Desenvolvimento e caracterização de filmes biodegradáveis à base de amido incorporados com curcumina e quitosana para embalagens ativas e inteligentes

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dc.contributor.advisorOkuma, Adriana Akemi
dc.contributor.advisor-coRezende, Flávia Augusta Guilherme Gonçalves
dc.contributor.advisor-coTeixeira, Leonel da Silva
dc.contributor.advisor-coLatteshttp://lattes.cnpq.br/4235058416155618
dc.contributor.advisor-coLatteshttp://lattes.cnpq.br/3158640524473897
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/2123705096582983
dc.contributor.authorSilva, Nayara Gabriela da
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/9234545303403496
dc.contributor.refereeOkuma, Adriana Akemi
dc.contributor.refereeRezende, Flávia Augusta Guilherme Gonçalves
dc.contributor.refereeTeixeira, Leonel da Silva
dc.contributor.refereeGarcia, Cleverson Fernando
dc.contributor.refereeFerreira, Angela de Mello
dc.contributor.refereeSantos, João Paulo Ferreira
dc.date.accessioned2026-09-04T22:38:25Z
dc.date.available2026-09-04T22:38:25Z
dc.date.issued2026-03-06
dc.description.abstractO aumento dos impactos ambientais decorrentes do uso de plásticos sintéticos derivados do petróleo em embalagens alimentícias tem impulsionado a busca por alternativas mais sustentáveis. Nesse contexto, os biofilmes à base de amido surgem como solução promissora devido à sua biodegradabilidade, ao baixo custo e à ampla disponibilidade. A incorporação de curcumina, substância bioativa extraída da Curcuma longa, associada à quitosana, amplia a funcionalidade desses materiais ao possibilitar propriedades antioxidantes, antimicrobianas e resposta colorimétrica a variações de pH, características desejáveis em embalagens ativas e inteligentes. Dessa forma, este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento e a caracterização de filmes biodegradáveis à base de amido incorporados com curcumina e quitosana, visando aplicações em embalagens capazes de prolongar a vida útil dos alimentos e atuar como indicadores visuais de frescor. Os filmes foram obtidos por meio da adaptação do método de casting, utilizando placas de vidro e espalhador de cromatografia em camada delgada (CCD). A formulação principal foi composta por amido solúvel P.A., curcumina e quitosana, utilizando glicerol como plastificante. Além dessa formulação, foram preparados filmes controle contendo somente amido ou combinações parciais dos componentes, utilizados para fins comparativos. Após a secagem, os filmes foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia na região do ultravioleta-visível para sólidos (UV-Vis), análise termogravimétrica (TGA), calorimetria exploratória diferencial (DSC), ensaio de tração, solubilidade em água, microscopia eletrônica de varredura (MEV), ensaio de biodegradabilidade em solo, avaliação qualitativa da mudança de cor do filme em resposta à variação de pH provocada pela deterioração do alimento e ensaios microbiológicos frente a Staphylococcus aureus, Escherichia coli e Candida albicans. As análises espectroscópicas indicaram interações químicas entre os componentes, enquanto os ensaios térmicos revelaram modificações no perfil de degradação e na estabilidade da matriz polimérica. As propriedades mecânicas evidenciaram que o filme ternário apresentou o melhor equilíbrio entre resistência e flexibilidade, com resistência à tração de 0,5 ± 0,1 Mpa, módulo de elasticidade de 1,85 ± 0,07 Mpa e elongação de 28 ± 8%, indicando menor rigidez e maior capacidade de deformação em comparação com o amido puro. A solubilidade em água (52,0 ± 1%) revelou estabilidade compatível com aplicações em embalagens biodegradáveis. A análise morfológica por MEV demonstrou uma superfície contínua, matriz homogênea e ausência de defeitos estruturais críticos. Nos ensaios microbiológicos, o filme ternário exibiu atividade antimicrobiana mensurável, evidenciada por halos de inibição de 30,0 ± 1,0 mm (Staphylococcus aureus), 24,7 ± 0,6 mm (Escherichia coli) e 22,3 ± 0,6 mm (Candida albicans), sugerindo maior sensibilidade da bactéria Gram-positiva. Os testes de biodegradação em solo confirmaram a natureza biodegradável do material, com redução progressiva da massa remanescente para 70 ± 4% (15 dias), 59,4 ± 0,3% (30 dias) e 28 ± 1% (60 dias). Adicionalmente, a avaliação qualitativa com alimentos demonstrou resposta cromática evidente da curcumina às variações de pH associadas à deterioração dos alimentos, validando seu potencial como indicador visual de frescor, observado pela mudança de coloração para tons alaranjados e avermelhados, compatíveis com meios alcalinos com pH estimado entre 10 e 12. De forma integrada, os resultados indicam que o filme de amido, quitosana e curcumina reúne biodegradabilidade, estabilidade estrutural, atividade antimicrobiana e funcionalidade inteligente, mostrando potencial para aplicação em embalagens alimentícias sustentáveis, em consonância com os princípios da Química Verde e os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável.
dc.description.abstractotherThe increasing environmental impacts resulting from the use of petroleum-derived synthetic plastics in food packaging have driven the search for more sustainable alternatives. In this context, starch-based biodegradable films have emerged as a promising solution due to their biodegradability, low cost, and wide availability. The incorporation of curcumin, a bioactive compound extracted from Curcuma longa, associated with chitosan, enhances the functionality of these materials by providing antioxidant, antimicrobial, and colorimetric responses to pH variations, which are desirable characteristics for active and intelligent packaging applications. Therefore, this study aimed to develop and characterize starch-based biodegradable films incorporated with curcumin and chitosan for applications in packaging capable of extending food shelf life and acting as visual freshness indicators. The films were obtained by adapting the casting method using glass plates and a thin-layer chromatography (TLC) spreader. The main formulation consisted of soluble starch (P.A. grade), curcumin, and chitosan, with glycerol used as a plasticizer. In addition to this formulation, control films containing only starch or partial combinations of the components were prepared for comparative purposes. After drying, the films were characterized by Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), ultraviolet-visible spectroscopy for solid samples (UV-Vis), thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), tensile testing, water solubility, scanning electron microscopy (SEM), soil biodegradability testing, qualitative color change evaluation in response to pH variation caused by food spoilage, and microbiological assays against Staphylococcus aureus, Escherichia coli, and Candida albicans. Spectroscopic analyses indicated chemical interactions between the components, while thermal analyses revealed modifications in the degradation profile and stability of the polymeric matrix. Mechanical properties demonstrated that the ternary film exhibited the best balance between strength and flexibility, with tensile strength of 0.5 ± 0.1 MPa, elastic modulus of 1.85 ± 0.07 MPa, and elongation of 28 ± 8%, indicating lower rigidity and greater deformation capacity compared with pure starch. Water solubility (52.0 ± 1%) revealed stability compatible with biodegradable packaging applications. Morphological analysis by SEM showed a continuous surface, homogeneous matrix, and absence of critical structural defects. In microbiological assays, the ternary film exhibited measurable antimicrobial activity, evidenced by inhibition zones of 30.0 ± 1.0 mm (Staphylococcus aureus), 24.7 ± 0.6 mm (Escherichia coli), and 22.3 ± 0.6 mm (Candida albicans), suggesting greater sensitivity of the Gram-positive bacterium. Soil biodegradation tests confirmed the biodegradable nature of the material, with a progressive reduction in the remaining mass to 70 ± 4% (15 days), 59.4 ± 0.3% (30 days), and 28 ± 1% (60 days). Additionally, qualitative food storage tests demonstrated a clear colorimetric response of curcumin to pH variations associated with food spoilage, confirming its potential as a visual freshness indicator. This response was evidenced by a color change to orange and reddish hues, consistent with alkaline conditions at an estimated pH range of 10 to 12. Overall, the results indicate that the starch–chitosan–curcumin film combines biodegradability, structural stability, antimicrobial activity, and intelligent functionality, demonstrating potential for application in sustainable food packaging in accordance with the principles of Green Chemistry and the Sustainable Development Goals.
dc.identifier.urihttps://repositorio.cefetmg.br//handle/123456789/2949
dc.language.isopt
dc.publisherCentro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.initialsCEFET-MG
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Tecnologia de Produtos e Processos
dc.subjectFilmes biodegradáveis
dc.subjectAlimentos - Embalagens
dc.subjectEmbalagem ativa
dc.subjectCurcumina
dc.subjectQuitosana
dc.titleDesenvolvimento e caracterização de filmes biodegradáveis à base de amido incorporados com curcumina e quitosana para embalagens ativas e inteligentes
dc.typeDissertação

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