Abstract:
A microalga Spirulina platensis é uma fonte renovável e não-convencional de proteínas
que pode ser aplicada na confecção de filmes biopoliméricos, para serem utilizados na
produção de embalagens biodegradáveis, minimizando agressões ao meio ambiente e
agregando valor a esta matéria-prima antes utilizada principalmente como ração animal.
Com base nisso, este trabalho teve por objetivo a produção, avaliação e aplicação de
filmes nanocompósitos obtidos a partir de extrato proteico proveniente da microalga
Spirulina platensis. Para tanto, inicialmente foi obtido um extrato proteico da Spirulina
(EPS) através de extração química por variação do pH. Este extrato, contendo 64 % de
proteína (base seca), foi avaliado quanto à sua composição de aminoácidos e
caracterizado quanto à sua funcionalidade (solubilidade; capacidade de retenção de água
e óleo; capacidade espumante; estabilidade espumante). Posteriormente, o EPS foi
utilizado como matéria-prima para obtenção de filmes proteicos nanocompósitos com
adição de nanoargila montmorilonita (MMT). A obtenção dos mesmos foi realizada
através do preparo de soluções filmogênicas, seguido da técnica de casting e secagem a
40 °C (±2 °C) em estufa com circulação de ar. Foram utilizados dois tipos de
planejamento: um para avaliar as variáveis do processo de obtenção dos filmes
(Planejamento Fatorial Fracionário) e outro para determinar as melhores condições de
obtenção dos filmes (Delineamento Central Composto Rotacional - DCCR). Os filmes
foram avaliados quanto às suas propriedades mecânicas (resistência à tração - RT, e
elongação) e ópticas (diferença de cor - ΔE* e opacidade – Y %), espessura,
permeabilidade ao vapor de água (PVA), solubilidade em água e umidade (U %). Com
base na menor PVA (8,51 g.mm.(kPa. d. m2
)
-1
) e umidade (12,7 %), o filme escolhido
para ser utilizado como parte de um sistema de embalagem individual para massa de
pizza teve a seguinte formulação: 4,5 g de EPS, 1,35 g de glicerol e 0,1 g de MMT em
150 mL de água destilada, pH 11,0 e temperatura final do processo de 75 °C (ensaio 5 do
DCCR). Ele foi um dos filmes menos espesso (0,092 mm), elástico (elongação de 16 %),
escuro e opaco, apresentou RT de 2,49 MPa (dentre as maiores) e foi o mais solúvel dos
filmes, com solubilidade de 69,2 %. Foi avaliada a eficiência deste filme como parte do
sistema de embalagem através de análises de perda de massa, textura e contagem de
bolores e leveduras nas pizzas. Verificou-se que o mesmo não foi eficiente em conservar
as massas de pizza, pois permitiu uma grande perda de massa e alterações inaceitáveis na
textura, indicando assim uma alta permeabilidade ao vapor de água, o que também é
indesejável. De modo geral, concluiu-se que é possível obter um extrato proteico a partir
de Spirulina e aplicá-lo como matéria-prima de filmes proteicos nanocompósito com
adição de MMT. No entanto, o filme em questão não foi eficiente quando aplicado como
embalagem para conservação de massa de pizza.
Microalgae Spirulina platensis are a renewable, unconventional source of protein which
can generate biopolymeric films to be applied on the production of biodegradable
packaging, minimizing environmental damage and adding economic value to a raw
material mostly used as animal feed. Based on that, the purpose of this study was to
product, evaluate and test an application of nanocomposite films obtained from protein
concentrate of Spirulina platensis microalgae. In that regard, a Spirulina-based protein
concentrate (SPC) was developed by chemical extraction through pH-shift process. This
concentrate contains 64 % protein (dry base) and the tests analyzed its amino acid
composition and its functionality (solubility; water/oil absorption capability; capacity of
producing foam; foam stability). Afterwards, the SPC was used as raw material to
produce nanocomposite protein films with addition of montmorillonite nanoclay (MMT).
The production was done using filmogenic solutions, followed by casting and drying at
40 °C (±2 °C) in incubator with blower. Two types of planning were used: Fractional
Factorial Planning (FFP), to evaluate film-producing process variables, and Central
Composite Rotational Delineation (CCRD), to settle the best conditions to make the
films. Those films had their mechanical (tensile strength – TS and elongation) and optical
(color deviation and opacity) properties analyzed, as well as thickness, water steam
permeability, solubility in water and humidity. Based on the smaller permeability (8.51
g.mm.(kPa. d. m2
)
-1
) and humidity (12.7 %), the film chosen for use as part of a system of
individual packing for pizza dough had the following formulation: 4.5 g of SPC, 1.35 g of
glycerol and 0.1 g of MMT in 150 mL of distilled water, pH 11.0 and final process
temperature of 75 ºC (CCRD sample no. 5). That film was one of the thinnest (0.092 mm)
and less elastic (16 % of elongation), dark and opaque, as well as it had a TS of 2.49 MPa
(one of the highest) and was the most soluble (69.2 % of solubility). Its efficiency as part
of a packaging system was evaluated by texture, mass losses and mold and yeast count.
The tests showed that the film is inefficient to preserve pizza dough, since it was unable
to avoid large mass losses and inacceptable texture modifications, indicating moreover
high permeability to water steam, which is also undesirable. In conclusion, it is possible
to obtain a Spirulina-based protein concentrate and use it to make nanocomposite protein
films with addition of MMT. Nevertheless, the film tested in this study is inefficient as
part of a packaging system for pizza dough.
