Desenvolvimento de filmes biodegradáveis utilizando amido de feijão-caupi e poli (álcool vinílico) - Jesus, Maria Fernanda Ferreira de [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024)
A indústria alimentícia é responsável por, aproximadamente, 40% de embalagens plásticas provenientes de fontes não-renováveis e não-biodegradáveis, contribuindo diretamente na geração de resíduos ambientais. Neste sentido, embalagens provenientes de fontes renováveis e biodegradáveis, como o amido de feijão-caupi, podem minimizar impactos ambientais. Existem alguns desafios na elaboração de materiais à base de amido, devido a suas baixas propriedades mecânicas e elevada higroscopicidade. A incorporação de poli (álcool vinílico), também conhecido por PVA, pode propiciar a formação de filmes biodegradáveis mais coesos, melhorando propriedades mecânicas e de permeabilidade. Este trabalho teve o objetivo de desenvolver filmes de amido de feijão-caupi e PVA, buscando avaliar propriedades relevantes para aplicações no setor de embalagens. A extração do amido de feijão-caupi foi realizada via moagem úmida, sendo que análises de composição centesimal e morfológicas indicaram a obtenção de um amido com elevado grau de pureza. O espectro de raios-X foi consistente com o perfil de amido nativo de feijão-caupi maduro. As propriedades de pasta mostraram viscosidades e temperatura de pasta relativamente altas, assim como os teores de amilose e amido resistente. Foram elaboradas 5 formulações de filmes com diferentes proporções de amido:PVA, sendo denominadas F1 (100:0), F2 (75:25), F3 (50:50), F4 (25:75) e F5 (0:100). As formulações com amido tiveram acréscimo de 20% de glicerol em relação à massa de amido. As espessuras apresentaram valores próximos (0,064 – 0,069 mm), indicando uma boa uniformidade entre os diferentes filmes. O filme composto apenas por PVA apresentou maior solubilidade em relação aos demais. Os filmes apresentaram permeabilidades ao vapor de água na ordem de magnitude de 10-10 gm-1s-1Pa-1 e excelentes permeabilidades ao oxigênio, na ordem de 10-18 gm-1s-1Pa-1. A maior permeabilidade ao oxigênio do filme F2(75:25) foi confirmada por sua morfologia, que apresentou aspecto poroso em relação aos demais. A adição de PVA aumentou a resistência à tração (de 8,08 a 29,84 MPa) e a deformação na ruptura (de 4,85 a 139,13 %). Os espectros de infravermelho dos filmes mostraram alterações na intensidade de bandas relativas à interação entre os componentes e a morfologia mostrou filmes coesos e ausência de separação de fases. Além disso, o perfil de raios-X elucidou a perda do caráter cristalino do amido nos filmes, sendo que as isotermas apontaram maior higroscopicidade do amido em comparação com o PVA e adequação ao modelo de GAB.

The food industry is responsible for approximately 40% of plastic packaging from non-renewable and non-biodegradable sources, directly contributing to the generation of environmental waste. In this sense, packaging made from renewable and biodegradable sources, such as cowpea starch, can minimize environmental impacts. There are some challenges in the development of starch-based materials, due to their low mechanical properties and high hygroscopicity. The incorporation of poly (vinyl alcohol), also known as PVA, can allow the formation of more cohesive biodegradable films, improving mechanical and permeability properties. This work aimed to develop cowpea starch and PVA films, and to evaluate their relevant properties for packaging applications. The extraction of cowpea starch was carried out via wet grinding, and the proximate composition and morphological analyses indicated the obtaining of a starch with a high degree of purity. The X-ray spectrum was consistent with the native starch profile of mature cowpea. Pasting properties showed relatively high viscosities and pasting temperatures, as well as amylose and resistant starch contents. Five film formulations were prepared with different starch:PVA ratios, named F1 (100:0), F2 (75:25), F3 (50:50), F4 (25:75) and F5 (0:100) . Formulations containing starch had an addition of 20% in glycerol relatively to the mass of the starch. The thicknesses presented close values (0.064 – 0.069 mm), indicating good uniformity between the different films. The film composed only of PVA showed a higher solubility compared to the others. The films showed water vapor permeabilities in the order of 10-10 gm-1s-1Pa-1 and excellent oxygen permeability, in the order of 10-18 gm-1s-1Pa-1. The higher oxygen permeability of the F2 film (75:25) was confirmed by its morphology, which presented a more porous appearance compared to the others. The addition of PVA increased the tensile strength (from 8.08 to 29.84 MPa) and the deformation at break (from 4.85 to 139.13%). The infrared spectra of the films showed changes in the intensity of bands related to the interaction between the components and the morphology showed cohesive films and absence of phase separation. Furthermore, the X-ray profile elucidated the loss of the crystalline character of the starch in the films, with the isotherms indicating greater hygroscopicity of the starch in comparison to PVA and suitability for the GAB model.
Development of biodegradable films using cowpea starch and poly (vinyl alcohol)
Keywords: Fontes alternativas de amido; Vigna unguiculata (L.) Walp; Polímeros biodegradáveis; Embalagens alimentícias; Alternative sources of starch; Biodegradable polymers; Food packaging