Desenvolvimento e caracterização de filme emulsionado biodegradável produzido a partir de proteína isolada de soja, óleo de coco e surfactantes naturais

Orientador: Prof. Dr. Marcos Rogério Mafra

Coorientadora: Profª Drª Larissa Canhadas Bertan

Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos. Defesa: Curitiba, 09/07/2015

Inclui referências : f. 92-112

Resumo: Embalagens produzidas a partir de biopolímeros, como proteínas e lipídios, tornaram-se alvo de pesquisas nos últimos anos e se mostram como alternativas sustentáveis na substituição parcial ou completa dos derivados de petróleo. Estudos demonstram que proteínas apresentam capacidade para formar filmes com propriedades mecânicas adequadas e com boa resistência a permeação de gases. Entretanto, estas embalagens são suscetíveis às condições ambientais, principalmente a umidade relativa, inviabilizando sua aplicação em uma possibilidade de produtos. A adição de lipídios pode minimizar a difusão de água na estrutura do filme devido ao aumento na hidrofobicidade da matriz. A dispersão dos lipídios pode ser melhorada pela adição de surfactantes naturais, levando a formação de filmes emulsionados. Neste sentido, o objetivo deste trabalho foi desenvolver e caracterizar filmes emulsionados produzidos a partir de proteína isolada de soja (PIS), incorporado com óleo de coco (OC) e surfactantes naturais (lecitina de soja, LS, e extrato de Yucca schidigera, YS) produzidos pelo método "casting". O efeito da incorporação do OC e dos surfactantes foi investigado sobre as propriedades físicas (opacidade e solubilidade), mecânicas (resistência à tração e elongação), de barreira ao vapor de água (PVA), térmicas (análise termogravimétrica) e morfológicas (microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier, FTIR). As propriedades dos filmes emulsionados foram comparadas às de um filme elaborado sem a adição de OC e surfactantes (Controle). Na segunda fase do trabalho, o potencial de aplicação dos filmes elaborados com LS e OC foi investigado na produção de sachês para armazenamento de azeite de oliva comestível. De um modo geral, todas as propriedades foram influenciadas pela natureza do surfactante, principalmente pela sua solubilidade. A YS é mais solúvel em água e permitiu sua melhor dispersão na matriz quando comparada à LS. A permeabilidade ao vapor de água (PVA) foi à propriedade mais influenciada pela natureza do surfactante, sendo sua redução somente possível com a utilização de YS. Comparado ao filme controle, os filmes adicionados de OC e YS apresentaram uma redução de 35,36% na PVA. O óleo de coco promoveu a flexibilidade dos filmes, independente do surfactante utilizado, sendo uma maior elongação verificada com a utilização de LS. A opacidade dos filmes foi mais influenciada pela concentração do OC do que pelos surfactantes, onde um aumento na proporção de OC resultou na diminuição da transparência destes filmes. As análises morfológicas e de FTIR confirmaram modificações na estrutura dos filmes emulsionados. A estabilidade do azeite embalado nos sachês foi monitorado pelo seu índice de peróxidos (IP) durante o período de estocagem de 28 dias. Os sachês elaborados com os filmes emulsionados se mantiveram íntegros durante todo período de estocagem, e ao final do período, o IP do azeite não atingiu o limite máximo regulado pela legislação vigente. Os resultados obtidos neste trabalho podem ser úteis para futuras aplicações em escala industrial ou para o aprimoramento tecnológico na área de filmes emulsionados.

Abstract: Packages produced from biopolymers, such as proteins and lipids, have become the subject of researches in recent years, showing to be sustainable alternatives as partial or complete replacements of petroleum derivatives. Studies show that proteins have the ability to form films with adequate mechanical properties and good gas permeation resistance. However, these packages are susceptible to environmental conditions, particularly the moisture in the environment, limiting their application in a possibility of products. The addition of lipids can minimize the water diffusion in the film structure due to the increased hydrophobicity of the matrix. The dispersion of lipids can be improved by adding natural surfactants, which leads to the formation of emulsified films. In this sense, the aim of this study was to develop and characterize emulsified films made from soy protein isolate (PIS), incorporated with coconut oil (OC) and natural surfactants (soy lecithin, LS, and Yucca schidigera extract, YS) made by the "casting" method. The effect of the incorporation of OC and surfactants on the physical (opacity, and solubility), mechanical (tensile strength and elongation), barrier to water vapor (PVA), thermal (thermogravimetric analysis) and morphological properties (scanning electron microscopy and Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR) was investigated. The properties of the emulsified films were compared to those of a film prepared without the addition of OC and surfactants (Control). In the second phase of this work, the applicability of the films with added LS and OC was investigated in the production of sachets for edible olive oil. In general, all properties were influenced by the surfactant nature, particularly by its solubility. The YS is more soluble in water and allowed a better dispersion in the matrix when compared to LS. The water vapor permeability (PVA) was the property most influenced by the surfactant nature, being its reduction only possible when YS was used. Compared to the control film, the films with added OC and YS were 35.36% lower in PVA. Coconut oil promoted flexibility of the films, regardless of surfactant used, with greater elongation verified using LS. The opacity of the films had greater influence by the OC than by surfactants concentration, where an increase in OC proportion resulted in a decrease in films transparency. The morphological and FTIR analyses confirmed structural modifications in the emulsified films, when compared to the film without the addition of these components. The stability of the oil packaged in the sachets was monitored by the peroxide value (IP) during a 28-day storage period. The sachets made of the emulsified films remained intact throughout the storage period, and at the end of the period, the IP of the oil has not reached the maximum limit set by law. The results of this study may be useful for future applications in industrial scale or for technological improvement in the emulsified films area.