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ORCID:  http://orcid.org/0009-0006-5734-9328
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Desenvolvimento de nanocompósitos biodegradáveis de carragena e amido reforçados com nanocristais de celulose para embalagens de alimentos
Alternate title (s): Development of biodegradable nanocomposites of carrageenan and starch reinforced with cellulose nanocrystals for food packaging
Author: Alves, João Marcelo de Lima
First Advisor: Pasquini, Daniel
First member of the Committee: Santos, Fernando dos
Second member of the Committee: Assunção, Rosana Maria Nascimento de
Summary: A segurança alimentar vem se tornando alvo de grandes esforços de pesquisa. Aumentar a vida útil dos alimentos trazem benefícios não somente para o aumento da produtividade econômica, mas também impede o consumo de alimentos contaminados por microrganismos. Além disso problemas relacionados ao uso de plástico na indústria de embalagens tornam assídua a busca por materiais biodegradáveis e renováveis. O presente trabalho teve por objetivo preparar e caracterizar filmes nanocompósitos comestíveis composto por carragena e amido proveniente de Araruta, reforçado com nanocristais de celulose (CNC). Além do CNC, também foram adicionados aditivos como glicerol como plastificante, gel de aloe vera para gerar propriedades antibacteriana, óleo de gergelim como antioxidante, ácido mirístico como surfactante e compatibilizantes e extrato de flor de hibisco como indicador de pH. Nos filmes produzidos, os níveis de aditivos foram mantidos fixos, mas as composições das misturas carragena/amido e o teor de CNC foram variados. Os filmes compósitos, produzidos a partir da dispersão dos componentes da mistura em água a temperatura de 80 ºC, foram avaliados por FTIR, MEV, medidas de ângulo de contato com água, espessura, permeabilidade ao vapor de água e ao óleo, medidas de transmitância por UV-vis, absorção de umidade, solubilidade em água, TGA, DSC e ensaios de tração. Com base nas imagens obtidas no MEV, foi constatado boa dispersão dos nanocristais de celulose (CNC), e proporções equilibradas de amido e carragena resultaram em estruturas mais homogêneas. Os filmes demonstraram razoável transparência na região visível e baixa transmissão na região UV, sendo promissores para embalagens com propriedades de barreira à radiação UV. Filmes com menor teor de carragena apresentaram menor permeabilidade ao vapor de água e menor absorção de umidade, independentemente do teor de CNC e a permeabilidade ao óleo foi inexistente em todas as composições. Além disso, maiores teores de amido conferiram maior estabilidade térmica ao filme e o aumento do teor de CNC resultou em melhores propriedades mecânicas nos filmes compósitos. Os filmes no geral mostraram excelente biodegradabilidade, os ensaios de biodegradação revelaram que os filmes se degradam rapidamente, com perda de massa superior a 92% em 170 dias. Esses resultados sugerem que os filmes desenvolvidos são promissores para substituir embalagens plásticas convencionais, contribuindo par a redução do impacto ambiental.
Abstract: Food safety has become a significant focus of research efforts. Extending the shelf life of food not only benefits economic productivity but also prevents the consumption of food contaminated by microorganisms. Additionally, issues related to the use of plastic in the packaging industry have intensified the search for biodegradable and renewable materials. This study aimed to prepare and characterize edible nanocomposite films composed of carrageenan and arrowroot starch, reinforced with cellulose nanocrystals (CNC). Besides CNC, additives such as glycerol (as a plasticizer), aloe vera gel (to provide antibacterial properties), sesame oil (as an antioxidant), myristic acid (as a surfactant and compatibilizer), and hibiscus flower extract (as a pH indicator) were incorporated. In the produced films, the levels of additives were kept constant, while the compositions of the carrageenan/starch blends and the CNC content were varied. The composite films, prepared by dispersing the mixture's components in water at 80 °C, were evaluated using FTIR, SEM, water contact angle measurements, thickness, water vapor and oil permeability, UV-vis transmittance, moisture absorption, water solubility, TGA, DSC, and tensile tests. Based on SEM images, good dispersion of cellulose nanocrystals (CNC) was observed, and balanced proportions of starch and carrageenan resulted in more homogeneous structures. The films showed reasonable transparency in the visible region and low transmission in the UV region, making them promising for packaging with UV radiation barrier properties. Films with lower carrageenan content exhibited lower water vapor permeability and moisture absorption, regardless of CNC content, and oil permeability was nonexistent across all compositions. Moreover, higher starch content provided greater thermal stability to the films, and increased CNC content improved the mechanical properties of the composite films. Overall, the films demonstrated excellent biodegradability. The biodegradation tests revealed that the films degrade rapidly, with a mass loss exceeding 92% in 170 days. These results suggest that the developed films are promising for replacing conventional plastic packaging, contributing to the reduction of environmental impact.
Keywords: carragena
amido
nanocristais de celulose
filmes comestíveis
material para embalagens
carrageenan
starch
nanocellulose
edible film
packaging material
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Subject: Química
Amido
Plásticos biodegradáveis
Celulose - Biodegradação
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Química
Quote: ALVES, João Marcelo de Lima. Desenvolvimento de nanocompósitos biodegradáveis de carragena e amido reforçados com nanocristais de celulose para embalagens de alimentos. 2025. 84 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.136
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.136
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/44985
Date of defense: 26-Feb-2025
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 12. Consumo e produção responsáveis - Assegurar padrões de produção e de consumo sustentáveis.
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Química

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