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Uma abordagem ao conceito de economia circular utilizando rizomas de gengibre (zingiber officinale roscoe) para a produção de biomateriais ativos = an approach to the concept of circular economy using ginger rhizomes (zingiber officinale roscoe) for the production of active biomaterials


Título principal
Uma abordagem ao conceito de economia circular utilizando rizomas de gengibre (zingiber officinale roscoe) para a produção de biomateriais ativos = an approach to the concept of circular economy using ginger rhizomes (zingiber officinale roscoe) for the production of active biomaterials [recurso eletrônico] / Raul Remor Dalsasso ; orientadora, Alcilene Rodrigues Monteiro Fritz ; coorientador, Germán Ayala Valencia
Data de publicação

Descrição física
248 p. : il.
Nota
Disponível somente em versão on-line.
Tese (doutorado) – Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2024.
Inclui referências.
Assunto
Engenharia de alimentos
Economia circular
Biomateriais
Gengibre
Responsabilidade

Fritz, Alcilene Rodrigues Moteiro
Valencia, Germán Ayala
Universidade Federal de Santa Catarina. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos
Idioma
Inglês
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Abstract: The replacement of fossil-based packaging with eco-friendly alternatives has become a priority, and the use of biopolymers incorporated with bioactive compounds is one such alternative. Ginger extracts are antimicrobial and antioxidant and can act as food preservatives. However, their production generates up to 95% solid residue (GRes), which contains starch, fibers, and active compounds that can be used to create active biomaterials for food packaging, contributing to a circular bioeconomy. This study aimed to fully utilize the ginger rhizome to produce active biomaterials from its oleoresin (GO) or by-product (GRes) for food applications, using cheese as a model food. The study stages were: 1) optimized extraction of oleoresin rich in gingerol and shogaol through vacuum microwave drying (100 mbar, power density 5.25 W/g) followed by ultrasonic extraction (frequency 20 kHz, power 330 W); 1.2) characterization of phenolic content and antioxidant activity; 2) the extract by-product (GRes) was characterized for its chemical composition, phenolic content, and antioxidant activity; 2.1) films were produced from GRes blended with gelatin (4, 1.5, and 1 g.GRes/g gelatin, or F1, F2, and F3, respectively); 3) a nanoemulsion was obtained from the oleoresin and characterized for its stability and incorporation into gelatin films (1.50 and 0.75 g.GO/g gelatin). Films from stages 2 and 3 were applied as separators for sliced cheese. In stage 1, GO exhibited a phenolic content of 387.6 mg.GAE/g and antioxidant activity of 2100.7 mmol.Trolox/mL, increases of 87% and 209%, respectively, compared to conventional methods, due to better preservation of phenolics and formation of 6-shogaol during drying. The main components of GO were phenolics (6-gingerol, 6-shogaol, zingerone) and sesquiterpenes (α-zingiberene, αfarnesene, β-sesquiphellandrene). For GRes (stage 2), the main components were 6- shogaol, 6-paradol, and α-curcumene, producing films with antioxidant activity (10.2- 10.6 mmol.Trolox/g) and UV radiation blockers. GRes-gelatin films (F2 and F3) formed homogeneous matrices with suitable mechanical properties for food packaging (tensile strength 7.2-11.6 MPa, elongation 1.18-1.81%). As a slice separator for mozzarella, F2 (containing 1.5% gelatin) delayed fungal growth and pH decrease over 7 days. In stage 3, the nanoemulsion exhibited antimicrobial activity (S. aureus and E. coli), a zeta potential of -18 mV, and a particle size of 105 nm, remaining stable for 56 days at 4°C or 20°C, while the conventional emulsion (particle size 594 nm, zeta potential 0.5 mV) precipitated in 7 days. When incorporated into gelatin films, the nanoemulsion reduced tensile strength (35-20 MPa) and increased elongation (31%-71%). The films demonstrated high transparency, UV radiation, CO2 and O2 barrier, and low water vapor permeability. The release of GO into the food was controlled for at least 56 days (diffusivity 1.3-1.6 x10-15 m2 /s), increasing antioxidant activity (624 mg.Trolox/mL) and delaying fungal incidence in refrigerated sliced mozzarella from 28 to 42 days. It is concluded that ginger oleoresin and residue possess biological properties capable of preserving foods with intermediate moisture and fat content, such as cheese.

A substituição de embalagens fósseis por alternativas ecológicas tornou-se prioridade, e a utilização de biopolímeros incorporados com compostos bioativos naturais é uma alternativa. Extratos de gengibre são antimicrobianos e antioxidantes, podendo atuar como conservantes. Contudo, sua produção gera até 95% de resíduo sólido, ou borra, (GRes), que contém amido, fibras e compostos ativos que podem ser utilizados para constituir biomateriais ativos para a produção de embalagens de alimentos, contribuindo para uma bioeconomia circular. Este estudo teve como objetivo a utilização total do rizoma de gengibre, para produzir biomateriais ativos a partir da sua oleorresina (GO) ou borra (GRes) para aplicação em alimentos, usando o queijo como alimento modelo. As etapas do estudo foram: 1) obtenção otimizada da oleorresina rica em gingerol e shogaol pela aplicação de secagem por micro-ondas a vácuo (100 mbar, densidade de potência 5,25 W/g) seguida de extração ultrassônica (frequência 20 kHz, potência 330 W); 1.2) caracterização quanto à concentração de fenólicos e atividade antioxidante; 2) o subproduto do extrato (GRes) foi caracterizado quanto a sua composição química, fenólica e atividade antioxidante; 2.1) Foram produzidos filmes a partir do GRes em blendas com gelatina (4, 1,5 e 1 g.GRes/g gelatina, ou F1, F2 e F3, respectivamente); 3) uma nanoemulsão foi obtida a partir da oleorresina e caracterizada quanto sua estabilidade e incorporação em filmes de gelatina (1,50 e 0,75 g.GO/g gelatina). Filmes das etapas 2 e 3 foram aplicados como separadores de queijo fatiado. Na etapa 1, a GO apresentou um teor de fenólicos de 387,6 mg.GAE/g e atividade antioxidante de 2100,7 mmol.Trolox/mL, aumentos de 87% e 209%, respectivamente, quando comparados aos métodos convencionais, devido à maior preservação de fenólicos e formação de 6-shogaol na etapa de secagem. Os principais componentes da GO foram fenólicos (6-gingerol, 6-shogaol, zingerone) e sesquiterpenos (α-zingiberene, α-farnesene, β-sesquiphellandrene). Para o GRes (etapa 2), os principais componentes foram o 6-shogaol, 6-paradol e α-curcumene, produzindo filmes com atividade antioxidantes (10,2-10,6 mmol.Trolox/g) e bloqueadores de radiação UV. Filmes GRes-gelatina (F2 e F3) formaram matrizes homogêneas, com propriedades mecânicas adequadas para embalagens de alimentos (tensão 7,2-11,6 MPa, elongação 1,18-1,81%). Como separador de fatias em muçarela, F2 (contendo 1,5% de gelatina) retardou o desenvolvimento de fungos e o abaixamento do pH em 7 dias. Na etapa 3, a nanoemulsão mostrou atividade antimicrobiana (S. aureus e E. coli), potencial zeta -18 mV e tamanho de partícula 105 nm, mantendo-se estável por 56 dias a 4°C ou 20°C, enquanto a emulsão convencional (tamanho de partícula 594 nm, potencial zeta 0.5 mV) precipitou em 7 dias. Quando incorporada em filmes de gelatina, a nanoemulsão reduziu a tensão (35- 20 MPa) e aumentou a elongação (31%-71%). Os filmes apresentaram alta transparência, barreira à radiação UV, CO2, O2 e baixa ao vapor d’água. A liberação da GO para o alimento foi controlada por pelo menos 56 dias (difusividade 1,3-1,6 x10- 15 m2 /s), aumentando a atividade antioxidante (624 mg.Trolox/mL) e retardando a incidência de fungos em muçarela fatiada refrigerada de 28 para 42 dias. Conclui-se que a oleorresina e o resíduo de gengibre possuem propriedades biológicas capazes de preservar alimentos com teor de umidade e gordura intermediário, como o queijo.

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