Nome do Projeto
Desenvolvimento de embalagens absorvedoras de etileno utilizando fibras ultrafinas de zeína incorporadas de TiO2
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
07/03/2022 - 30/12/2023
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Ciências Agrárias
Resumo
O etileno é o hormônio responsável pelo amadurecimento de frutas e
hortaliças, sua presença em ambientes de transporte e armazenamento de
produtos hortícolas promove a ativação de genes envolvidos na síntese de
enzimas responsáveis por diversas mudanças nos tecidos, acelerando a
senescência. Uma tecnologia emergente para prolongar a vida útil destes
produtos é a utilização de compostos com ação fotocatalítica frente ao etileno,
promovendo sua conversão completa em dióxido de carbono e água, como é o
caso do dióxido de titânio (TiO 2 ). Este projeto de tese tem como objetivo
produzir e caracterizar fibras ultrafinas de zeína incorporadas com TiO 2 através
da técnica de electrospinning, e avaliar sua atividade fotocatalítica frente ao
etileno quando exposto a luz UV durante o armazenamento de tomate cereja.
O projeto será dividido em experimentos (I, II e III) sendo que no primeiro o TiO 2
será funcionalizado pelo método de sol-gel, e será determinada a condição com
maior percentual de fase cristalina anatase. No experimento II, serão
produzidas as fibras ultrafinas de zeína (30% de zeína (p/v) dissolvidas em
etanol 70% (v/v)), incorporadas de TiO 2 nas concentrações de 1, 2, 3, 4 e 5%.
As soluções serão avaliadas quanto a viscosidade aparente e condutividade
elétrica. As fibras ultrafinas serão caracterizadas através das análises de
morfologia e distribuição de diâmetro, espectroscopia de energia dispersiva,
análise termogravimétrica, grupos funcionais pelo FTIR, difração de raio X e
ângulo de contato. Ainda no experimento II, será desenvolvido um filme
laminado de amido com as fibras ultrafinas e este será caracterizado pelas
propriedades morfológicas, mecânicas e de barreira. A concentração de TiO 2
que apresentar fibras homogêneas e ausentes de beads, será selecionada para
o experimento III, em que serão realizados os ensaios de aplicação das fibras
ultrafinas incorporadas de TiO 2 na forma de sachê e na forma de filme de amido
laminado durante o armazenamento de tomates cereja, os quais serão
caracterizados pela concentração de etileno por cromatografia gasosa, teor de
sólidos solúveis totais, acidez, firmeza de polpa, cor, compostos voláteis, perda
de massa, determinação de licopeno e carotenoides totais.
Objetivo Geral
Produzir e caracterizar fibras ultrafinas de zeína incorporadas com TiO2 pela técnica de electrospinning, e avaliar sua atividade fotocatalítica frente ao etileno em embalagens contendo tomate cereja.
Justificativa
O tomate cereja comercializado na forma de bandejas (minimamente processado) em comércios, tem um período de durabilidade muito pequeno por ser muito perecível. Esta pequena capacidade de manter-se em bom estado se resume na alta taxa de etileno produzida por estes frutos. Uma maneira de reduzir o etileno formado, o que danifica os frutos, é de utilizar materiais que tem a capacidade de absorção deste gás. Películas formadas por ultrafibras incorporadas com óxido de titânio podem ser eficazes na absorção de etileno.
Metodologia
O projeto será dividido em experimentos I, II e III. No experimento I, será efetuada a funcionalização de TiO2 pelo método sol-gel em diferentes condições, conforme apresentado na Tabela 2.
Tabela 2- Delineamento experimental para a funcionalização de TiO2 pelo método sol-gel.
Variáveis independentes Variáveis dependentes
Amostra Etanol (%) Butóxido de titânio (%) Ácido acético (%) Água (%) Análises
1 40 20 20 20 raios x
2 28,5 14,5 28,5 28,5 EDX*
3 40 20 40 0 MEV*
4 50 25 25 0 FTIR*
* Onde EDX= Energia Dispersiva de Raio X; MEV= Microscopia Eletrônica de varredura; FTIR= Espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier. 4x4x3=48 determinações.
No experimento II, o qual é apresentado na Tabela 3, serão avaliados os parâmetros das soluções e será efetuada a produção das fibras ultrafinas de zeína incorporadas com TiO2, bem como dos filmes de amido laminado com estas fibras. As fibras e os filmes serão caracterizados, e será determinada a concentração de TiO2 em que é possível obter fibras homogêneas e sem beads.
Tabela 3- Delineamento experimental para a produção e caracterização de fibras ultrafinas de zeína incorporadas com TiO2 e filmes de amido laminado com as fibras ultrafinas de zeína incorporadas com TiO2.
Variáveis independentes Variáveis dependentes
TiO2 (% (p/v))
0 Soluções poliméricas
1 Morfologia e distribuição de diâmetro (MEV) e
2 Espectroscopia de energia dispersiva (EDS)
3 Filmes de amido laminado com fibras ultrafinas
4 Avaliação macroscópica Cor e opacidade Propriedades mecânicas
5 Propriedades térmicas por análise termogravimétrica (TGA) Grupos funcionais (FTIR)
Espessura
Ângulo de contato Difração de Raio X
Morfologia e distribuição de diâmetro (MEV) e Espectroscopia de energia dispersiva (EDS)
Permeabilidade ao vapor de águ
6x20x3=360 determinações.
No experimento III (Tabela 4), serão executados os testes de aplicação das fibras ultrafinas de zeína incorporadas com TiO2 no armazenamento de tomate cereja durante 15 dias.
Tabela 4- Delineamento experimental para a aplicação das fibras ultrafinas de zeína incorporadas com TiO2 no armazenamento de tomate cereja.
Variáveis independentes
Tipo de armazenamento Concentração de fibras na embalagem (mg.cm-3)* Variáveis dependentes
Sólidos solúveis
Controle (sem fibras) acidez
Sachês com fibras de zeína incorporadas de TiO2 x cor
Filme de amido laminado com fibras de zeína incorporadas de TiO2 y firmeza polpa
Concentração de etileno por GC
Perda de Massa
Determinação de licopeno
Carotenoides totais
* As concentrações de fibras que serão utilizadas nas embalagens serão determinadas em testes preliminares. 3x4x8x15x3= 4320 determinações.
Tabela 2- Delineamento experimental para a funcionalização de TiO2 pelo método sol-gel.
Variáveis independentes Variáveis dependentes
Amostra Etanol (%) Butóxido de titânio (%) Ácido acético (%) Água (%) Análises
1 40 20 20 20 raios x
2 28,5 14,5 28,5 28,5 EDX*
3 40 20 40 0 MEV*
4 50 25 25 0 FTIR*
* Onde EDX= Energia Dispersiva de Raio X; MEV= Microscopia Eletrônica de varredura; FTIR= Espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier. 4x4x3=48 determinações.
No experimento II, o qual é apresentado na Tabela 3, serão avaliados os parâmetros das soluções e será efetuada a produção das fibras ultrafinas de zeína incorporadas com TiO2, bem como dos filmes de amido laminado com estas fibras. As fibras e os filmes serão caracterizados, e será determinada a concentração de TiO2 em que é possível obter fibras homogêneas e sem beads.
Tabela 3- Delineamento experimental para a produção e caracterização de fibras ultrafinas de zeína incorporadas com TiO2 e filmes de amido laminado com as fibras ultrafinas de zeína incorporadas com TiO2.
Variáveis independentes Variáveis dependentes
TiO2 (% (p/v))
0 Soluções poliméricas
1 Morfologia e distribuição de diâmetro (MEV) e
2 Espectroscopia de energia dispersiva (EDS)
3 Filmes de amido laminado com fibras ultrafinas
4 Avaliação macroscópica Cor e opacidade Propriedades mecânicas
5 Propriedades térmicas por análise termogravimétrica (TGA) Grupos funcionais (FTIR)
Espessura
Ângulo de contato Difração de Raio X
Morfologia e distribuição de diâmetro (MEV) e Espectroscopia de energia dispersiva (EDS)
Permeabilidade ao vapor de águ
6x20x3=360 determinações.
No experimento III (Tabela 4), serão executados os testes de aplicação das fibras ultrafinas de zeína incorporadas com TiO2 no armazenamento de tomate cereja durante 15 dias.
Tabela 4- Delineamento experimental para a aplicação das fibras ultrafinas de zeína incorporadas com TiO2 no armazenamento de tomate cereja.
Variáveis independentes
Tipo de armazenamento Concentração de fibras na embalagem (mg.cm-3)* Variáveis dependentes
Sólidos solúveis
Controle (sem fibras) acidez
Sachês com fibras de zeína incorporadas de TiO2 x cor
Filme de amido laminado com fibras de zeína incorporadas de TiO2 y firmeza polpa
Concentração de etileno por GC
Perda de Massa
Determinação de licopeno
Carotenoides totais
* As concentrações de fibras que serão utilizadas nas embalagens serão determinadas em testes preliminares. 3x4x8x15x3= 4320 determinações.
Indicadores, Metas e Resultados
Obter pelo menos uma formulação de fibras incorporadas com óxido de titanio que sejam eficazes na redução do etileno durante o armazenamento de tomates tipo cereja.
Equipe do Projeto
| Nome | CH Semanal | Data inicial | Data final |
|---|---|---|---|
| BRUNA WENDT BÖHMER MAAS | |||
| ELESSANDRA DA ROSA ZAVAREZE | 1 | ||
| Gabriel Lucas Pail | |||
| LAURA MARTINS FONSECA | |||
| RUI CARLOS ZAMBIAZI | 2 |