Desenvolvimento e caracterização de filmes à base de poli(ácido láctico) e farinha do mesocarpo de babaçu para embalagem de alimentos

Abstract

Polímeros biodegradáveis de origem renovável, como o Poli(Ácido Láctico) (PLA), têm atraído interesse crescente para aplicações sustentáveis em embalagem de alimentos. Neste contexto, a adição de cargas naturais representa uma estratégia promissora para modular suas propriedades. Este estudo avaliou os efeitos da incorporação de Farinha do Mesocarpo de Babaçu (FMB) nos teores de 3, 5, 8 e 10% (em massa) em filmes de PLA produzidos por extrusão de matriz plana. O estudo foi feito em duas etapas complementares: caracterização da FMB e análise abrangente dos filmes compósitos resultantes. A análise da FMB exibiu uma composição majoritariamente amilácea (66,23 g/100 g), com mais amilopectina que amilose. A FMB mostrou baixa densidade aparente (< 1,0 g/mL), existência de compostos bioativos (fenólicos, flavonoides e antocianinas monoméricas) e propriedades de fluxo de baixa fluidez (Índice de Carr (IC): 36,70%; Razão de Hausner (RH): 1,58). Os parâmetros de cor (L*, a* e b*) refletiram a coloração típica do babaçu. A Análise Elementar (CHN) confirmou seu caráter orgânico, complementado pela detecção de elementos inorgânicos por meio da técnica de Fluorescência de Raios-X (FRX). A distribuição granulométrica evidenciou diâmetro médio de 38,82 µm, enquanto a área superficial foi de 3,02 m2/g. As técnicas de Microscopia Óptica (MO) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) mostraram grânulos de amido com morfologias distintas. A estrutura do amido foi validada por Difração de Raios-X (DRX) e Espectroscopia no Infravermelho (FTIR). Propriedades térmicas, solubilidade em água, absorção de água, propriedades de pasta (RVA), tal como o teor de amido danificado também foram avaliados. Filmes compósitos à base de PLA/FMB foram produzidos de modo eficiente por extrusão de matriz plana, apresentando propriedades físicas satisfatórias, cujos resultados variaram para largura (16,41‒20,38 cm), espessura (0,14‒0,24 mm), densidade (0,78‒1,07 g/cm3) e gramatura (168,34‒255,31 g/m2). As análises microscópicas revelaram boa dispersão das partículas, existência de aglomerados, microestrutura heterogênea e interface bem definida. A perfilometria óptica evidenciou aumento da rugosidade superficial com o aumento de FMB, refletindo-se no comportamento do ângulo de contato. Os filmes mostraram baixo teor de umidade (< 1,5%), baixa susceptibilidade à dissolução em água (< 0,22%) e permeabilidade ao vapor de água inferior a 0,048 g.mm/Pa.h.m2. Foram realizadas análises estruturais, térmicas e ópticas, além de uma análise mecânica. Os filmes compósitos exibiram-se promissores como alternativa ecológica aos polímeros convencionais, destacando-se como opção estratégica para embalagem de alimentos, embora estudos adicionais ainda sejam necessários.

Biodegradable polymers of renewable origin, such as Poly(Lactic Acid) (PLA), have attracted increasing interest for sustainable applications in food packaging. In this context, the addition of natural fillers represents a promising strategy to modulate their properties. This study evaluated the effects of incorporating Babassu Mesocarp Flour (BMF) at contents of 3, 5, 8, and 10 wt% in PLA films produced by flat-die extrusion. The study consisted of two complementary stages: characterization of BMF, followed by a comprehensive analysis of the resulting composite films. The BMF analysis revealed a predominantly starchy composition (66.23 g/100 g), characterized by a higher proportion of amylopectin than amylose. The BMF exhibited a low bulk density (< 1.0 g/mL), the presence of bioactive compounds (phenolics, flavonoids, and monomeric anthocyanins), and low fluidity flow properties (Carr Index (CI): 36.70%; Hausner Ratio (HR): 1.58). The color parameters (L*, a*, and b*) reflected the typical coloration of babassu. Elemental Analysis (CHN) showed an organic nature, with inorganic elements observed by X-ray Fluorescence (XRF). The particle size distribution showed an average diameter of 38.82 µm, while the surface area was 3.02 m2/g. Optical Microscopy (OM) and Scanning Electron Microscopy (SEM) techniques showed starch granules with distinct morphologies. The starch structure was validated using X-ray Diffraction (XRD) and Infrared Spectroscopy (FTIR). Thermal properties, water solubility, water absorption, pasting properties (RVA), as well as damaged starch content, were also evaluated. The films were efficiently produced by flat-die extrusion, presenting satisfactory physical properties, with results varying in terms of width (16.41‒20.38 cm), thickness (0.14‒0.24 mm), density (0.78‒1.07 g/cm3), and grammage (168.34‒255.31 g/m2). Microscopic analyses revealed good particle dispersion, the existence of agglomerates, a heterogeneous microstructure, and a well-defined interface. Optical profilometry revealed that surface roughness increased with higher BMF content, a trend that was mirrored by changes in the contact angle behavior. The films exhibited a low moisture content (< 1.5%), low susceptibility to dissolution in water (< 0.22%), and a water vapor permeability lower than 0.048 g.mm/Pa.h.m2. Structural, thermal, and optical analyses were conducted, in addition to a mechanical analysis. Composite films have shown promise as an ecological alternative to conventional polymers, emerging as a strategic option for food packaging, although further studies are still required.