Lignin nanoparticles for the development of flexible films for food packaging

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Silva, Lúcio Casimiro Teixeira Pinto da
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1822/88161
Resumo: Dissertação de mestrado em Biotecnologia
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spelling Lignin nanoparticles for the development of flexible films for food packagingNanopartículas de lignina para o desenvolvimento de filmes flexíveis para embalagens alimentaresBiopolímerosEmbalagens alimentaresFilmesLigninaNanopartículasBiopolymersFilmsFood packagingLigninNanoparticlesEngenharia e Tecnologia::Biotecnologia IndustrialDissertação de mestrado em BiotecnologiaAs embalagens alimentares têm como principal função a proteção do produto contra contaminações e danos físicos. O plástico é um dos materiais mais utilizados para embalagens alimentares, mas apresenta um impacto no ambiente, sendo os biopolímeros uma alternativa mais sustentável. A lignina pode ser obtida a partir de resíduos lignocelulósicos através de vários métodos de extração, como o método organosolv que recupera lignina com elevada pureza. A produção de nanopartículas de lignina (LNPs) tem sido explorada para a incorporação em filmes poliméricos para melhorar as propriedades dos mesmos. Assim, o objetivo deste trabalho foi extrair lignina organosolv para a produção de LNPs pelo método de precipitação antisolvente e incorporar em filmes de hidroxipropil metilcelulose (HPMC). Além dessa estratégia foi também avaliada a incorporação direta de lignina em filmes, assim como revestimento de lignina. A extração organosolv a 230 °C permitiu obter um maior rendimento de lignina (41%) com elevada pureza (92%). Foram usadas três concentrações de lignina para produzir as LNPs que foram incorporadas em filmes de HPMC e avaliadas em termos de morfologia, propriedades de barreira, antioxidante e mecânicas. Os testes de permeabilidade ao vapor de água (WVP) não mostraram diferenças significativas com a incorporação de LNPs nos filmes, assim como nas análises do ângulo de contato e de humidade. Por outro lado, os filmes incorporados com lignina e de revestimento apresentaram melhorias nas propriedades de barreira, alcançando uma redução de 31.5 e 36%, respetivamente, tendo o filme de lignina com uma menor humidade (17%). A avaliação morfológica revelou um acúmulo de LNPs e de lignina nos filmes revestidos na superfície exposta ao ar, sendo mais acentuada nos filmes de lignina. A espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) mostrou pequenas mudanças na estrutura dos filmes com as diversas formas de incorporação de lignina. Todos os filmes de LNPs apresentaram elevada RSA após 24 h, tendo-se observado um aumento gradual nos filmes revestidos com lignina e com 0.625 mg/mL LNPs, enquanto os filmes com 1.25 e 2.5 mg/mL LNPs e os filmes de lignina apresentaram elevada RSA (Radical Scavenging Activity) ao longo do tempo. As propriedades mecânicas foram melhoradas com o aumento da concentração de LNPs observando-se um aumento da força de tensão do filme de 2.5 mg/mL LNPs (19.23 MPa), assim como no filme de lignina e de revestimento. Os resultados mostraram que foi possível melhorar as propriedades dos filmes, tendo os filmes revestidos com lignina mostrado melhorias mais significativas.Food packaging has the main function to protect the product from contaminations and physical damages. Plastic is one of the main materials used for food packaging but presents an impact on the environment, being biopolymers a more sustainable alternative. Due to their abundance on Earth, lignin can be obtained from lignocellulosic residues through several extraction methods, such as the organosolv method that recover high-purity lignin. The production of lignin nanoparticles (LNPs) has been explored to be incorporated in polymer films to improve their properties. Thus, the aim of this work was to extract an organosolv lignin, to produce LNPs by antisolvent precipitation method and their incorporation in hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) films. Additionally to this strategy, the direct incorporation of lignin in films, as well as lignin coating was also evaluated. The organosolv extraction at 230 °C allowed to obtain a higher yield of lignin (41%) with high purity (92%). Three lignin concentrations were used to produce the LNPs that were incorporated into HPMC films and evaluated in terms of morphology, water barrier, antioxidant, and mechanical properties. Water vapour permeability (WVP) tests showed no significant differences with the incorporation of LNPs in the films as well as the contact angle analysis and moisture content. On the other hand, lignin and lignin coating films presented improvements in barrier properties compared to the LNPs films achieving a 31.5 and 36% reduction, respectively, with the lignin film having a lower moisture content (17%) than the other films. The morphological evaluation revealed an accumulation of LNPs and lignin in the coating films on the airside surface, being more evident in the lignin films. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) showed small changes in the film’s structure with the different methods for incorporating lignin. All LNPs films showed high RSA after 24 h, with a gradual increase observed in the 0.625 mg/mL LNPs and lignin coating films, while 1.25 and 2.5 mg/mL LNPs and the lignin films presented high RSA (Radical Scavenging Activity) throughout time. The mechanical properties were improved by increasing LNPs concentration, observing a significant increase in the tensile strength in the 2.5 mg/mL LNPs film (19.23 MPa), as well as in the lignin and lignin coating film. The results showed that it was possible to improve the properties of the films, with the coating films showing more significant improvements.Michelin, MicheleCerqueira, Miguel Ângelo Parente RibeiroUniversidade do MinhoSilva, Lúcio Casimiro Teixeira Pinto da2023-12-112024-12-11T00:00:00Z2023-12-11T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://hdl.handle.net/1822/88161eng203470214info:eu-repo/semantics/embargoedAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2024-01-20T01:20:55Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/88161Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-20T01:52:17.309751Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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