BR102018069574A2 - filmes biodegradáveis a base de lignina, ágar e nanocelulose e método de produção - Google Patents
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Abstract
patente de invenção da obtenção de filmes biodegradáveis obtidos pela técnica de casting constituídos por compostos de estrutura polimérica contendo lignina, ágar, nanocelulose, glicerol e óleo de soja constituindo biofilmes de alta biodegradabilidade, com potencial aplicação nos setores alimentício, agrícola e para a utilização na produção de embalagens em geral, com o objetivo de proteger e melhorar a qualidade e a vida útil do produto embalado.
Description
FILMES BIODEGRADÁVEIS A BASE DE LIGNINA, ÁGAR E NANOCELULOSE E MÉTODO DE PRODUÇÃO [001] Trata o presente descritivo da obtenção de filmes biodegradáveis obtidos pela técnica de casting, constituídos por compostos de estrutura polimérica contendo lignina, ágar, nanocelulose, glicerol e óleo de soja, constituindo biofilmes de alta biodegradabilidade, com potencial aplicação nos setores alimentício, agrícola e para a utilização na produção de embalagens em geral, com o objetivo de proteger e melhorar a qualidade e a vida útil do produto embalado.
CAMPO DA INVENÇÃO.
[002] A presente solicitação de patente de invenção refere-se a filmes poliméricos produzidos de lignina, ágar, nanocelulose, glicerol e óleo de soja, confeccionados pela técnica de casting. O invento pode ser aplicado na cobertura de alimentos para aumentar a durabilidade e diminuir a contaminação de frutas, carnes, laticínios, embutidos, confeitaria, entre outros. Também pode ser aplicado na indústria farmacêutica, como em cápsula para medicamentos; na indústria química, na produção de cápsula para revestir quantidades suficientes de agrotóxicos para serem eliminados gradativamente no solo ou encapsulamento de analitos que se degradam pela luz e oxigênio; e no agronegócio, para revestir sementes para serem plantadas e embalagem para mudas que não precisam ser retiradas antes do plantio, entre outros.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO.
[003] Produtos naturais são constituídos por compostos de estrutura polimérica e filmes biodegradáveis, que também são chamados de biofilmes por serem degradados por micro-organismos, podem ser elaborados a partir de fontes biológicas como a celulose, polissacarídeos, proteínas, lipídeos, lignina, pectina e amido. Estes biopolímeros podem ser extraídos de subprodutos de alimentos como frutas, verduras, grãos, entre outros, e da indústria madeireira. O emprego destes subprodutos se justifica pelo aproveitamento e agregação de valor, principalmente para a produção de filmes biodegradáveis, o qual é o foco desta invenção. Em nível mundial, não existe investimentos em pesquisas neste setor.
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2/7 [004] Notável interesse tem sido demonstrado no desenvolvimento e caracterização de biofilmes, devido ao seu potencial de aplicação nos setores alimentício e agrícola e por sua alta biodegradabilidade. E estes cada vez mais estão sendo utilizados na produção de embalagens, com o objetivo de proteger e melhorar a qualidade e a vida útil do produto embalado. Os filmes biodegradáveis são finos, preparados a base de compostos macromoleculares biológicos, agindo assim como barreira para ação externa de degradação.
[005] Filmes à base de polissacarídeos ou proteínas apresentam baixa permeabilidade ao oxigênio, dióxido de carbono e lipídeos. No entanto, devido à natureza hidrofílica, tem baixa ou moderada resistência à umidade. Quando produzidos a partir de polímeros naturais, geralmente são hidrofílicos e apresentam características quebradiças. Com isso utilizam-se aditivos, como os plastificantes, para conferir ao biofilme um melhoramento e isolamento à umidade, dando ao material maior firmeza e maleabilidade.
[006] A eficiência funcional dos filmes depende da composição, do processo de formação e de sua aplicação, que são influenciadas por fatores como espessura, densidade, gramatura, taxa de permeabilidade ao vapor de água e solubilidade, entre outros.
[007] Desta forma, buscar a combinação certa de biopolímeros para compor os biofilmes permite utilizar vantajosamente suas características funcionais, como propriedades mecânicas de resistência e flexibilidade, propriedades ópticas como cor e opacidade, propriedades de barreira como a permeabilidade ao vapor de água, ao O2 e ao CO2, solubilidade em água e propriedades sensoriais como a textura, proporcionando uma melhor atuação funcional como revestimento comestível em frutas, legumes, sementes e pães, entre outros.
[008] Fontes renováveis como a lignina e a nanocelulose são usadas como matéria prima para a produção do filme na presente invenção. Estas fibras naturais têm grande potencial para servir de base para outros produtos, uma vez que a lignina é pouco explorada por se tratar de um subproduto da indústria de produção de papel e celulose.
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3/7 [009] A implementação de nanopartículas em materiais poliméricos biodegradáveis é chamada de nanobiocompósitos, e esta incorporação tem como principais objetivos a melhoria de propriedades térmicas e mecânicas nesses filmes finos.
[010] Nesta invenção, o biofilme pode ser aplicado na cobertura de alimentos para aumentar a durabilidade, diminuir a contaminação de frutas, carnes, laticínios, embutidos, confeitaria e usar como revestimento para cápsulas de medicamentos, assim como na produção de cápsulas para revestir quantidades suficientes de agrotóxicos e de nutrientes que são aplicados no solo. Esta cápsula eliminará os produtos em pequenas porções, diminuindo a contaminação e o desperdício.
[011] O produto aqui desenvolvido pode revestir sementes antes de serem plantadas e também pode ser usado como embalagem para mudas, pois não necessita ser retirada antes do plantio.
ESTADO DA TÉCNICA.
[012] Na base de patentes do INPI, com as palavras-chaves “lignina e ágar” não foi encontrado nenhum pedido de patente. Por outro lado, foram encontrados documentos de patentes que descrevem revestimentos protetores para embalagens e outros produtos. Dentre eles, podem-se destacar os seguintes:
[013] O documento de patente PI 1120150134378A2 que é referente à composição de revestimento e lata ou embalagem utilizável para acondicionar alimentos. Este invento utiliza composições de revestimento a partir de lignina, solvente e reticulador;
[014] O documento de patente PI BR11202140083215 A2 que apresenta a lignina funcionalizada específica de madeira conífera e método de produzir a mesma. Nesta invenção a lignina foi esterificada com ácido graxo de óleo de pinho (TOFA), e testada como material de barreira em material de embalagem baseado em fibra;
[015] O documento de patente PI MU7702662-4 U2, que descreve o método de cobertura protetora para embalar e conservar frutas cítricas para aumentar a vida de prateleira da fruta.
[016] No entanto, se observa que nenhum desses documentos de patente possui relação com esta invenção aqui proposta. Tampouco se encontrou outros documentos
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4/7 de patentes na área de biotecnologia empregando outras palavras. Por conta disso, se verifica potencial para a proteção do produto obtido.
[017] Outras bases nacionais e internacionais foram investigadas, como Google, Bing, Yahoo, Scielo, Periódicos Capes, Web of Science, Spacenet e uspto.
[018] Na base Scielo, na Revista Polímeros, foi publicado um artigo com o título: Filmes poliméricos baseados em amido e lignossulfonatos: preparação, propriedades e avaliação da biodegradação. O artigo relata a obtenção de biofilme de amido de milho e incorporação de lignina na forma de lignossulfonato. As vantagens deste biofilme são seu potencial de biodegradação e o aproveitamento de resíduos de lignossulfonatos provenientes da indústria de celulose e papel. Porém, a desvantagem do filme contendo lignossulfonato foi a baixa resistência à tração.
[019] No site de Periódicos Capes, encontrou-se um artigo com o título: Desenvolvimento e avaliação da eficácia de filmes biodegradáveis de amido de mandioca com nanocelulose como reforço e com extrato de erva-mate como aditivo antioxidante. Foram produzidos filmes com amido de mandioca reforçado com nanopartículas de celulose de côco. A nanocelulose melhorou propriedades mecânicas e de barreira dos filmes, devido a uma boa dispersão dos nanocristais na matriz polimérica.
[020] O presente invento apresenta como novidade a produção de biofilme de lignina, ágar, nanocelulose e plastificantes.
DESCRIÇÃO DA ABORDAGEM DO PROBLEMA TÉCNICO E DIFERENCIAL INOVATIVO.
[021] O Brasil não apresenta um nível de conhecimento satisfatório sobre o aproveitamento de resíduos do agronegócio e da indústria de papel e celulose. A extração para obter a separação desses resíduos como a lignina e a pectina no agronegócio e na indústria papeleira, pode auxiliar na aplicação desses biopolímeros em biofilmes e prover respostas e aplicações precisas para obtenção de produtos com maior valor agregado e redução do impacto ambiental em consequência do descarte desses resíduos.
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5/7 [022] Os biopolímeros apresentam as características de alta disponibilidade, biodegradabilidade, baixo custo e renovabilidade. Por estas razões, eles são adequados para confecção de biofilmes recicláveis que encontram aplicação desde a área de embalagens e até na área médica.
[023] Embalagens desenvolvidas com lignina, ágar e nanocelulose ainda não existem no mercado. Uma possível limitação pode advir da concentração superior aos 50 % dos polímeros estudados. Esse aumento pode dificultar a homogeneização da mistura até a formação do biofilme. Isso pode ser compensado pela utilização de percentagens menores, como as que foram usadas nesta invenção. Estes polímeros processados equilibradamente produzem um produto mais resistente, como pode ser notado em ensaios mecânicos. Outra limitação está relacionada à produção de artefatos mais espessos.
DESCRIÇÃO DA FIGURA.
[024] A invenção será, a seguir, descrita em uma forma de realização, sendo que, para melhor entendimento, referências serão feitas à figura que acompanha este descritivo, no qual está representada:
- FIGURA 1 que mostra as micrografias (MEV - 500 x) das estruturas dos filmes poliméricos produzidos com: (A) 0,0 a 90 % de lignina, 0,0 a 100 % de ágar, 0,0 a 20 % de glicerol e 0,0 a 5 % de óleo de soja; e (B) 0,0 a 90 % de lignina, 0,0 a 100 % de ágar, 0,0 a 20 % de glicerol, 0,0 a 5,0 % de óleo de soja e 0,0 a 5,0 % de nanocelulose. DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [025] Para a produção dos filmes poliméricos foram utilizados lignina, ágar, nanocelulose, glicerol e óleo de soja, sendo os dois últimos aditivos plastificantes.
[026] Os filmes foram formulados utilizando planejamento experimental por Modelo de Mistura Binária, em solução aquosa, onde as concentrações de lignina variaram de 0,0 a 90 %, o ágar de 0,0 a 100 %, a nanocelulose de 0,0 a 5 %, o glicerol de 0,0 a 20 % e o óleo de soja de 0,0 a 5 %. A temperatura empregada para a produção variou de aquecimento gradual de 50 a 90°C, sob a agitação constante, entre 20 e 30 minutos, até dar-se a gelatinização devido ao ágar. Os filmes foram confeccionados pela técnica de casting, que consiste na desidratação de uma solução aplicada sobre um suporte,
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6/7 onde se utilizaram placas de silicone e a secagem ocorreu em temperatura variando de 30 a 60 °C por um período de tempo de 12 a 24 horas.
[027] A Figura 1 apresenta a análise estrutural dos filmes por microscopia eletrônica de varredura. Sendo a Figura 1 (a) sem a adição de nanocelulose e a Figura 1 (b) com a adição da mesma. Comparando as duas micrografias, observa-se que o filme com nanocelulose apresentou uma maior rugosidade. Verificou-se que os filmes são homogêneos, sem a presença de rupturas e falhas. Se as formulações tivessem apresentado a presença de falhas, poderiam afetar as propriedades mecânicas do material. Os filmes produzidos foram visualizados em aumentos de 500 x, onde as micrografias revelam uma distribuição uniforme da lignina na matriz e isso foi possível observar em todas as formulações. Também se pode observar nas blendas uma boa homogeneidade, regularidade e compactação. Os filmes com maior concentração de ágar apresentaram uma estrutura rugosa e não áspera com insignificantes irregularidades. Também não apresentaram a presença de rupturas e falhas, indicando boas propriedades mecânicas.
[028] Nos ensaios mecânicos, como por exemplo, o Módulo de Young também chamado de Módulo de Elasticidade, em relação à lignina e ao ágar, pode-se observar que, dependendo da composição utilizada na produção do biofilme, obtiveram-se resultados diferentes para o módulo de Elasticidade. Nas diferentes composições de lignina e ágar e adição de nanocelulose, obteve-se um decréscimo de aproximadamente 73% no módulo de elasticidade (módulo de Young) do biofilme em comparação a composição sem nanocelulose. Para Zanon (2016), que realizou seu estudo com a adição da nanocelulose em filmes a base de amido da banana verde, as propriedades mecânicas estão diretamente ligadas às ligações intermoleculares ocorrentes nos filmes.
VANTAGENS.
[029] O presente invento refere-se a um filme desenvolvido por polímeros naturais, por tanto, confere a este produto menor tempo de degradação no ambiente e também não poluente. O biofilme pode ser aplicado para proteger da luz, da umidade, da oxidação e
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7/7 da invasão de microrganismos os produtos da indústria de alimentos, química, farmacêutica e do agronegócio.
[030] As formulações desenvolvidas dos filmes apresentaram satisfatórias propriedades mecânicas e estruturais. Além de todas as vantagens citadas acima, a produção deste produto pode auxiliar o destino e agregar valor para os resíduos agroindustriais e da indústria da madeira.
Claims (2)
- REIVINDICAÇÕES1 - FILMES BIODEGRADÁVEIS A BASE DE LIGNINA, ÁGAR E NANOCELULOSE E MÉTODO DE PRODUÇÃO, filmes biodegradáveis a base de lignina, ágar e nanocelulose, caracterizados por serem compostos de lignina, ágar e nanocelulose, contendo glicerol e óleo de soja como aditivos plastificantes, onde as concentrações de lignina variaram de 0,0 a 90 %, do ágar de 0,0 a 100 %, da nanocelulose de 0,0 a 5 %, do glicerol de 0,0 a 20 % e do óleo de soja de 0,0 a 5 %.
- 2 - FILMES BIODEGRADÁVEIS A BASE DE LIGNINA, ÁGAR E NANOCELULOSE E MÉTODO DE PRODUÇÃO, método de produção de filmes biodegradáveis a base de lignina, ágar e nanocelulose, da reivindicação 1, caracterizado por utilizar planejamento experimental por Modelo de Mistura Binária, em solução aquosa, com aquecimento gradual à temperatura de 50 a 90°C, sob a agitação constante, entre 20 e 30 minutos, até obter a gelatinização; sendo confeccionados pela técnica de casting, e utilizando placas de silicone, com secagem a uma temperatura variando de 30 a 60 °C por um período de tempo de 12 a 24 horas.
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| CN115850755A (zh) * | 2022-12-14 | 2023-03-28 | 华中科技大学 | 微生物改性木质素复合胶原蛋白薄膜、制备与应用 |
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