Filmes e revestimentos edíveis para aplicação em fruta

Cristina M.R. Rocha

Viana do Castelo | 12 Dezembro 2013

e-mail cmrocha@fe.up.pt

1. Motivação 2. Introdução 2.1. Materiais de embalagem 2.2. Revestimentos 3. Materiais e métodos 2.1. Materiais 2.2. Aplicação dos revestimentos 2.4. Caracterização de revestimentos 4. Casos de estudo 5. Outros projetos

Estrutura

São produzidos anualmente 250 milhões de toneladas de plásticos não biodegradáveis/não compostáveis!!

Motivação

Motivação

Filmes edíveis e

biodegradáveis Sustentabilidade

Criar alternativas aos polímeros

sintéticos e não biodegradáveis

derivados do petróleo

Questões importantes: •Processabilidade

•Functionalidade

•Sustentabilidade • Segurança alimentar

Inclui:

•Competição do uso não-alimentar de fontes de alimentação humana;

• Competição com recursos florestais, comsumo de água e erosão dos solos.

Fontes renováveis ou sub-produtos/desperdícios da agricultura e

industrias alimentares

Biopolímeros

Sintetizados a partir de biomonómeros

Poliácido láctico (PLA)

Outros poliésteres

Extraídos diretamente de biomassa

Polissacáridos Lípidos Proteínas

Celulose Amido

...

Galactomananos Alginatos

Carraginatos Pectinas, …

Quitosano

Polímeros produzidos por microrganismos

PHA

Celulose bacteriana

Proteínas

Xantano Curdulano Pululano

Ceras

Óleos Colagénio Gelatina

Proteínas do leite Glúten do trigo

Zeína de milho, …

Materiais de embalagem

Composição funcional Materiais Materiais formadores de filmes

Proteínas: colagénio, gelatina, caseína, proteínas de soro de queijo, zeínas de milho, gluten de trigo, proteína de soja, albumina de ovo, proteínas miofibrilares (ex. peixe), queratina, ... Polissacáridos: amido, amido modificado, celulose modificada (CMC, MC, HPC, HPMC), alginato, carragenato, pectina, pululano, quitosano, gelano, xantano Lípidos: ceras (cera de abelha, parafina, cera de carnaúba, cera de candelila, farelo de arroz), resinas (goma laca, terpeno), acetoglicéridos

Plastificantes Glicerol, propilenoglicol, sorbitol, água, sacarose, polietilenoglicol, ...

Aditivos funcionais Antioxidantes, antimicrobianos, nutrientes, aromas, corantes, nutraceuticos, farmaceuticos

Outros aditivos Emulsificantes (lecitina, Tweens, ...), emulsões lipídicas (ceras edíveis, ácidos gordos)

Materiais de embalagem

• Filmes e revestimentos edíveis são um tipo especial de materiais de embalagem: são edíveis!

• Revestimentos:

• São aplicados diretamente nos alimentos e passam a fazer parte deles.

Revestimentos edíveis

• Não podem provocar mudanças indesejáveis

(organoléticas, fisicas, químicas)

- Não se pretende substituir os materiais de embalagem tradicionais, mas sim: - fornecer um factor de stress adicional a ser aplicado para conservar o alimento

- ajudar a reduzir custo e quantidade de embalagem tradicional a usar

- reduzir perdas pós-colheita

• O revestimento actua como barreira semi-permeável a gases:

→ Retenção de CO2 e vapor de água

→ Permeação reduzida de O2

Redução da taxa de respiração

Prolongamento do tempo de maturação

Redução da perda de água

Redução (eventual) da carga microbiana

na superfície

FRUTOS & OUTROS VEGETAIS QUEIJO

Revestimentos edíveis

Biopolímeros

Extraídos diretamente de biomassa

Polissacáridos Lípidos Proteínas

Celulose Amido

...

Galactomananos Alginatos

Carraginatos Pectinas, …

Quitosano

Ceras

Óleos Colagénio Gelatina

Proteínas do leite Gluten do trigo

Zeína de milho, …

Revestimentos edíveis

Materiais e métodos

• Agar • Galactomananos • Proteína de soja • Proteínas de soro • Pectinas

• Glicerol • Ácido láctico • Sorbitol • …

• Tween 80 • Lecitina

Outros

• Ácido cítrico/ascórbico • Ácido ferúlico • Péptidos bioactivos • Micro/nano argilas • …

Materiais base Plastificantes

Surfatantes

Escolha do fruto: mesmo

tamanho e geometria;

mesmo tempo de maturação;

sem danos visíveis ou

crescimento microbiano

Preparação dos materiais

• Extracção; • Moagem; • Tratamento

químico; • Tratamento

térmico; • Limpeza; • Secagem; • …

Aplicação do revestimento

• Imersão

(concentração, temperatura, tempo de aplicação), aspersão, fluidização ...;

Caracterização do revestimento/alimento

• Perda de peso; • Firmeza; • Cor; • Taxa de respiração

(CO2 e O2) • Comportamento

térmico, de barreira a gases e com água;

• Sólidos solúveis; • Propriedades

nutricionais; • Contaminação

microbiana; • Acidez.

Materiais e métodos - revestimentos

Controlo

Revestimento de alginato (Uminho)

Alguns exemplos de frutos revestidos

a) b)

c) d)

Aparência de morangos após 7 dias de

armazenamento: a) sem revestimento; b) controlo (mergulhado em água); c) revestido com agar comercial; d) revestido com agar de Gracilaria

de IMTAS

Alguns exemplos de frutos revestidos

Tempo

(dias)

Sem

revestimento

Água Agar

comercial

Agar de

Gracilaria

L

0 31.33±0.430 29.04±0.200

2 31.04±0.500 30.73±0.390 31.19±0.430 31.98±0.230

5 30.04±0.250 30.25±0.280 30.82±0.200 32,05±0.400

7 31.64±0.170 30.91±0.250 31.43±0.220 31.30±0.270

Firmeza (N/g)

0 0.6220±0.141 - - -

2 0.4623±0.224 0.4289±0.153 0.5368±0.188 0.4133±0.0708

5 0.3258±0.157 0.4097±0.156 0.4924±0.163 0.4573±0.120

7 0.3145±0.229 0.2606±0.156 0.5299±0.196 0.4103±0.0789 0

5

10

15

20

25

30

35

0 2 4 6 8

Perd

a de

pes

o (%

)

tempo (dias)

Água quente

Morango não revestido

Agar Gracilária

Agar Comercial

Aparência de maçãs cortadas após 24h de armazenamento: a) sem revestimento; b) controlo (mergulhado em água); c) revestido com agar

comercial; d) revestido com agar de Gracilaria de IMTAS

a) b)

c) d)

Alguns resultados com frutos cortados

Revestimentos edíveis

• Os filmes e revestimentos provocam mudanças na atmosfera interna dos alimentos;

• Essas mudanças podem levar a concentrações de gases desadequadas, por exemplo, demasiado elevadas de dióxido de carbono ou demasiado baixas de oxigénio, permitindo alterações metabólicas e/ou fermentação anaeróbia;

• Em frutos cortados, estas mudanças são mais rápidas e intensas!

Revestimentos edíveis

É possível melhorar:

• Controlando a molhabilidade do revestimento (espessura do filme - > permeabilidade e resistência mecânica)

Sólido

θ

• Influenciando as permeabilidades ao vapor de água, CO2 e O2 • Prevendo a composição da atmosfera interna em alimentos que respiram

•Monitorizando o efeito dos filmes e revestimentos em parâmetros de qualidade dos alimentos

Optimizar a composição do

revestimento fruto a fruto!

- Antioxidantes;

- Tensioactivos;

- Antimicrobianos;

- Fibras; …

Comparação visual ao fim de 3 dias

Sem revestimento

Controlos:

Revestimentos:

SA CA FA

Goma de alfarroba / Dióspiro

SA – Ascorbato de sodio; CA – ascorbato de cálcio; FA – ácido ferúlico.

Controlos: ○ - não revestido

△ - solução 0.3% FA; □ - solução 3.0% CA

Revestimento:

▲- 0.80% LBG; 0.24% Glicerol; 0.3% FA

■ -0.80% LBG; 0.24% Glicerol; 1.0% CA

5060708090

100

0 1 2 3 4 5 6 7

BI

Dias

Índice de acastanhamento (BI)

32 %

0

5

10

15

0 1 2 3 4 5 6 7

a*

Dias

Parametro a* (vermelho)

46% 30%

Proteína de soja / Maçã

Controlos:

○ - não revestida

◊ - solução 0.4% FA (ácido ferúlico)

□ - solução 1.0% CA (ascorbato de cálcio)

Revestimentos:

♦ - 3.0% PS; 0.9% Glicerol; 0.4% FA pH 5.1

▲ - 3.0% PS; 0.9% Glicerol; 0.4% FA pH 7.0 20

30

40

50

0 1 2 3 4 5 6 7

BI

Dias

Índice de acastanhamento (BI)

MAÇÃ (Golden, Portugal)

0

5

10

15

20

25

30

0 1 2 3 4 5 6 7

Perd

a de

pes

o (%

)

Dias

Perda de peso

20

30

40

50

0 1 2 3 4 5 6 7

BI

Dias

Efeito do pH

Há várias aplicações comerciais, usando gelatina, zeína de milho, colagénio, amido, derivados de celulose, açúcar e ceras.

Perspetivas futuras

Estas aplicações poderão ser alargadas com: - Outros materiais sustentáveis; - Funções bioactivas; - Novas tecnologias; - Funcionalidades „inteligentes“; - ...

O revestimento deverá ser estudado em função do tipo de fruto e dos mecanismos mais importantes de deterioração de cada tipo de fruto.

SusFoFlex

Temperature monitoring Volatile organic acids

• Coordenador: Geza Toth, University of Oulu, Finland;

• Webpage: http://www.susfoflex.com

SeaBioPlas

Seaweeds from Sustainable Aquaculture as Feedstock for Biodegradable Bioplastics

• Coordenador:

Julie Maguire

Daithi O’Murchu Marine

Research Station Ltd

Ireland

Extração de polissacáridos de algas

Extração tradicional com água

Demorada – aquecimento lento a partir da superfície

Consumo energético elevado Aquecimento não uniforme

1

2 2 3

Aquecimento rápido e uniforme Consumos energéticos mais baixos Rendimentos mais elevados

1. Extração assistida por microndas

2. Extração assistida por aquecimento Ohmico

3. Extração assistida por ultrassons

Extração com aquecimento não convencional

Agradecimentos

• Prof. Pilar Gonçalves

• Ana Margarida Sousa

• Hileia Souza

• Mª Manuela Alves

• Ana Teresa Brandão

•Joana Baldaia

• Luís Barbosa

• Prof. Beatriz Oliveira (FFUP)

• Prof. Cristina Matos (ISEP)

• Prof. Ana Ramos e Prof. Isabel Coelhoso (FCT/UNL)

Agradecimentos

Fim

Obrigada pela vossa atenção!