Filme biodegradável para embalar alimentos usa gelatina e nanocristais de celulose
Cientistas brasileiros e franceses incorporaram à gelatina nanocristais de celulose, modificados com resina de pinus.
O pó fino secular e versátil da gelatina é a base de um novo filme comestível e biodegradável para embalagem de alimentos multifuncionais. Utilizando o método de casting contínuo, pesquisadores brasileiros e franceses incorporaram nanocristais de celulose (CNCs), modificados com resina de pinus, à estrutura frágil da gelatina para reforçá-la e produzir um filme, de forma mais rápida e mais resistente. O resultado é uma película biodegradável, antimicrobiano e com propriedades antioxidantes.
A preparação do material por laminação contínua, conhecida como “casting contínuo”, é uma técnica com potencial de aplicação na indústria, de baixo custo e alta produtividade. Ela permite o uso de soluções ou dispersões à base de água, sem a necessidade de empregar aditivos de processamento.
O uso do casting contínuo ainda não havia sido explorado para o processamento de filmes proteicos em escala-piloto. O trabalho inovador envolveu pesquisadores da Embrapa Instrumentação (SP), da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) e da Universidade de Grenoble Alpes (UGA), França. O método de casting contínuo promove alto controle de espessura da lâmina úmida, sem a necessidade de aditivos de processamento, permite o uso de soluções-dispersões aquosas e menor necessidade de espaço e de mão-de-obra para a fabricação.
Atualmente, a técnica mais empregada para processamento de filmes de gelatina é o casting convencional (Bench casting), mas o método falha pela baixa produtividade, porque em uma das etapas de produção do filme, a secagem, requer tempos relativamente longos, de até 24 horas.
Já o casting contínuo tem a vantagem de requerer tempos de processamento curtos, graças ao uso de radiação infravermelha na etapa de pré-secagem, temperaturas mais altas e intensa circulação de ar.
A produção do filme com maior rapidez, entre 10 a 20 minutos, levou a um aumento significativo de produtividade, desempenho que aproxima a pesquisa da necessidade da indústria. Com a técnica foi possível produzir 12 metros de filme por hora em escala de laboratório.
Os filmes apresentaram formato transparente e incolor -características importantes, porque permitem ao consumidor visualizar o conteúdo e a qualidade do produto -sem fraturas após a secagem, com ausência de partículas insolúveis na sua superfície, seguro, estável, ecologicamente correto, eficiente barreira contra óleos e lipídios, boa capacidade de formação de filme e natureza comestível.
Boa parte dos resultados da pesquisa foram publicados no artigo Eco-friendly gelatin films with rosin-grafted cellulose nanocrystals for antimicrobial packaging no volume 165 o International Journal of Biological Macromolecules.
Similaridade com o plástico convenciona
Além disso, se mostraram com propriedades ópticas e mecânicas similares aos plásticos convencionais, mas com a vantagem de ter fontes naturais como matéria-prima e de ser biodegradável. Outra vantagem é que o filme é antimicrobiano, inibiu o crescimento de Staphylococcus aureus e Escherichiacoli em testes acelerados de laboratório e prolongou a vida útil em queijo mussarela, em até um mês.
O filme de gelatina apresentou alta barreira contra a radiação UV, quase 100% para UVC, mais de 93,3% para UVB e 54,0% para UVA, devido a grupos cromóforos – parte ou conjunto de átomos de uma molécula responsável por sua cor – como tirosina e fenilalanina.
Os resultados obtidos pela pesquisa demonstram uso promissor de filmes de gelatina reforçados com CNC para aplicações como embalagens, cujo papel fundamental é manter a qualidade e segurança dos produtos alimentícios durante o armazenamento e transporte.
Validado em ambiente de laboratório e em escala pré-piloto, os próximos desafios envolvem a demonstração do protótipo com filmes à base de gelatina termo-seláveis (que pode ser fechada sem uso de cola, mas apenas com aplicação de calor) destinados ao armazenamento de diferentes produtos alimentícios na escala industrial.
O desempenho do filme, mesmo em escala-piloto já chamou a atenção de empresa global de fornecimento de proteínas de colágeno para as indústrias de alimentos, farmacêutica, saúde e nutrição e de aplicações técnicas. A convite dessa multinacional, os pesquisadores estão participando de um desafio voltado a buscas de alternativas disruptivas para o uso da gelatina.
A pesquisa
Embora a proteína animal possa ser usada como matriz polimérica na produção de filmes para embalagens comestíveis e biodegradáveis, ela sozinha não é capaz de produzir películas com propriedades mecânicas e de barreira satisfatória para uso como embalagem de alimentos. Por esse motivo, a sua utilização pela indústria de embalagens de alimentos ainda é limitada.
A gelatina, já utilizada em muitos banquetes no antigo Egito, é uma proteína solúvel em água derivada de colágeno que pode ser extraída de diferentes fontes. Ela apresenta barreiras pobres contra a umidade e apenas moderada resistência mecânica sob alta umidade relativa.
No entanto, as desvantagens podem ser superadas pela incorporação de nanopartículas de reforço, como nanocristais de celulose (CNCs), que são incorporadas nas formulações. Além disso, os nanocristais já são produzidos comercialmente em diversos países, sendo uma matéria-prima acessível.
Com o uso da técnica de casting contínuo, Leite demonstrou que os nanocristais de celulose, modificados com rosin, a resina extraída do pinus, foi capaz de manter a atividade antimicrobiana em filmes de gelatina com CNCs em testes de armazenamento acelerado com amostras de queijo.
O experimento resultou em uma nanocelulose antimicrobiana capaz de retardar o aparecimento de microrganismos em queijo mussarela, produto perecível, que sofre deterioração fúngica ou bacteriana, dependendo das condições de armazenamento.
A química Liliane Leite explica que os nanocristais de celulonse, conhecidos pela sigla CNC, têm sido incorporados como reforço em filmes para embalagens de alimentos, principalmente em função de sua grande área superficial e ótimas propriedades mecânicas.
“As propriedades mecânicas, capacidades de reforço, abundância, baixa densidade e biodegradabilidade da celulose nanométrica fazem dela uma candidata ideal para o processamento de nanocompósitos poliméricos”
Solução ecológica
Ela explica que, sem qualquer aditivo, os filmes de gelatina tornam-se quebradiços e difíceis de manusear e que, com a adoção de plastificantes podem aumentar a flexibilidade dos filmes, mas diminuem as propriedades mecânicas de tração e reduz a barreira à gases e ao vapor de água. Leite anda conta que o emprego de reforços nanométricos podem aumentar a resistência mecânica, tenacidade, estabilidade térmica e as propriedades de barreira de vários biopolímeros como a gelatina.
Os CNCs são partículas cristalinas rígidas em forma de bastão extraídas de materiais celulósicos de origem vegetal. Eles são biodegradáveis, abundantes, renováveis e apresentam baixa densidade, alto módulo de elasticidade e excelentes propriedades mecânicas, sendo produzidos em escala comercial.
Outra vantagem enfatizada pela pesquisadora é que o material pode ser completamente decomposto pelo meio ambiente após o descarte como resultado das propriedades dos ingredientes gelatina e celulose.
De acordo com dados da PlasticsEurope, 2018, a produção global de plásticos atingiu 348 milhões de toneladas em 2017 e a projeção é que esse valor chegue a 7,8 milhões de toneladas em 2023.
Pesquisa divulgada originalmente na Embrapa.
