxidant properties, such as phenolic compounds. Considering the food industry and the search for more sustainable packaging, the aim of this work was to produce and characterize two starch-based films, one enriched with chestnut shell extracts and the other with chestnut burs extracts. Initially, both extracts were produced by ultrasound-assisted extraction (70 ºC, 40 min, amp 80 %) and pressurized water (200 ºC, 30 min, 14.6 bar) using samples of ground shells and burs. Characterization was carried out in terms of antioxidant activity and phenolic compounds, and it was concluded that ultrasound was more efficient for the peels, obtaining a TPC of 27.34 ± 1.79 mg GAeq/g sample dry basis (bs) and average FRAP, ABTS and DPPH values of 27.60 ± 1.84 AAeq/g sample bs; 52.05 ± 0.61 mg AAeq/g sample bs; and 5.83 ± 0.13 mg Troloxeq/g sample bs, respectively. On the other hand, pressurized water was more efficient for chestnut burs, obtaining a TPC of 25.11 ± 0.55 mg GAeq/g sample bs and average FRAP, ABTS and DPPH values of 16.75 ± 1.79 mg AAeq/g sample bs; 39.53 ± 1.79 mg AAeq/g sample bs; and 4.28 ± 1.79 mg Troloxeq/g sample bs, respectively. In this way, the extracts were incorporated into biodegradable starch films in which glycerol was selected as the plasticizer. After production, the morphological properties (general appearance and thickness), physicochemical properties (humidity, water retention capacity, solubility, and water vapor transmission rate), optical properties (opacity and UV-vis), mechanical properties, thermogravimetric analysis, phenolic compound content and antioxidant activity were analyzed, as well as their biodegradability. The retention capacity of the phenolic compounds and the antioxidant activity of the films produced were also analyzed. There was a proportional increase in antioxidant activity with the amount of extract incorporated into the film. Films with peel extracts retained more than 90% of the active compounds in the film matrix, while those with burs extracts had lower retentions. The addition of the extracts generally increased the hygroscopicity of the films. The solubility of the films increased with the addition of burs extracts. The water retention capacity decreased with the addition of the extracts. There was an increase in the barrier capacity to UV-vis radiation, as well as opacity with the increase in the amount of extracts. Elongation increased with the addition of shell extracts, contrary to what was observed with burs extracts. The addition of extracts reduced the tensile strength of the films. The films showed thermal stability at temperatures below 250 ºC. Based on the European standard EN13432:2000, the films obtained are considered biodegradable. In this way, this study shows the potential for producing biodegradable starch films with the incorporation of chestnut shells or hedgehogs