Produção, avaliação e aplicação de filmes nanocompósitos obtidos a partir de extrato proteico da microalga spirulina platensis

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.