Desenvolvimento de filmes poliméricos biodegradáveis com polissacarídeos da casca de castanha (Castanea sativa)
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2020 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | eng |
Título da fonte: | Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
Texto Completo: | http://hdl.handle.net/10400.22/16430 |
Resumo: | O amido tem ganho importância na área dos biomateriais e das embalagens alimentares por ser de baixo custo, biodegradável e de fácil processamento. No entanto, este polímero não apresenta boas propriedades mecânicas quando comparado com os materiais à base de petróleo comumente usados. De forma a melhorar estas propriedades, incorporam-se outros compostos, sintéticos ou naturais, como, por exemplo, nanopartículas ou fibras para reforçar a estrutura dos novos materiais. As fibras, em particular, podem ser obtidas a partir dos subprodutos da indústria das castanhas, sendo uma forma de promoção da sustentabilidade económica e ambiental deste sector industrial. Este trabalho de investigação teve com objetivo desenvolver um filme de amido reforçado com fibras e lenhina, extraídos por tratamento alcalino dos resíduos da casca de castanha, com propriedades mecânicas melhoradas. A composição do filme foi otimizada por Metodologia de Superfície de Resposta, tendo sido avaliadas as propriedades mecânicas elongação, força de tensão e módulo de elasticidade. A composição ótima do filme de amido foi obtida com 10% (m/m) de fibras de castanha e 50% (m/m) de glicerol. As respostas de elongação, força de tensão e módulo de elasticidade atingiram valores de, respetivamente, 34,19 %, 7,31 N e 4,15 N para o filme com fibra de castanha. Os valores de força de tensão e módulo de elasticidade foram aproximadamente 3,5 vezes superiores aos obtidos para o filme controlo (sem fibra e sem lenhina e com 50% (m/m) de glicerol). O modelo otimizado permitiu concluir que a lenhina não é um componente de reforço das propriedades mecânicas do filme de amido. Recorrendo à análise por microscopia eletrónica de varrimento constatou-se que o Ultra-Turrax influencia a morfologia das fibras e também, que apesar de se observarem algumas diferenças entre as fibras branqueadas e não branqueadas, as propriedades mecânicas do filme não são afetadas por este aspeto. Comparando com a literatura, os resultados obtidos para as propriedades mecânicas dos filmes de amido reforçados com fibras têm uma evolução dentro do expectável, revelando que as fibras provenientes das castanhas podem ser usadas como reforço e que o branqueamento das mesmas não produz qualquer efeito significativo nas propriedades das fibras. Para trabalhos futuros sugere-se o estudo de outras propriedades mecânicas, como a permeação ao oxigénio e à água, e propriedades físicas, como solubilidade e propriedades óticas. Estudos sobre a humidade relativa dos filmes e a interação deste fator com diferentes plastificantes também poderá ser abordada, visto a hipótese de ser um fator determinante nas propriedades mecânicas do filme. No campo das embalagens alimentares, a aplicação de extratos em filmes de amido, refletindo-se em atividades antioxidante e antimicrobiana, poderá ser avaliado. Ainda neste campo, a estabilidade das propriedades do filme ao longo do tempo também poderá ser avaliada de forma a garantir a viabilidade do uso de filmes de amido no embalamento de alimentos. |
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Desenvolvimento de filmes poliméricos biodegradáveis com polissacarídeos da casca de castanha (Castanea sativa)Subprodutos da castanhaFilmes de amidoMetodologia de Superfície de RespostaPropriedades mecânicasChestnut by-productsStarch-based filmResponsive Surface MethodologyMechanical propertiesO amido tem ganho importância na área dos biomateriais e das embalagens alimentares por ser de baixo custo, biodegradável e de fácil processamento. No entanto, este polímero não apresenta boas propriedades mecânicas quando comparado com os materiais à base de petróleo comumente usados. De forma a melhorar estas propriedades, incorporam-se outros compostos, sintéticos ou naturais, como, por exemplo, nanopartículas ou fibras para reforçar a estrutura dos novos materiais. As fibras, em particular, podem ser obtidas a partir dos subprodutos da indústria das castanhas, sendo uma forma de promoção da sustentabilidade económica e ambiental deste sector industrial. Este trabalho de investigação teve com objetivo desenvolver um filme de amido reforçado com fibras e lenhina, extraídos por tratamento alcalino dos resíduos da casca de castanha, com propriedades mecânicas melhoradas. A composição do filme foi otimizada por Metodologia de Superfície de Resposta, tendo sido avaliadas as propriedades mecânicas elongação, força de tensão e módulo de elasticidade. A composição ótima do filme de amido foi obtida com 10% (m/m) de fibras de castanha e 50% (m/m) de glicerol. As respostas de elongação, força de tensão e módulo de elasticidade atingiram valores de, respetivamente, 34,19 %, 7,31 N e 4,15 N para o filme com fibra de castanha. Os valores de força de tensão e módulo de elasticidade foram aproximadamente 3,5 vezes superiores aos obtidos para o filme controlo (sem fibra e sem lenhina e com 50% (m/m) de glicerol). O modelo otimizado permitiu concluir que a lenhina não é um componente de reforço das propriedades mecânicas do filme de amido. Recorrendo à análise por microscopia eletrónica de varrimento constatou-se que o Ultra-Turrax influencia a morfologia das fibras e também, que apesar de se observarem algumas diferenças entre as fibras branqueadas e não branqueadas, as propriedades mecânicas do filme não são afetadas por este aspeto. Comparando com a literatura, os resultados obtidos para as propriedades mecânicas dos filmes de amido reforçados com fibras têm uma evolução dentro do expectável, revelando que as fibras provenientes das castanhas podem ser usadas como reforço e que o branqueamento das mesmas não produz qualquer efeito significativo nas propriedades das fibras. Para trabalhos futuros sugere-se o estudo de outras propriedades mecânicas, como a permeação ao oxigénio e à água, e propriedades físicas, como solubilidade e propriedades óticas. Estudos sobre a humidade relativa dos filmes e a interação deste fator com diferentes plastificantes também poderá ser abordada, visto a hipótese de ser um fator determinante nas propriedades mecânicas do filme. No campo das embalagens alimentares, a aplicação de extratos em filmes de amido, refletindo-se em atividades antioxidante e antimicrobiana, poderá ser avaliado. Ainda neste campo, a estabilidade das propriedades do filme ao longo do tempo também poderá ser avaliada de forma a garantir a viabilidade do uso de filmes de amido no embalamento de alimentos.Starch has gained great importance in the biomaterials and food packaging fields due to it is low cost, biodegradable and easy to process. However, this polymer does not have good mechanical properties when compared to the commonly used petroleum-based materials. In order to improve these properties, fillers, synthetic or natural, such as, for example, nanoparticles or fibers, are used to reinforce the structure of new materials. The fibers can be obtained from the chestnut industry by-products, being a way of promoting the economic and environmental sustainability of this industrial sector. This research work aimed to develop a starch-based film reinforced with fiber and lignin, extracted by alkaline treatment of chestnut residues, with improved mechanical properties. The composition of the film was optimized by Response Surface Methodology, the mechanical properties evaluated included the elongation, tensile strength and elasticity modulus. The optimum composition of the starch-based film was obtained with 10% (w / w) brown fibers and 50% (w / w) glycerol. The elongation responses, tensile strength and modulus of elasticity reached values of 34.19%, 7.31 N and 4.15 N, respectively, for the film with chestnut fiber. The values of tension strength and modulus of elasticity were approximately 3.5 times higher than those obtained for the control film (without fiber and without lignin and with 50% (w / w) glycerol). The optimized model showed that lignin from chestnut residues is not a good reinforcement component of the mechanical properties of the developed starch-based film. The scanning electron microscopy analysis showed that the application of UltraTurrax influences the fiber morphology. Also, some morphological differences between the bleached and unbleached fibers were observed, although this aspect did not affect the mechanical properties of the film. The results obtained for the mechanical properties of the starch-based films are comparable with literature, revealing that the fibers from the chestnuts can be used as reinforcements and that their bleaching treatment does not significantly affect the fiber properties. For future work other mechanical properties, such as oxygen and water permeation, and other physical properties, namely solubility and optical properties, should be evaluated. Studies on the relative humidity of the films and the interaction of this factor with different plasticizers can also be addressed, given the hypothesis of being a determining factor in the mechanical properties. In the field of food packaging, the addition of extracts with antioxidant and antimicrobial activities in the starch-based film composition can also be evaluated. Furthermore, the stability of the properties of the film over time can also be evaluated to guarantee the viability of using starch-based films for food packaging purposes.Delerue-Matos, CristinaRepositório Científico do Instituto Politécnico do PortoAmaral, Leonardo José Oliveira2020-11-04T15:27:41Z20202020-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10400.22/16430TID:202533409enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-03-13T13:03:31Zoai:recipp.ipp.pt:10400.22/16430Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T17:36:06.101514Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse |
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