Active packaging based on PLA - Green Tea Extract

Abstract

Over the years, plastic industry has been growing, and plastics are present in our daily basis. Synthetic polymers, due to their excellent properties (low cost, versatility, weight, among others), have been extensively used in a wide range of applications, especially in packaging production. Although the use of synthetic polymers has proven to be benefic, their accumulation in the environment has been one of the main causes of environmental issues, since they are extremely resistant to degradation. One of the alternatives for this problem has been the incorporation of biodegradable polymers of natural origin to replace synthetic polymers, in particular in the production of packages with a short life-cycle. At the same time, population growth and constant demand for quality, safety and healthy food products contributed to the development of new food packaging systems. The amount of food waste generated along the supply chain also played an important role in the development of these new systems. Thus, new approaches were developed in the manufacture of packaging, being active packaging one of these newer systems. This type of package interacts with the surrounding environment contributing to the preservation of foods’ properties and increasing their shelf-life. This dissertation was focused on the development of a material with application as active food packaging, based on polylactic acid (PLA), a biodegradable polymer, to which was added green tea extract (GTE), in order to confer antioxidant properties. The compatibility between PLA and GTE was evaluated by producing mixtures of both materials in the melt. After this compatibility study, films of the mixture were produced by using blown film extrusion. Different amounts of GTE were added to PLA to evaluate its influence on the films’ antioxidant capacity. The produced materials were analyzed by thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC) and Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR). The films’ mechanical properties were evaluated, as well as their antioxidant capacity and water-vapor barrier properties. The results showed that the addition of green tea extract confers antioxidant capacity to the films, which is dependent on the quantity of GTE added. It was observed that films containing GTE have lower thermal stability and mechanical properties when compared with films without GTE. Nevertheless, they showed improved water-vapor barrier properties. These films proved to be efficient in the preservation of food, including apple, potatoes and smoked salmon, inhibiting oxidative phenomena that result in their spoilage.

Ao longo dos anos, a indústria dos plásticos tem vindo a evoluir de forma gradual, sendo que a presença dos mesmos já faz parte do nosso dia-a-dia. Os polímeros sintéticos, devido às suas propriedades (baixo custo, versatilidade, peso, entre outras), têm sido cada vez mais aplicados numa vasta gama de sectores, principalmente na produção de embalagens. Apesar da utilização de polímeros sintéticos ser benéfica, a acumulação deste tipo de materiais no meio ambiente tem vindo a causar sérios problemas ambientais, visto serem extremamente resistentes a degradação. Uma das alternativas para a resolução deste problema passa pelo uso de polímeros biodegradáveis de origem natural, visando substituir os polímeros sintéticos, em particular na produção de embalagens com um ciclo de vida curto. Simultaneamente, o aumento da população e a constante exigência por produtos alimentares com qualidade, segurança e saudáveis tem contribuído para o desenvolvimento de novos sistemas por parte da indústria. O desperdício alimentar ao longo da cadeia de produção motivou, também, o desenvolvimento destes novos sistemas. Assim, foram desenvolvidas novas abordagens na fabricação de embalagens, entre as quais a embalagem ativa. Esta embalagem é capaz de interagir com o meio envolvente, contribuindo para a preservação das propriedades do alimento e aumentar o seu tempo de preservação. Esta dissertação foca-se no desenvolvimento de um material para embalagem alimentar ativa, baseada em ácido poliláctico (PLA), um polímero biodegradável, ao qual foi adicionado extrato de chá verde (ECV), de modo a conferir propriedades antioxidantes. A compatibilidade entre PLA e o ECV foi avaliada através da produção de misturas de ambos no fundido. Após o estudo de compatibilidade, foram produzidos filmes por extrusão de filme tubular. Adicionaram-se diferentes quantidades de ECV ao PLA de modo a avaliar a sua influência na capacidade antioxidante dos filmes. Os materiais produzidos foram analisados por análise termo gravimétrica (TGA), calorimetria diferencial de varrimento (DSC) e espectroscopia de infravermelhos (FTIR). Foram também realizados ensaios mecânicos e ensaios para avaliar a capacidade antioxidante e determinar as propriedades de barreira ao vapor de água. Os resultados mostraram que a adição do extrato de chá verde confere capacidade antioxidante aos filmes, estando esta dependente da quantidade de ECV adicionado. Verificou-se que os filmes que contêm ECV apresentam estabilidade térmica e propriedades mecânicas inferiores às dos filmes sem ECV. No entanto, possuem melhores propriedades de barreira ao vapor de água. Estes filmes mostram-se eficientes na preservação de vários alimentos, incluindo maçã, batata e salmão fumado, retardando processos oxidativos que levam à sua degradação.