Estudo dos processos de transferência de massa e propriedades mecânicas de biofilmes de amido de mandioca reforçados com fibras de celulose

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dc.contributor.advisorYamashita, Fábio
dc.contributor.authorMüller, Carmen Maria Olivera
dc.contributor.bancaPires, Alfredo Tiburcio Nunes
dc.contributor.bancaGrosso, Carlos Raimundo Ferreira
dc.contributor.bancaBeléia, Adelaide Del Pino
dc.contributor.bancaSilva, Rui Sérgio dos Santos Ferreira da
dc.contributor.coadvisorLaurindo, João Borges
dc.coverage.extent168 p.
dc.coverage.spatialLondrina
dc.date.accessioned2024-09-19T17:19:25Z
dc.date.available2024-09-19T17:19:25Z
dc.date.issued2007-07-23
dc.description.abstractO impacto ambiental ocasionado pelo acúmulo de embalagens à base de materiais sintéticos e a dificuldades de reciclagem tem promovido pesquisas no sentido de desenvolver materiais alternativos. Sendo assim, o amido constitui uma matéria prima interessante para o desenvolvimento de biofilmes uma vez que alia biodegradabilidade a baixo custo e disponibilidade. As limitações para sua aplicação estão ligadas a sua alta higroscopicidade que os torna altamente permeáveis a vapor de água, modifica suas características mecânicas e os torna instáveis em umidades relativas elevadas. Neste contexto, o trabalho apresentado teve como finalidade estudar os processos de transferência de massa e as propriedades mecânicas destes materiais, para intervir no sentido de melhorar a performance dos mesmos. Na fase inicial do trabalho produziram-se filmes de amido de mandioca plastificados com sorbitol e glicerol em concentrações de 0,25, 0,30 e 0,35 g de plastificante/ g amido seco e foram determinadas as propriedades mecânicas e de barreira ao vapor de água de todas as amostras. Através da derivada das isotermas de sorção de umidade (ajustada pelo modelo de GAB) em relação à atividade de água (aw) determinou-se o coeficiente de solubilidade (ß) da água no filme. Com os resultados da permeabilidade ao vapor de água e da densidade do filme e com o coeficiente de solubilidade foi calculado, através da lei de Fick, o coeficiente efetivo de difusão da água no filme (Dw). Os resultados obtidos mostraram que a permeabilidade dos filmes aumentou na medida em que o gradiente de UR se deslocou para valores mais próximos da saturação e com o teor de plastificante. Este aumento verificado na permeabilidade foi ocasionado principalmente pelo aumento do coeficiente de solubilidade uma vez que o Dw praticamente se manteve constante em todos os gradientes de UR utilizados, e em todas as formulações. Na segunda etapa do trabalho, foram elaborados filmes de amido de mandioca plastificados com glicerol, com diferentes teores de fibras de celulose (0,10, 0,30 e 0,50 g de fibras/g amido) e foram avaliadas as propriedades mecânicas (ensaios de relaxação e de tração), de barreira, microestruturais, cristalinidade, termogravimetria (TGA) e espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR). A incorporação das fibras ocasionou um aumento significativo da tensão de ruptura que passou de 1,3±0,3 MPa na amostra sem fibras de celulose para 22,9±2,9 MPa na amostra com 0,50g de fibra/ g amido. Além disso, os filmes em que foram adicionadas fibras se mostraram mais rígidos, o que foi verificado através do aumento do Módulo de Young, que nas amostras sem fibras foi de 18±4 MPa, e nas amostras com 0,50 g de fibras/ g de amido, foi de 605±122 MPa. Através dos testes mecânicos de relaxação observou-se que a adição de fibras ocasionou um aumento da força máxima e uma diminuição da porcentagem de relaxação, o que corrobora com o efeito reforçador das fibras em compósitos com amido. No que se refere às propriedades de barreira, observou-se que o aumento do teor de fibras diminuiu a permeabilidade ao vapor de água. Observando-se o valores de permeabilidade no gradiente de maior UR (64%-90%) verifica-se uma redução de 50% quando comparam-se os filmes sem fibras, com aqueles com 0,50g de fibra/ g de amido. Em termos de cristalinidade, observou-se que a adição de fibras aumentou o índice de cristalinidade, o que lhes conferiu maior estabilidade do ponto de vista das propriedades mecânicas, durante o armazenamento nas duas UR estudadas (75% e 58%). Os resultados obtidos mostraram que a incorporação de fibras de celulose é uma alternativa não somente de reforço mecânico mas de melhoria das propriedades de barreira ao vapor de água, o que pode viabilizar a aplicabilidade dos biofilmes a base de amido em embalagens.
dc.description.abstractother1An environmental awareness due to an increase on synthetic packaging waste as well as difficulties on recycling these materials has increase research on alternative and more environmental friendly materials. Starch is an interesting natural resource once it’s biodegradable, have low cost and is encountered in abundance. Nevertheless, it presents some limitations due to its hygroscopic characteristic, which makes its films highly permeable to water vapor, changes its mechanical properties, and makes them unstable at high relative humidity (RH) environments. In this context, the aim of this work was to study the mass transfer process and mechanical properties of cassava starch based films to better understand how to improve its properties. In the first stage of this work, films based on cassava starch, and plasticized with either sorbitol, or glycerol, at concentrations of 0.25, 0.30 and 0.35g of plasticizer/g dried starch were prepared, and its mechanical and barrier properties were analysed. Through the first derivative of the water sorption isotherms (adjusted to GAB´s model) in relation to water activity (aw) it was determined films water solubility coefficient (ß). With the results of films water permeability, density and the calculated ß, Fick´s Law was employed to calculate films effective water diffusion coefficient (Dw). Results indicated that films permeability increased as the RH gradient tended to saturation and plasticizer content increased. This increase on permeability values is due to an increase on the solubility coefficient, once Dw remained constant at all RH gradients and formulations studied. On the second stage of this work, cellulose fibers (at concentrations of 0.10, 0.30 and 0.50g of fibers/g starch) were added to films based on cassava starch and plasticized with glycerol. Films were characterized by its mechanical (relaxation and tensile strength tests) and barrier properties, microstructure, cristallinity, thermogravimetry (TGA) and infrared spectroscopy (FT-IR). The presence of fibers increased, significantly, films tensile strength at break (from 1.3±0.3 MPa for films without fibers to 22.9±2.9 MPa for films with 0.50g/g starch). Moreover, films with fibers showed an increase on its stiffness, as demonstrated by an increase on Young’s Modulus. While films without fibers showed values of 18.4±4 MPa, films with 0.50g fibers/g starch presented values of 605±122 MPa of Young Modulus. Results of relaxation mechanical tests demonstrated that the addition of fibers increased maximum force and decreased relaxation percentage of films, which corroborates with the reinforcement effect of the fibers in starch composites. When analyzing films barrier properties, it was shown that an increase on fibers concentration decreased films water vapor permeability. At high RH gradient (64%-90%), permeability of films with 0.50g fibers/g starch showed a 50% reduction on its value, compared to films without fibers. The presence of fibers also increased films crystallinity, which makes them more stable, in terms of mechanical properties, during storage at the two RH studied (58 and 75%). Results indicated that cellulose fibers incorporation is a viable alternative, not only as a mechanical reinforcement of films, but also as an improvement of biofilms barrier properties, which can make films based on starch feasible to be applied as packaging.
dc.identifier.urihttps://repositorio.uel.br/handle/123456789/17658
dc.language.isopor
dc.relation.departamentCCA - Departamento de Ciência e Tecnologia de Alimentos
dc.relation.institutionnameUniversidade Estadual de Londrina - UEL
dc.relation.ppgnamePrograma de Pós-Graduação em Ciência de Alimentos
dc.subjectBiofilmes
dc.subjectCompósitos
dc.subjectFibras de celulose
dc.subjectDifussividade
dc.subjectSolubilidade
dc.subjectPropriedades mecânicas
dc.subject.capesCiências Agrárias - Ciência e Tecnologia de Alimentos
dc.subject.cnpqCiências Agrárias - Ciência e Tecnologia de Alimentos
dc.subject.keywordsBiofilms
dc.subject.keywordsComposites
dc.subject.keywordsCelulose fibers
dc.subject.keywordsDiffusivity
dc.subject.keywordsSolubility
dc.subject.keywordsMechanical properties
dc.titleEstudo dos processos de transferência de massa e propriedades mecânicas de biofilmes de amido de mandioca reforçados com fibras de celulose
dc.typeTese
dcterms.educationLevelDoutorado
dcterms.provenanceCentro de Ciências Agrárias

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