Produção de filmes bicamada de polietileno e poli(vinil álcool) contendo um indicador colorimétrico pelo uso de plasma frio

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2024.

Embalagens inteligentes são um tipo especial de embalagem que são capazes de fornecer informações extras sobre um produto ao consumidor. Os indicadores de frescor, em específico podem ser confeccionados com corantes sintéticos ou naturais que possuam a capacidade de mudar de cor dependendo do pH que estão inseridos ou ao entrar em contato com compostos voláteis. Os estudos presentes na literatura produziram somente indicadores como filmes que devem ser aderidos a embalagens convencionais por meio de adesivos. Além disso, o uso preferencial de corantes naturais é inviabilizado devido à baixa estabilidade desses frente a luz, oxigênio e calor. Dessa forma, este estudo tem como objetivo desenvolver uma embalagem de polietileno linear de baixa densidade (PEBD) contendo um indicador de frescor baseado em álcool polivinílico (PVA) e biohíbridos (BH) à base de Laponita (Lap) e antocianinas (ACNs) utilizando plasma atmosférico frio (PF). O PEBD foi tratado com PF entre 0 e 300 s, o que resultou num aumento da energia superficial, principalmente do seu componente polar, sem melhora adicional após 120?s. Isto foi atribuído à formação de grupos polares na superfície do PEBD. Não foram observadas alterações nas propriedades mecânicas e na permeabilidade ao vapor de água. O indicador de frescor apresentou melhores propriedades quando sua solução fora acidificada após adição de BH devido ao potencial zeta mais negativo e menor tamanho de partícula do BH no meio básico, resultando em indicadores mais homogêneos. Os indicadores elaborados com BH apresentaram melhor estabilidade de cor quando comparados aos indicadores elaborados com extrato de antocianina. Os indicadores de frescor com BH ainda apresentavam cor após 8 semanas de exposição à luz, enquanto os com extrato estavam completamente degradados após 3 semanas. Os indicadores de frescor apresentaram resposta de cor quando expostos a gás amônia, passando de roxo para azul e finalmente verde, e aos gases liberados de um líquido simulante de carne estragada (0,03% NH3), mudando de roxo para azul. Variação de cor semelhante foi observada quando o indicador foi aplicado para monitorar sem contato direto o frescor do camarão, mudando de roxo para azul quando o pH do camarão atingiu pH 7,6. Assim, filmes bicamadas de PEBD/PVA e BH produzidos por PF têm potenciais aplicações em embalagens de alimentos.

Abstract: Smart packaging is a special type of packaging that can provide extra information about a product to the consumer. Freshness indicators, in particular, can be made with synthetic or natural dyes that have the ability to change color depending on the pH they are inserted into or when they come into contact with volatile compounds. The studies present in the literature have only produced indicators as films that must be adhered to conventional packaging by means of adhesives. In addition, the preferential use of natural dyes is unfeasible due to their low stability in the face of light, oxygen, and heat. Therefore, this study aims to develop a packaging based on linear low-density polyethylene (LLDPE) containing a freshness indicator made of polyvinyl alcohol (PVA) and biohybrids (BH) based on Laponite (Lap) and anthocyanins (ACNs) using cold atmospheric plasma (CAP). The LLDPE was treated with CAP between 0 and 300 s, which resulted in an increase in surface energy, mainly in its polar component, with no additional improvement after 120 s. This was attributed to the formation of polar groups on the surface of the LLDPE. No changes were observed in the mechanical properties and water vapor permeability. The freshness indicator showed better properties when its solution was acidified after the addition of BH due to the more negative zeta potential and smaller particle size of the BH in the basic medium, resulting in more homogeneous indicators. The indicators made with BH showed better color stability when compared to the indicators made with anthocyanin extract. The freshness indicators with BH still had color after 8 weeks of light exposure, while those with extract were completely degraded after 3 weeks. The freshness indicators showed a color response when exposed to ammonia gas, changing from purple to blue and finally green, and to the gases released from a spoiled meat simulant liquid (0.03% NH3), changing from purple to blue. A similar color variation was observed when the indicator was applied to monitor the freshness of shrimp without direct contact, changing from purple to blue when the pH of the shrimp reached pH 7.6. Thus, bilayer films of LLDPE/PVA and BH produced by CAP have potential applications in food packaging.