Pré-tratamento por explosão a vapor em resíduos de pele bovina para extração de gelatina visando aplicação como filmes e revestimentos | Pretreatment by steam explosion in bovine hide wastes for gelatin extraction aiming application as films and coatings

This thesis aimed to extract gelatin from bovine hides using the steam explosion as pretreatment and its application as films and coatings. The steam explosion was applied at 110, 120, and 130 °C for 1, 5, and 10 minutes. The gelatins were extracted in water at 65 °C and characterized for dry matter, ash, pH, conductivity, viscosity, and protein content using the Lowry and NTK methods. The samples with the highest protein content and viscosity, as well as the sample obtained under the mildest pre-treatment condition, were further characterized by FTIR, thermogravimetry, amino acid profile, and molecular weight (Mw). Subsequently, they were purified using ultrafiltration membranes, with and without enzymatic treatment using 2.5% (w/w) transglutaminase (TGase). The purified, lyophilized, and cross-linked gelatins with TGase were used to develop polymeric films with and without the addition of thyme essential oil (TEO) and characterized for thickness, tensile strength, elongation, water solubility, water vapor permeability, color parameters, FTIR, and thermogravimetry. The antimicrobial potential of TEO was evaluated using disc diffusion, minimum inhibitory concentration (MIC), and minimum bactericidal concentration (MBC) tests. The gelatin and TEO film-forming solutions were applied as coatings on chicken fillets, stored for fifteen days, and evaluated for weight loss, pH, mesophilic aerobic microorganism count, and Enterobacteriaceae count at fiveday intervals. For the gelatin extraction, both temperature and time were significant (p<0.01) for all studied variables. Samples extracted at 120ºC/10min and 130ºC/10min had higher protein content (24.83 and 28.26 g/L), viscosity (7.92 and 11.06 cP), total amino acids (74.39 and 72.15 g/100g), and lower ash content (8.69 and 8.60%) and pH (10.58 and 10.33). Mw increased with higher time and temperature (30–69 kDa). Ultrafiltration purification reduced ash content by 61% to 90%, reaching approx. 2% after two diafiltrations. Enzymatically treated and purified gelatins had higher Mw (31–69 kDa) compared to those without treatment (6.10–14.08 kDa). In polymeric film production, gelatin extracted after pretreatment at 130 ºC for 10min showed greater tensile strength and lower solubility (7.23 MPa and 76.45%) compared to pretreatment at 120 ºC for 10min (2.72 MPa and 87.56%). The addition of TEO affected the properties of the films depending on the type of gelatin used. Chicken fillets coated with gelatin and TEO had significantly lower weight loss and pH (p<0.05) compared to uncoated samples, though there was no significant reduction (p>0.05) in Enterobacteriaceae and mesophilic aerobic microorganism counts. Overall, steam explosion reduced processing time and preserving protein integrity. Additionally, the extracted and purified gelatin demonstrated viable applications, standing out as a raw material for the development of polymeric films and coatings.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

Essa tese objetivou extrair gelatina a partir de peles bovinas pela técnica de explosão a vapor como pre-tratamento e, posteriormente, aplicá-la na elaboração de filmes e revestimentos. As temperaturas de pré-tratamento por explosão a vapor foram 110, 120 e 130 ºC por 1, 5 e 10 minutos. As gelatinas foram extraídas em água a 65 ºC e caracterizadas quanto aos teores de massa seca, cinzas, pH, condutividade, viscosidade e proteína pelos métodos de Lowry e NTK. As amostras com maior teor de proteínas e viscosidade, além da amostra obtida na condição mais branda de pré-tratamento, foram caracterizadas por FTIR, termogravimetria, perfil de aminoácidos e massa molecular. Posteriormente, foram purificadas em membranas de ultrafiltração, com e sem tratamento enzimático usando 2,5% de transglutaminase (TGase). As gelatinas purificadas, liofilizadas e reticuladas com TGase foram utilizadas para elaboração de filmes poliméricos com e sem adição de óleo essencial de tomilho (OET) e caracterizadas quanto à espessura, resistência à tração, elongação, solubilidade em água, permeabilidade ao vapor de água, parâmetros de cor, FTIR e termogravimetria. O potencial antimicrobiano do OET foi avaliado por difusão em disco, concentração inibitória mínima (CIM) e concentração bactericida mínima (CBM). As soluções filmogênicas de gelatina e OET foram aplicadas como revestimentos em filés de frango, armazenados por quinze dias e avaliados quanto à perda de peso, pH, contagem de microrganismos aeróbios mesófilos e Enterobacteriaceae em intervalos de cinco dias. A análise estatística dos dados foi realizada por Análise de Variância e Teste de Tukey com intervalos de confiança de 99% e 95%. Na extração de gelatina, ambos os fatores, temperatura e tempo, foram significativos (p<0,01) para todas as variáveis estudadas. O pre-tratamento a 120ºC/10min e 130ºC/10min, apresentaram maiores teores de proteína (24,83 e 28,26 g/L), viscosidade (7,92 e 11,06 cP) e aminoácidos totais (74,39 e 72,15 g/100g), além de menores teores de cinzas (8,69 e 8,60%) e pH (10,58 e 10,33). A distribuição de massa molecular aumentou com maior tempo e temperatura (30–69 kDa). A purificação por ultrafiltração reduziu as cinzas de 61% a 90%, atingindo teores próximos a 2% após duas diafiltrações. As gelatinas purificadas e tratadas enzimaticamente, apresentaram maior massa molecular (31–69 kDa) comparadas às sem tratamento (6,10–14,08 kDa). Na elaboração dos filmes poliméricos, a gelatina extraída após pré-tratamento a 130ºC/10min mostrou maior resistência à tração e menor solubilidade (7,23 MPa e 76,45%) em comparação ao pré-tratamento a 120ºC/10min (2,72 MPa e 87,56%). A adição de OET impactou as propriedades dos filmes dependendo do tipo de gelatina usada. Os filés de frango revestidos com gelatina e OET tiveram perdas de peso e pH significativamente menores (p<0,05) comparados aos não revestidos, porém, sem redução significativa (p>0,05) nas contagens de Enterobacteriaceae e microorganismos aeróbios mesófilos. No geral, a explosão a vapor reduziu o tempo de processo e preservando a integridade das proteínas. Além disso, foi possível demonstrar uma aplicação viável para a gelatina extraída e purificada, destacando-se como uma matéria-prima para elaboração de filmes poliméricos e revestimentos.