Desenvolvimento de espumas à base de amido de mandioca com incorporação dos resíduos provenientes da produção de suco de uva e de óleo de semente de uva orgânicos

Abstract

As embalagens, na indústria alimentícia, auxiliam no processo de conservação e manutenção da qualidade do alimento, visando a segurança alimentar, protegendo contra agentes externos, contaminações, adulterações, além de proporcionar praticidade momento da comercialização junto ao consumidor final. A geração de resíduos não biodegradáveis provenientes de embalagens de alimentos é crescente, sendo que, muitas vezes devido à inviabilidade econômica no processo de segregação e reciclagem, estes resíduos são destinados a aterros sanitários. Visando à diminuição do impacto ambiental e à obtenção de materiais alternativos biodegradáveis, o presente estudo busca a obtenção de espumas à base de amido de mandioca com incorporação de resíduos agroindustriais provenientes da produção de suco de uva integral e óleo de semente de uva orgânicos, para aplicação em embalagens de alimentos. As espumas à base de amido foram produzidas por expansão térmica, com adição dos resíduos de casca de uva (CA), semente de uva (SE) e semente de uva desengordurada com fragmentos de casca de uva (SEDC) na proporção de 10 %, 20% e 30 % (m/m). As espumas obtidas foram caracterizadas em relação aos seguintes parâmetros: densidade aparente, teor de umidade, morfologia, capacidade de absorção de água, teor de compostos fenólicos totais, antocianinas totais, flavonoides totais, capacidade antioxidante, estabilidade térmica, estrutura química, propriedades mecânicas, atividade antimicrobiana e biodegradabilidade. A adição dos resíduos CA, SE e SEDC proporcionou espumas com menor densidade aparente e maior capacidade de expansão. Ademais, a adição dos resíduos SE e SEDC resultou em menor capacidade de absorção de água das espumas, enquanto a adição do resíduo CA promoveu o aumento da capacidade de absorção. A adição dos resíduos às espumas proporcionou maiores teores de antocianinas, fenólicos, flavonoides e atividade antioxidante às embalagens comparado ao controle. Em relação à estabilidade térmica, a adição do resíduo CA, SE e SEDC causou diminuição da estabilidade térmica das espumas, quando comparadas à amostra controle, e nos espectros obtidos foi possível a identificação de bandas características dos resíduos adicionados. A resistência à tração, elongação na ruptura e módulo de elasticidade das embalagens com adição dos resíduos CA, SE e SEDC foram inferiores à amostra controle. A adição dos resíduos potencializou a capacidade de biodegradação das espumas preparadas, que se desagregaram em períodos de 20 a 40 dias e foram totalmente degradadas em cerca de 60 dias. Em relação à atividade antimicrobiana, as espumas contendo o resíduo CA promoveram inibição parcial do desenvolvimento de Staphylococcus aureus e Escherichia coli. De forma geral, as embalagens com adição dos resíduos SE e SEDC apresentaram melhores resultados quando comparadas às embalagens com a adição do resíduo CA. Foi escolhida a formulação com adição do resíduo 10% de SEDC para otimização com adição de óleo de semente de uva residual (OR) nas concentrações de 2,5 %, 5,0 % e 7,5 %. A adição de OR na formulação promoveu pequeno aumento na densidade aparente, menor capacidade de absorção de água e redução nas propriedades mecânicas. Além disso, não houve alteração significativa nos teores de antocianinas totais, fenólicos totais, flavonoides e atividade antioxidante em relação às amostras com adição do OR e controle. Em relação à estabilidade térmica, a adição do OR ocasionou pequena redução da estabilidade térmica das espumas, quando comparadas ao controle. Nos espectros obtidos, notou-se bandas características do OR. Em todas as amostras com a adição do OR houve inibição do crescimento da bactéria S. aureus quando comparada com as demais amostras obtidas, não havendo diferença significativa. A presença do OR nas espumas promoveu um retardo no processo de desagregação, sem efeitos inibitórios sobre o processo de decomposição das amostras, uma vez que a degradação de todas as amostras ocorreu em cerca de 60 dias, independentemente do teor de óleo adicionado. A formulação com adição de 10% do resíduo SEDC e utilização de 2,5% de OR apresentou os resultados mais promissores, devido à redução da capacidade de absorção de água e propriedades antimicrobianas, demostrando potencial para utilização como embalagem ativa.

Packaging, in the food industry, helps in the process of conserving and maintaining food quality, aiming at food safety, protecting against external agents, contamination, adulteration, in addition to providing practicality moment of marketing to the final consumer. The generation of non-biodegradable waste from food packaging is growing, and often, due to the economic unfeasibility of the segregation and recycling process, these wastes are sent to landfills. Aiming to reduce the environmental impact and obtain alternative biodegradable materials, this study seeks to obtain foams based on cassava starch with the incorporation of agro-industrial residues from producing organic whole grape juice and grape seed oil for application in food packaging. The starch-based foams were produced by thermal expansion, with the addition of grape skin waste (CA), grape seed (SE), and defatted grape seed with fragments of grape skin (SEDC) in the proportion of 10 wt.%, 20% and 30 wt.%. The obtained foams were characterized in relation to the following parameters: to apparent density, moisture content, morphology, water absorption capacity, content of total phenolic compounds, total anthocyanins, total flavonoids, antioxidant capacity, thermal stability, chemical structure, mechanical properties, antimicrobial activity and biodegradability. Adding CA, SE, and SEDC residues provided foams with lower apparent density and greater expansion capacity. Furthermore, the addition of SE and SEDC residues resulted in a lower water absorption capacity of the foams, while the addition of CA residue increased absorption capacity. Adding residues to the foams provided higher levels of total anthocyanins, total phenolics, flavonoids, and antioxidant activity to the packages relative to the control. Regarding the thermal stability, the addition of CA, SE, and SEDC residues caused a decrease in the thermal stability of the foams when compared to the control sample. In the obtained spectra, it was possible to identify characteristic bands of the added residues. The tensile strength, elongation at break, and modulus of elasticity of the packages with the addition of CA, SE, and SEDC residues were lower than the control sample and the EPS. Adding residues enhanced the prepared foams' biodegradation capacity, which disintegrated in 20 to 40 days and were wholly degraded in around 60 days. Regarding antimicrobial activity, foams containing CA residue promoted partial inhibition of Staphylococcus aureus and Escherichia coli development. In general, the packages with the addition of SE and SEDC residues showed better results when compared to the packages with the addition of CA residue. The formulation with addition of 10% SEDC residue was chosen for optimization by adding residual grape seed oil (RO) at concentrations of 2.5 %, 5.0 %, and 7.5 %. The addition of OR to the formulation promoted a slight increase in apparent density, lower water absorption capacity, and reduction in mechanical properties. Furthermore, there was no significant change in the levels of total anthocyanins, total phenolics, flavonoids, and antioxidant activity concerning the samples with the addition of OR and the control sample. Regarding thermal stability, the addition of OR caused a slight reduction in the thermal stability of the foams compared to the control sample. In the spectra obtained, it was possible to identify bands characteristic of the added OR. Regarding antimicrobial activity, in all samples with the addition of OR, there was inhibition of the growth of S. aureus bacteria compared to the other samples obtained, with no significant difference. The presence of OR in the foams promoted a delay in the foam disintegration process but without inhibitory effects on the foam decomposition process since the degradation of all samples occurred in around 60 days, regardless of the added oil content. The formulation with the addition of 10% SEDC residue and the use of 2.5% RO showed the most promising results, due to the reduction in water absorption capacity and antimicrobial properties, demonstrating potential for use as active packaging.