BR102013009921A2 - Processo para a preparação de filmes ativos biodegradáveis plastificados e incorporados com aditivos naturais - Google Patents

Abstract

Processo para a preparação de filmes ativos biodegradáveis plastificados e incorporados com aditivos naturais. A presente invenção refere-se à produção de filmes ativos biodegradáveis a base do biopolímero quitosana, plastificados com glicerol e incorporados de aditivos naturais urucum e azeite de dendê. Mais particularmente a invenção refere-se à incorporação de aditivos naturais urucum e azeite de dendê à matriz polimérica quitosana, que confere ao filme formado características antioxidantes, o que contribui para o aumento da vida de prateleira do alimento embalado. A incorporação do plastificante à matriz polimérica melhora propriedades mecânicas e de barreiras dos filmes elaborados em se tratando de aumento da elasticidade, diminuição da tensão à tração e reduzindo consideravelmente a permeabilidade ao vapor d'água pela diminuição da afinidade pela água e modificação na estrutura filmogênica

Description

“PROCESSO PARA A PREPARAÇÃO DE FILMES ATIVOS BIODEGRADÁVEIS PLASTIFICADOS E INCORPORADOS COM ADITIVOS NATURAIS" Campo da Invenção A presente patente de invenção tem por objetivo a produção de filmes ativos biodegradáveis a base do biopolímero quitosana, plastificados com glicerol e incorporados de aditivos naturais urucum e azeite de dendê. A quitosana é um biopolímero resultante da desacetilação alcalina da quitina, composto constituinte do exoesqueleto de animais marinhos, presente em abundância na natureza. Estes resíduos tem gerado um impasse ambiental, pois quando depositados nos rios e mares aumentam a demanda bioquímica de oxigênio destes ambientes, contribuindo para o aumento da poluição. Devido à sua capacidade em formar filmes ativos e biodegradáveis pode ser utilizada na indústria como matéria prima para embalagem de alimentos, substituindo com vantagens os materiais sintéticos. Além de permitir a incorporação de outros aditivos como, por exemplo, o azeite de dendê e o urucum, compostos naturais ricos em carotenóides que atuam como antioxidantes, prolongando a vida-de-prateleira dos produtos e o glicerol que quando como plastificante melhora consideravelmente as propriedades mecânicas dos filmes. A utilização destes compostos aumenta o valor agregado destas cadeias produtivas, contribuindo para o desenvolvimento econômico e social de comunidades que vivem do agronegócio e tomam as empresas mais competitivas uma vez que utilizam tecnologia verde e de menor custo.

Fundamentos da Invenção O uso de embalagens começou a ser feito pelo homem tão logo este percebeu o valor ou a necessidade da preservação de seus bens. O objetivo do uso de embalagens na indústria de alimentos é prolongar a vida de prateleira de um produto e garantir que o mesmo chegue até o consumidor livre de contaminações, seja química, física e biológica. E, portanto a última etapa industrial no processo de preservação dos alimentos ( ZACTITI, E. M. Desenvolvimento e caracterização de filmes biodegradáveis de alginato de cálcio sem e com sorbato de potássio. Dezembro de 2004. [Dissertação], UNICAMP- Campinas, São Paulo. 2004) As embalagens têm inúmeras funções, dentre as quais, a de proteger o alimento contra danos físicos e mecânicos durante o transporte e distribuição e, também, contra ação de fatores ambientais como gases, luz, vapor de água e odores. As propriedades de barreira e mecânicas necessárias a uma embalagem devem ser definidas para cada produto, considerando-se a composição do mesmo, a forma de apresentação, o sistema de acondicionamento e a durabilidade desejada (SARANTÓPOULOS, C.I.G.L.; OLIVEIRA, L.M.; PADULA,M.; COLTRO, L.; ALVES, R.M.V; GARCIA, E.E.C. Embalagens plásticas flexíveis: principais polímeros e avaliação das propriedades, l.ed. Campinas: CETEA/ITAL, p.267, 2002).

Embora as embalagens tradicionais tenham contribuído grandemente com os primeiros desenvolvimentos do sistema de distribuição de alimentos, os atuais consumidores buscam produtos com características cada vez mais próximas às do alimento natural, contendo menos conservantes e que sejam seguros e cujas tecnologias causem mínimo de impacto possível ao meio ambiente (SOARES, N. F.; SILVA, W. A.; PIRES, A. C.; CAMILLOTO, G. P.; SILVA, P.S. Novos desenvolvimentos e aplicações em embalagens de alimentos. Revista Ceres, v.56, p. 370-378, 2009). Nesse sentido, novas tecnologias de embalagens vêm sendo desenvolvidas em resposta a essa demanda; são as embalagens ativas, que interagem de maneira intencional com o alimento, visando melhorar algumas de suas características (HAN J.H.; HO C.H.L.; RODRIGUES E.T. Intelligent packaging. Innovations in food packaging. Baltimore, Elsevier Science & Technology Books, p. 138-155, 2005).

No Brasil, apenas 8% dos resíduos sólidos descartados são reciclados (PIVA, A. M.; WIEBECK, H. Reciclagem do plástico: como fazer da reciclagem um negócio lucrativo. Artiliber Editora. São Paulo, 2004). Este processo é dificultado pela grande variedade de constituintes das embalagens plásticas e do processo que as originaram, aumentando o custo da reciclagem (DAVIS, G.; SONG, J.H. Biodegradable packaging based on raw materiais from crops and their impacto in waste management Industrial Crops and Products, v. 23, p. 147-161, 2006). Mediante a esta problemática, a utilização de filmes biodegradáveis toma-se uma alternativa considerável, desde que estes filmes apresentem boas propriedades mecânicas e de barreira e um custo de produção competitivo.

Muitas macromoléculas têm sido utilizadas como matriz polimérica de filmes biodegradáveis, dentre elas os polissacarídeos, a exemplo do amido. No entanto, filmes originados deste polissacarídeo apresentam-se quebradiços, o que pode tomar inviável sua utilização (PI BR 0704589-1). Outro polissacarídeo que pode ser utilizado com mesma finalidade seria a quitosana, que é um heteropolímero natural, amino catiônico, composto por unidades β-1,4 D-glucosamina ligadas a resíduos de N-acetil glucosamina. Está presente na parede celular de fungos (CANER, C.; CANSIZ, O. Effectiveness of chitosan-based coating in improving shelf-life of eggs. Journal of the Science of Food and Agriculture, v 87, p. 227-232, 2007; FERNANDEZ-SAIZ, P.; LAGARON, J. M.; OCIO, M. J. Optimization of the biocide properties of chitosan for its application in the design of active films of interest in the food area. Food Hydrocolloids, v 23, p. 913-921, 2009) ou pode ser obtida pelo processo de desacetilação alcalina da quitina, um composto presente em exoesqueleto de crustáceos, insetos e na parede celular de fungos e que é considerado o 2° composto mais abundante na natureza depois da celulose (PETER, M. G. Chitin and chitosan from animal sources. Biopolymers, Polyssaccharides II: Polissaccarides from Eukaryotes, v. 6, p. 481-574, 2002). A quitosana é mais atrativa que a quitina esta por conter um grupo amino, que propicia a modificação química da estrutura polimérica original (AIROLDI, C. A relevante potencialidade dos centros básicos nitrogenados disponíveis em polímeros inorgânicos e biopolímeros na remoção catiônica. Quimica Nova, v. 31, η. 1, p. 144-153, 2008). De acordo com suas características atóxicas e fácil formação de géis, a quitosana é considerada um composto de grande interesse industrial, possuindo várias aplicações industriais, como por exemplo no tratamento de águas e efluentes, tratamento de queimaduras e como pele artificial (uso na biomedicina), revestimento de comprimidos (medicamentos), como coadjuvante da higiene oral (HAYASHI Y.; OHARA N.; GANNO T.; YAMAGUCHI K.; ISFIIZAKI T.; NAKAMURA, T.; SATO, M. Chewing chitosan-containing gum effectively inhibits the growth of cariogenic bactéria. Archive Biology, v 52, p. 290, 2007), como elemento básico para a confecção de matrizes de liberação controlada de drogas (ATCHE, J.; LARANJEIRA, M. C. M.; FÁVERE, V. T.; KIMURA, I. Y.; PEDROSA, R. C. -Polímeros: Ciência, e Tecnologia, v.10, p. 116, 2000), como um agente ativo no emagrecimento humano por sua interação com gorduras e estruturas afins- fatter trapper (KANAUCHI, O.; DEUCHI, K..; IMASATO, Y. Mechanisms for the Fat Digestion by Chitosan. Biotechnology Biochemical, v. 59, p.786, 1995), dentre outros. A utilização de quitosana como matriz para filmes biodegradáveis é citada na literatura, sendo que os filmes originados podem apresentar características interessantes para uso em como embalagens para alimentos a depender dos outros compostos utilizados como constituintes deste filme. A patente de invenção CN1445263 refere-se a filmes preparados com quitosana e celulose, adicionando-se álcool, ácido acético anidrido, sendo necessária imersão deste filme em solução aquosa de hidróxido de sódio e ácido sulfúrico após secagem do mesmo, aumentando consideravelmente o custo e tempo do processo. A patente de invenção KR 100357845 apresenta um filme a base de quitosana e amido que utiliza álcool polivinílico (PVA) como agente de amolecimento, mas ainda se fazendo necessária a imersão do filme seco em solvente orgânico para se obter maior resistência. A patente de invenção US 2008097003 trata de um filme obtido pela mistura de partículas de quitosana e polietileno, porém misturados em resina sintética, o que descaracteriza o filme da biodegradabilidade. A patente RU2458077 refere-se a uma película biodegradável composta de pectina quitosana e ácido clorídrico plastificada com glicerina e reforçada com nanocelulose. Vale salientar que o solvente utilizado não é um solvente de grau alimentício e sua utilização para embalar alimentos ficaria vinculada a rigorosos testes que comprovem a não migração dos constituintes da embalagem para os produtos embalados. A novidade da invenção está no processo de incorporação de aditivos naturais antioxidantes, obtidos a partir das sementes de plantas nativas da região norte e nordeste do Brasil, em filmes biodegradáveis de quitosana plastificados com glicerol, não alterando suas características de biodegradabilidade e melhorando suas propriedades mecânicas e de barreira. Além de se obter uma embalagem que vai interagir com o alimento, aumentando sua vida de prateleira devido à ação antioxidante, seu descarte não gera impacto negativo sobre o meio ambiente, uma vez que a embalagem é biodegradável e seus constituintes são produtos residuais de processos que outrora eram um impasse para sustentabilidade das cadeias produtivas e, ainda, produz efeitos positivos econômicos e sociais, uma vez que através da utilização recursos vegetais da região estimulam o desenvolvimento desta e agregam valor às atividades agro-econômicas. A presente invenção “PROCESSO PARA A PREPARAÇÃO DE FILMES ATIVOS BIODEGRADÁVEIS PLASTIFICADOS COM GLICEROL E INCORPORADOS COM ADITIVOS NATURAIS” apresenta todos os quesitos necessários de inventividade, novidade e utilidade, sendo, portanto, digna do privilégio de Patente de Invenção, estando de acordo com os requisitos exigidos.

Sumário da Invenção O presente documento relata que a incorporação de aditivos naturais urucum e azeite de dendê à matriz polimérica quitosana confere ao filme formado características antioxidantes, o que contribui para o aumento da vida de prateleira do alimento embalado. A incorporação do glicerol à matriz polimérica melhora propriedades mecânicas e de barreiras dos filmes elaborados em se tratando de aumento da elasticidade, diminuição da tensão à tração e reduzindo consideravelmente a permeabilidade ao vapor d'água pela diminuição da afinidade pela água e modificação na estrutura filmogênica. A simplificação do processo de elaboração dos filmes, com materiais de baixo custo e alta disponibilidade, redução do tempo empregado e ainda utilização de biopolímeros constitui parte importante desta invenção, uma vez que como resultado tem-se um composto biodegradável a um custo relativamente baixo.

Foi determinado pelos resultados experimentais que a incorporação de aditivos naturais azeite de dendê, urucum e do glicerol ao biopolímero quitosana levou à formação de filmes com propriedades mecânicas similares aos de filmes formados por outras matrizes biodegradáveis (amido, por exemplo), quando incorporados com nanowhiskers de celulose, que são partículas que conferem maior resistência mecânica ao material.

Descrição detalhada A presente invenção consiste na utilização do biopolimero quitosana para elaboração de filmes flexíveis, empregando o glicerol como plastificante, tendo como etapa inovadora do processo, a incorporação de aditivos naturais azeite de dendê e extrato de urucum como compostos antioxidantes, obtendo assim um filme biodegradável com propriedades ativas. A invenção envolve otimização no método de preparo dos filmes, tais como a utilização de etapas simples como pesagem e mistura dos constituintes da matriz polimérica, agitação da solução filmogênica por 24h a 1 80 rpm , distribuição da solução em placas de Petri de poliestireno e submissão das placas à secagem em estufa com circulação de ar (35°±2°C) por 18 a 24 horas.

Foram elaboradas 27 formulações com base em um delineamento estatístico de superfície de resposta, com um modelo de ordem (24) contendo 4 pontos axiais, 4 pontos ortogonais e 3 pontos centrais, sendo a variação de cada constituinte descrita a seguir: quitosana (0,5 a 2,5%, g/lOOg), glicerol (0 a 0,3%, g/lOOg), extrato de urucum (0 a 1,0%, g/lOOg) e azeite de dendê (0 a 0,5%, g/lOOg).

Embora o processo para elaboração dos filmes tenha sido o de casting, os mesmos podem ser fabricados por outros processos já conhecidos, como o de extrusão, por exemplo.

Preferencialmente utiliza-se a quitosana PA com grau de desacetilação (G.D.) variando de 70 a 95% e massa molar na faixa de 104 -106 g/mol, em pó, dissolvida por solução de ácido acético 1% v/v. O plastificante glicerol, como a quitosana foi incorporado de acordo com formulação prescrita no delineamento estatístico e os aditivos antioxidantes em sua forma solubilizada, o que facilitou a incorporação dos mesmos.

Após o preparo dos filmes e secagem em estufa de ventilação forçada, os filmes foram destacados das placas de Petri e conduzidos para realização de vários testes que avaliaram suas propriedades de barreira e mecânicas, dentre outras.

Claims (7)

1. Processo para a preparação de filmes ativos biodegradáveis plastificados e incorporados com aditivos naturais CARACTERIZADO pela utilização de matrizes biodegradáveis plastificados com glicerol e adicionado de aditivos naturais antioxidantes como principais constituintes.

2. Processo para a preparação de filmes ativos biodegradáveis plastificados e incorporados com aditivos naturais de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pela utilização de quitosana como constituinte principal da matriz, além de outras matrizes poliméricas biodegradáveis.

3. Processo para a preparação de filmes ativos biodegradáveis plastificados e incorporados com aditivos naturais de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo processo de incorporação física dos constituintes dos filmes ativos, durante a preparação dos mesmos, preferencialmente pelos métodos de casting, extrusão, dentre outros.

4. Processo para a preparação de filmes ativos biodegradáveis plastificados e incorporados com aditivos naturais de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo processo de incorporação de quitosana PA de preferência com grau de desacetilação (G.D.) variando de 70 a 95% e massa molar na faixa de 104-106 g/mol.

5. Processo para a preparação de filmes ativos biodegradáveis plastificados e incorporados com aditivos naturais de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo processo de incorporação dos constituintes nas seguintes proporções: quitosana (0,5 a 2,5%, g/lOOg), plastificante glicerol (0 a 0,3%, g/lOOg), extrato de urucum (0 a 1,0%, g/lOOg) e azeite de dendê (0 a 0,5%, g/lOOg).

6. Processo para a preparação de filmes ativos biodegradáveis plastificados e incorporados com aditivos naturais de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo processo de incorporação de agentes plastificantes à matriz polimérica, a fim de melhorar as propriedades mecânicas e de barreira destes biomateriais, sendo preferencialmente o glicerol, em todas as suas formas, ou outros como sorbitol, sacarose, açúcar invertido, dentre outros.

7. Processo para a preparação de filmes ativos biodegradáveis plastificados e incorporados com aditivos naturais de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo processo de incorporação de aditivos naturais antioxidantes à matriz polimérica, para que estas características sejam conferidas ao biomaterial e possa trazer benefício ao produto embalado, sendo estes aditivos azeite de dendê, urucum e outros compostos de ação antioxidante comprovada.