Produção de materiais biodegradáveis contendo biomassa microalgal por coextrusão termoplástica

Orientadora: Prof(a). Dr(a). Michele Rigon Spier

Coorientador: Prof. Dr Fabio Yamashita

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos. Defesa : Curitiba, 24/09/2020

Inclui referências: p.58-75

Resumo: O desenvolvimento de embalagens com propriedades bioativas e de barreira é uma área em crescimento para preservar alimentos específicos. A microalga C. pyrenoidossa é uma matéria-prima promissora com potencial para a produção de materiais poliméricos. O objetivo desta pesquisa foi desenvolver materiais biodegradáveis à base de amido termoplástico de milho/poli (adipato co-tereftalato de butileno) (PBAT) com adição de biomassa de Chlorella pyrenoidosa por coextrusão sopro em balão. Foram avaliadas duas metodologias para romper as paredes celulares da microalga: i) banho ultrassônico e ii) sonicador ultrassônico de ponteira; avaliando diferentes potências e tempos de ultrassom, com o propósito de escolher o binômio adequado desses dois parâmetros e de dois métodos utilizados de ultrassom. A Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e óptica foram utilizadas para avaliar o efeito das metodologias de rompimento celular. Foram analisadas as propriedades antioxidantes, físico-químicas, de barreira ao vapor de água, térmicas, mecânicas, morfológicas e solubilidade. Comparando a potência empregada pelas duas técnicas de ultrassom a 400 W e 30 min de operação, observou-se que os melhores resultados de avaliação do rompimento de parede celular da microalga foram obtidos com banho ultrassônico (74,65%), frente a um 68,21% no sonicador de ponteira. Mas, a melhor condição para o rompimento das células microalgais foi observado utilizando a sonda ultrassonica, presentando uma eficiência de 77,88%, empregando uma potência de 450 W e 30 min de operação. Foi possível obter filmes com melhores propriedades mecânicas e de barreira de vapor de água com a adição de células intactas, em comparação com os filmes feitos com a adição de células quebradas. Os extratos etanólicos dos filmes apresentaram atividade de eliminação do radical DPPH e uma capacidade antioxidante pequena frente ao FRAP. Foram identificados os eventos térmicos, temperaturas de degradação, temperaturas de transição vítrea e de fusão dos filmes. Observações de MEV mostraram que os filmes com adição de biomassa assistida com ultrassom apresentaram superfícies irregulares e grosas, com maior formação de aglomerados. Os filmes apresentaram espectros semelhantes na faixa de números de onda de 1000 cm-1 a 3500 cm-1, no qual não foram observadas novas bandas após a adição de células de biomassa de microalgas, ou seja, a interação da matriz polimérica com a biomassa microalgal foram através de interações fracas pois não foram observadas bandas que caracterizem ligações covalentes. O filme apresentou uma aplicação potencial como embalagem activa de alimentos, devido ao seu sistema de proteção à luz ultravioleta conferido pela bio-pigmentação natural da miroalga.

Abstract: The development of packaging with bioactive and barrier properties is a growing area to preserve specific foods. The microalgae Chorella pyrenoidosa is a promising raw material with potential for the production of polymeric materials. The objective of this research was to develop biodegradable materials based on corn/poly thermoplastic starch poly (butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT), with the addition of Chlorella pyrenoidosa biomass by coextrusion blown into a balloon. Two methodologies were evaluated to break the microalgae cell walls: i) ultrasonic bath and ii) ultrasonic tip sonicator; evaluating different powers and ultrasound times, with the purpose of choosing the appropriate binomial of these two parameters and two methods used of ultrasound. Scanning Electronic Microscopy (SEM) and optics were used to evaluate the effect of cell disruption methodologies. The antioxidant, physicalchemical, water vapor barrier, thermal, mechanical, morphological and solubility properties were analyzed. Comparing the power employed by the two ultrasound techniques at 400 W and 30 min of operation, it was observed that the best results of the evaluation of the microalgae cell wall rupture were obtained with ultrasonic bath (74.65%), compared to 68.21% in the tip sonicator. But, the best condition for microalgae cell wall rupture was observed using the ultrasonic probe, presenting an efficiency of 77.88%, employing a power of 450 W and 30 min of operation. It was possible to obtain films with better mechanical properties and water vapor barrier with the addition of intact cells, compared to the films made with the addition of broken cells. The ethanolic extracts of the films showed an elimination activity of DPPH radical and a small antioxidant capacity against FRAP. Thermal events, degradation temperatures, glass transition temperatures and film fusion temperatures were identified. SEM observations showed that films with the addition of ultrasound-assisted biomass had irregular and coarse surfaces, with greater formation of clusters. The films showed similar spectra in the wave number range of 1000 cm-1 to 3500 cm-1, in which no new bands were observed after the addition of microalgal biomass cells, that is, the interaction of the polymeric matrix with the microalgal biomass were through weak interactions because bands characterizing covalent bonds were not observed. The film presented a potential application as active food packaging, due to its ultraviolet light protection system conferred by the natural bio-pigmentation of microalgae.