Desenvolvimento de filmes biodegradáveis e nanofibras a partir de resíduos de cápsulas gelatinosas

Abstract

A aplicação de polímeros biodegradáveis em substituição aos plásticos comuns derivados do petróleo representa uma oportunidade promissora de desenvolver materiais e tecnologias mais sustentáveis. Nesse contexto, resíduos de cápsulas nutracêuticas de gelatina foram utilizados para produzir filmes biodegradáveis pelo processo de casting e desenvolver nanofibras por electrospinning. O efeito de tratamento reticulante químico, da adição de nanoargila como agente reforçador e de aquecimento ôhmico à matriz polimérica dos filmes foi investigado, bem como o potencial de produzir nanofibras com o uso de solventes menos tóxicos. Os filmes desenvolvidos foram caracterizados quanto às suas propriedades mecânicas, dinâmicomecânicas, físico-químicas, estruturais, morfológicas, ópticas, e térmicas, enquanto as nanofibras foram morfologicamente analisadas. De modo geral, as estratégias empregadas contribuíram para o aprimoramento das propriedades dos filmes, especialmente solubilidade em água e permeabilidade ao vapor de água para o caso dos filmes reticulados, e as propriedades mecânicas dos filmes incorporados de nanoargila e produzidos por aquecimento ôhmico. Além disso, os filmes reticulados com genipina demonstraram seu potencial em manter a qualidade de azeite de oliva durante armazenamento em condições aceleradas.(continua). Os bionanocompósitos apresentaram alta taxa de biodegradabilidade e tiveram o efeito na qualidade do solo avaliado que comprovou a ação de microrganismos no processo de biodegradação. Em relação às nanofibras, foi possível desenvolver os materiais utilizando uma combinação de ácido acético e ácido cítrico como solvente. Tais resultados cooperam para melhorar a aplicabilidade e o desempenho de filmes à base de gelatina no campo de embalagens de alimentos, bem como expandir as possíveis aplicações do resíduo de cápsulas gelatinosas para o ramo da nanotecnologia, agricultura e biorremediação.

The application of biodegradable polymers to substitute commonly used plastics derived from petroleum represents a promising alternative to develop sustainable materials and technologies. In this context, residues of nutraceutical gelatin capsules were used to produce biodegradable films by casting and nanofibers by electrospinning. The effect of crosslinking treatment, incorporation of nanoclay as a reinforcing agent and ohmic heating in the properties of films was investigated, along with the potential of producing nanofibers by using less toxic solvents. The developed films were characterized regarding their mechanical, dynamic-mechanical, physicochemical, structural, morphological, optical, and thermal properties, while nanofibers were morphologically analyzed. In general, the employed strategies contributed to the improvement of the properties of the films, especially concerning the total soluble matter and water vapor permeability for the crosslinked films, and the mechanical properties of nanocomposites and ohmic treated films. The genipin-gelatin films demonstrated the potential to maintain the quality attributes of extra-virgin olive oil during storage under accelerated conditions. Bionanocomposites presented a high rate of biodegradability and had their effect on the soil quality evaluated, which proved the action of microorganisms in the biodegradation process. In regards to the nanofibers, it was possible to produce them by using a combination of acetic and citric acid as solvent. Such results cooperate to improve the applicability and performance of gelatin-based films in the field of food packaging and contribute to expanding the application of gelatin capsule residues in the field of nanotechnology, agriculture, and bioremediation.