Evaluation of mechanical properties and water vapor permeability in Chitosan biofilms using Sorbitol and Glycerol

Chitosan biofilms were prepared with and without plasticizer (glycerol and sorbitol). The physical and mechanical properties of chitosan biofilms with and without plasticizer were evaluated. Chitosan was obtained from shrimp wastes and characterized. The film forming solution (FFS) was obtained through chitosan dissolution and drying. The solution had its pH adjusted to 6.0 and oven dried (40 8C, 24 h) with forced air circulation. Chitosan biofilms without plasticizer showed a tensile strength about 36% higher than biofilms produced with plasticizer. On the other hand, biofilms with plasticizer presented superior values of elongation. The permeability of the water vapor and color presented significant difference (p<0.05) between all biofilms. Chitosan/plasticizer biofilms showed higher values of water vapor permeability in relation to chitosan biofilms without plasticizer.

Secagem da microalga Spirulina em camada delgada utilizando secador com bomba de calor

A Spirulina apresenta propriedades antioxidantes o que favorece seu uso como alimento funcional, fato que tem motivado a sua comercialização para a formulação de alimentos diversos e com finalidades terapêuticas. A secagem ganha importância durante produção de Spirulina, uma vez que a umidade necessária, para garantir que não ocorra degradação da biomassa desidratada durante o armazenamento, é alcançada através do conhecimento dos parâmetros que caracterizam a operação. Neste estudo foi utilizada a secagem com bomba de calor, um método alternativo, pois viabiliza a operação com temperaturas inferiores as tradicionalmente utilizadas, além de seu funcionamento ser independente das condições meteorológicas do ambiente. O trabalho experimental da secagem de Spirulina sp. foi iniciado com um estudo comparativo entre a secagem com bomba de calor (SBC) e a secagem tradicional (ST). O efeito dos diferentes métodos utilizados sob a amostra foi comparado em relação à cinética da operação e as características da microalga desidratada (cor, ficocianina, compostos fenólicos totais e atividade antioxidante total). As temperaturas do ar foram de 50 e 60ºC e a umidade absoluta da SBC foi dez vezes inferior a utilizada durante a ST. Os parâmetros que caracterizam a secagem foram influenciados pela temperatura do ar, bem como, pela baixa umidade absoluta na SBC. Os valores do tempo total da SBC foram 40% inferiores aos encontrados para a secagem ST, em ambas as temperaturas do ar. A maior preservação das características da Spirulina foi obtida na SBC e temperatura do ar de 50°C, e nesta condição os valores foram 14% (ficocianina), 60% (compostos fenólicos) e 10% (atividade antioxidante) superiores aos encontrados na mesma condição para a ST. Isto evidencia que o método de secagem é determinante na qualidade do produto desidratado. Posteriormente, foi realizado o estudo da cinética da SBC, bem como a otimização da operação de secagem e a reidratação das amostras desidratadas nas diferentes condições de secagem. O estudo foi realizado através de um planejamento fatorial 32, tendo como fatores de estudo a temperatura do ar (30, 40 e 50ºC) e a espessura da bandeja (1, 3 e 5 mm). As respostas utilizadas foram ficocianina, compostos fenólicos, atividade antioxidante total e cor da microalga desidratadas. Também foram realizadas a microscopia eletrônica de varredura (MEV) e as curvas termogravimétricas (DSC) das amostras desidratadas. A secagem apresentou um curto período de taxa constante, delimitado pela umidade crítica, sendo que, seus valores foram influenciados apenas pela temperatura do ar de secagem. O modelo Logarítmico forneceu elevados valores de R2ajust e os menores valores de soma dos erros quadráticos (SSE) e de critério informativo de Akaike (AIC). Os valores das energias de ativação para as espessuras de 1, 3 e 5 mm, foram na faixa de 20-23 kJ mol-1. A condição de operação mais adequada, para a secagem de Spirulina sp. com bomba de calor, foi obtida na temperatura do ar de 50°C e espessura da bandeja de 5 mm, com valores de ficocianina, compostos fenólicos, atividade antioxidante total e diferença de cor de 19,60 mg g-1, 1508 µgEAG g-1, 52,6% e 5,71, respectivamente. Os termogramas (DSC) evidenciaram que em 50 ºC e espessura de 5 mm, o produto apresentou maior estabilidade térmica. As amostras de Spirulina sp. desidratadas apresentaram estrutura morfológica (MEV), aparentemente, rígida e heterogênea, e os seus percentuais de reidratação corresponderam a 85-91% da umidade da microalga in natura.

Chitosan scaffold as an alternative adsorbent for the removal of hazardous food dyes from aqueous solutions

Hypothesis: The dye adsorption with chitosan is considered an eco-friendly alternative technology in relation to the existing water treatment technologies. However, the application of chitosan for dyes removal is limited, due to its low surface area and porosity. Then we prepared a chitosan scaffold with a megaporous structure as an alternative adsorbent to remove food dyes from solutions. Experiments: The chitosan scaffold was characterized by infrared spectroscopy, scanning electron microscopy and structural characteristics. The potential of chitosan scaffold to remove five food dyes from solutions was investigated by equilibrium isotherms and thermodynamic study. The scaffold–dyes interactions were elucidated, and desorption studies were carried out. Findings: The chitosan scaffold presented pore sizes from 50 to 200 lm, porosity of 92.2 ± 1.2% and specific surface area of 1135 ± 2 m2 g 1. The two-step Langmuir model was suitable to represent the equilibrium data. The adsorption was spontaneous, favorable, exothermic and enthalpy-controlled process. Electrostatic interactions occurred between chitosan scaffold and dyes. Desorption was possible with NaOH solution (0.10 mol L 1). The chitosan megaporous scaffold showed good structural characteristics and high adsorption capacities (788–3316 mg g 1).

Drying kinetics, biochemical and functional properties of products in convective drying of anchovy (Engraulis Anchoita) fillets

The aim of this work was to study the convective drying of anchovy (Engraulis anchoita) fillets and to evaluate the final product characteristics through its biochemical and functional properties. The drying temperatures were of 50, 60 and 70°C, and the fillet samples were dried with the skins down (with air flow one or the two sides) and skins up (with air flow one side). The drying experimental data were analyzed by Henderson–Pabis model, which showed a good fit (R2 > 0.99 and REQM < 0.05). The moisture effective diffusivity values ranged from 4.1 10–10 to 8.6 10–10 m2 s−1 with the skin down and 2.2 10–10 to 5.5 10–10 m2 s−1 with the skin up, and the activation energy values were 32.2 and 38.4 kJ mol−1, respectively. The product characteristics were significantly affected (p < 0.05) by drying operation conditions. The lower change was in drying at 60°C with air flow for two sides of the samples and skin up. In this condition, the product showed solubility 22.3%; in vitro digestibility 87.4%; contents of available lysine and methionine 7.21 and 2.64 g 100 g−1, respectively; TBA value 1.16 mgMDA kg−1; specific antioxidant activity was 1.91 mMDPPH g−1 min−1, and variation total color was 10.72.

Desorption isotherms and thermodynamics properties of anchovy in natura and enzymatic modified paste

The thermodynamic properties of anchovy fillets and enzymatic modified pastes in two hydrolysis degrees (3% HD and 14% HD), at 50, 60 and 70 C were evaluated. The GAB model was used to calculate the values of the monolayer moisture content and the thermodynamic properties of the samples. The enzymatic modification led to the increases of the superficial area and differential enthalpies, and decrease of the differential entropies in relation the samples in natura. The enthalpy–entropy compensation showed that the process was controlled by the enthalpy, it was only spontaneous for the samples in natura. Pore size decreased with enzymatic modification, and all samples were in the limit of region between micropores and mesopores (<2 nm) for moisture content of 15%, and mesopores (from 2 to 50 nm) to moisture content above 15%.

Use of Spirulina platensis micro and nanoparticles for the removal synthetic dyes from aqueous solutions by biosorption

In this research, micro and nanoparticles of Spirulina platensis dead biomass were obtained, characterized and employed to removal FD&C red no. 40 and acid blue 9 synthetic dyes from aqueous solutions. The effects of particle size (micro and nano) and biosorbent dosage (from 50 to 750 mg) were studied. Pseudofirst order, pseudo-second order and Elovich models were used to evaluate the biosorption kinetics. The biosorption nature was verified using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). The best results for both dyes were found using 250 mg of nanoparticles, in these conditions, the biosorption capacities were 295 mg g−1 and 1450 mg g−1, and the percentages of dye removal were 15.0 and 72.5% for the FD&C red no. 40 and acid blue 9, respectively. Pseudo-first order model was the more adequate to represent the biosorption of both dyes onto microparticles, and Elovich model was more appropriate to the biosorption onto nanoparticles. The EDS results suggested that the dyes biosorption onto microparticles occurred mainly by physical interactions, and for the nanoparticles, chemisorption was dominant.

Preparation of bionanoparticles derived from Spirulina platensis and its application for Cr (VI) removal from aqueous solutions

Spirulina platensis nanoparticles were prepared by mechanical agitation and were applied to removal Cr (VI) from aqueous solutions. Nanoparticles preparation was function of stirring rate and contact time. In the optimal conditions, Cr (VI) removal by nanoparticles as a function of pH and initial ion concentration was carried out. The optimal conditions for preparation were 10,000 rpm and 20 min, and the nanoparticles presented mean diameter of 215.6 nm and polydispersity index of 0.151. The best conditions for Cr (VI) removal were at pH 4 and ion concentration of 250 mg L 1, and the Cr (VI) removal percentage was 99.1%.

Evaluation of molecular weight of Chitosan in thin-layer and spouted bed drying

Chitosan is chitin in deacetylated form and is the main constituent of crustacean exoskeletons. Commercially, chitosan is dried in tray driers, and during the operation, polymerization may occur as the chitosan is composed of carbohydrates. The aim of this work was to analyze chitosan in spouted bed and thin-layer drying, considering viscosity average molecular weight of the chitosan samples in the process. Results showed that spouted bed-dried chitosan presented a molecular weight value similar (160 kDa) to that of the raw one (150 kDa). However, when dried on tray dryers, the molecular weight was 300 kDa, indicating that molecule polymerization occurred.

Evaluation of molar weight and deacetylation degree of chitosan during chitin deacetylation reaction: Used to produce biofilm

Chitosan is a polysaccharide derived from chitin, mainly of crustacean shells and shrimp wastes. The utilization of chitosan is related to the molar weight and deacetylation degree of the biopolymer. The aim of this work is to study the chitin deacetylation reaction, by the viscosity average molar weight and deacetylation degree of chitosan as a function of reaction time. Deacetylation was carried out in concentrated alkaline solution, 421 g L−1, at 130◦C and the reaction occurred during 4 h. Chitosan paste obtained after 20, 90 and 240 min was used to produce biofilms, which were characterized according water vapor permeability and mechanical properties (tensile strength and percentage tensile elongation at break). During the reaction time deacetylation degree reached 93%, and a 50% reduction in the viscosity average molar weight value in relation to the value of the first 20 min of reaction was found Both reactions presented a kinetic behavior of the pseudo-first order. Biofilm produced from the paste of chitosan with high deacetylation degree showed higher water vapor permeability (WVP), tensile strength (TS) and elongation (E) when compared to films with a low deacetylation.

Adsorption of food dyes onto chitosan: Optimization process and kinetic

Adsorption of food dyes acid blue 9 and food yellow 3 onto chitosan was optimized. Chitosan was obtained from shrimp wastes and characterized.Afull factorial design was used to analyze the effects of pH, stirring rate and contact time in adsorption capacity. In the optimal conditions, adsorption kinetics was studied and the experimental data were fitted with three kinetic models. The produced chitosan showed good characteristics for dye adsorption. The optimal conditions were: pH 3, 150rpm and 60 min for acid blue 9 and pH 3, 50rpm and 60 min for food yellow 3. In these conditions, the adsorption capacities values were 210mgg−1 and 295mgg−1 for acid blue 9 and food yellow 3, respectively. The Elovich kinetic model was the best fit for experimental data and it showed the chemical nature of dyes adsorption onto chitosan.

Optimisation of Spirulina platensis convective drying: evaluation of phycocyanin loss and lipid oxidation

The aim of the study was the optimisation of Spirulina platensis drying on convective hot air through the response surface methodology. The responses were thiobarbituric acid (TBA) and phycocyanin loss percentage values in final product. Experiments were carried out in perforated tray drier with parallel air flow, and the wet samples thickness and drying air temperatures were in range of 3–7 mm and 50–70 °C, respectively. The statistical analysis showed significant effect (P < 0.05) for air temperature and samples thickness. In the best drying condition, 55 °C and 3.7 mm, presented the phycocyanin loss percentage and the TBA values of approximately 37% and 1.5 mgMDA kg−1, respectively. In this drying condition, the fatty acids composition of the microalgae Spirulina did not show significance difference (P > 0.05) in relation to fresh biomass. The lipid profile of dried product presented high percentage of polyunsaturated fatty acids (34.4%), especially the gamma-linolenic acid (20.6%).

Produção de quitosana a partir de resíduos de camarão: análise do processo e da operação de secagem

A quitina é encontrada principalmente nos exoesqueletos de crustáceos, insetos e na parede celular de fungos. O biopolímero quitosana é obtido através da hidrólise alcalina da quitina. A despolimerização da quitosana é realizada para se obter um produto com valores baixos de massa molecular. O uso da quitosana em diversas áreas é diretamente relacionada com a massa molecular e o grau de desacetilação do polímero. Os objetivos deste trabalho foram o estudo da cinética de secagem de quitina em camada delgada utilizando um modelo difusivo, considerando a resistência externa à transferência de massa; a determinação do comportamento da massa molecular média viscosimétrica da quitosana, durante a secagem convectiva, em camada delgada; a otimização das etapas de desacetilação e despolimerização da quitosana. A quitina foi obtida de resíduos de camarão. Os experimentos da secagem de quitina e da quitosana foram em secador de bandejas, a 60°C, sendo que para a quitina foram utilizadas duas velocidades do ar de 0,5 e 1,5 m/s. A estimativa da viscosidade intrínseca foi através da equação de Huggins e a massa molecular da quitosana foi calculada pela equação de Mark-Houwink-Sakurada. As otimizações da reação de desacetilação e despolimerização foram realizadas utilizando a metodologia da superfície de resposta. Para a reação de desacetilação foram variados o tempo e a temperatura. Para a reação de despolimerização foram analisados a concentração de ácido clorídrico, a temperatura e o tempo de reação. O modelo difusivo com difusividade efetiva variável, utilizado para analisar a secagem de quitina, apresentou concordância com os dados experimentais, onde foi observado o efeito da resistência externa à transferência de massa, quando utilizada a menor velocidade do ar. A condição ótima da reação de desacetilação para massa molecular foi observada na temperatura de 130°C em 90 min, e correspondeu a massa molecular de 150 kDa e um grau de desacetilação de 90%. A operação de secagem da quitosana causou um aumento na massa molecular média viscosimétrica de 27% e este aumento foi linear com o tempo e a umidade do polímero, apresentando duas regiões. As condições da reação de despolimerização para alcançar 50 kDa foram à temperatura de reação de 65°C, concentração de ácido clorídrico de 35% v/v. Nestas condições a cinética de despolimerização foi de pseudo-primeira ordem, apresentando duas fases.

Concentrados de ácidos graxos insaturados obtidos a partir de óleo de carpa (cyprinus carpio) utilizando o método da complexação com uréia

O presente trabalho teve como objetivo obter concentrados de ácidos graxos mono e poliinsaturados a partir do óleo branqueado de carpa (Cyprinus carpio), utilizando o método de complexação com uréia, e estabelecer as melhores condições através do estudo de seus parâmetros. Foi utilizado um planejamento experimental 23 para determinar os fatores que influenciam de forma significativa (nível de 95%) os experimentos da complexação com uréia, e verificar quais as faixas de valores desses fatores que apresentam os melhores resultados. Os fatores de estudo foram: relação de uréia-ácido graxo (2:1 e 6:1), temperatura de cristalização (4ºC e -12ºC) e tempo de cristalização (14 e 24 h). As respostas para análise estatística foram: rendimento da fração líquida (%Rend), percentual de ácidos graxos livres (%AGL) da fração líquida e o perfil de ácidos graxos. Conforme o estudo realizado, a relação uréia/AG se mostrou muito efetiva, de forma diretamente proporcional, na obtenção de concentrados de ácidos graxos monoinsaturados (AGMI) e poliinsaturados (AGPI). Pois, uma vez que ao aumentar a relação de uréia/AG resultou em um meio favorável para a inclusão dos ácidos graxos saturados (AGS) na cristalização da uréia. Por este motivo a relação (6:1) foi melhor para obter concentrados de AGMI+AGPI. A relação entre temperatura e rendimento de concentrados de ácidos graxos insaturados foi de forma inversamente proporcional, sendo que no menor valor (-12ºC) ocorreu a melhor separação de ácidos graxos saturados dos insaturados. O tempo foi significativo, porém com menor influência quando comparado com as demais variáveis de estudo. Devido a isso, o ganho em rendimento dos concentrados de ácidos graxos insaturados em relação ao custo operacional envolvidos no método de complexação com uréia não sugere que o maior tempo seja utilizado, sendo que 14 h oferece rendimentos que tendem à maior produtividade. Assim, as melhores condições para a obtenção de concentrados foram: maior relação de uréia/AG (6:1), menor temperatura (-12ºC) e menor tempo (14 h). Sendo que nestas condições as frações líquidas apresentaram rendimento em massa de até 65,4%, e seu percentual de ácidos graxos livres (%AGL) ficou em média 35,8 g/100g ácido oléico. Os ácidos graxos mono e poliinsaturados na melhor condição de complexação com uréia foram concentrados em 85,2%, e entre estes os EPA+DHA foram concentrados em 9,4%.

Óleo de carpa (cyprinus carpio): obtenção, refino e produção de concentração de ácidos graxos poliinsaturados

O objetivo do presente trabalho foi analisar as características e os perfis lipídicos dos óleos brutos e refinados de rejeitos de carpa comum (Cyprinus carpio), obtidos através dos processos de ensilagem ácida e termomecânico de farinha de pescado. Também foram realizados o estudo da reação de alcoólise química do óleo de carpa e obtenção de concentrados de concentrados de ácidos graxos poliinsaturados (PUFAs), através da reação de complexação com uréia. O rendimento obtido em óleo bruto para ambos os processos foi em torno de 85% em relação ao óleo presente nas vísceras de carpa. Os óleos brutos obtidos através do processo de ensilagem e do processo termomecânico apresentaram diferenças significantivas (P < 0,05) para ácidos graxos livres, índice de peróxido, valor do ácido tiobarbitúrico e cor Lovibond. Entretanto, os óleos refinados obtidos por ambos os processos não apresentaram diferença significativa para a cor Lovibond, ácidos graxos livres e valores do ácido tiobarbitúrico. Os principais ácidos graxos identificados nos óleos bruto, branqueado e refinado de vísceras de carpa foram oléico, palmítico, palmitoléico, linoléico e linolênico constituindo aproximadamente 69,6% dos ácidos graxo totais do óleo refinado. A relação ω3/ω6 foi de aproximadamente 1,05 para o óleo refinado. Assim, o óleo refinado das vísceras de carpa pode ser considerado uma rica fonte de ácidos graxos essenciais do grupo ω3 e ω6. No estudo da reação de alcoólise química e obtenção dos concentrados de ácidos graxos poliinsaturados, foi realizada a comparação de três tratamentos para reação de alcoólise variando-se a concentração molar óleo:álcool (1:21, 1:27 e 1:39). Os tratamentos apresentaram diferenças significativas para as respostas rendimento em massa de ácidos graxos livres e índice de acidez. O maior rendimento para a reação de alcoólise foi utilizando a concentração molar de 1:39 (óleo:álcool). Na fração não complexada com uréia obteve-se aumento percentual de ácidos graxos insaturados e poliinsaturados de 31,9%, redução de saturados de 75%, e aumento do conteúdo dos ácidos graxos eicosapentaenóico e docosahexaenóico (EPA+DHA) de 85,3%. A fração não complexada com uréia pode ser considerada uma rica fonte de ácidos graxos poliinsaturados e insaturados com um total de 88,9% desses ácidos graxos.

Remoção de corantes alimentícios em sistema aquoso binário utilizando quitosana modificada com cianoguanidina como adsorvente

Os estudos de adsorção de corantes alimentícios de soluções aquosas geralmente estão voltados para a remoção de um corante específico, porém, as misturas binárias são mais realistas para simular efluentes industriais. A adsorção de corantes com quitosana é considerada uma tecnologia alternativa eco amigável, e quando a estrutura da quitosana é modificada quimicamente, resulta em um adsorvente mais adequado. A reticulação da quitosana com cianoguanidina apresenta vantagens, como melhoria na estabilidade em soluções ácidas e diminuição do custo do adsorvente. Nesta pesquisa, o objetivo do trabalho foi modificar a quitosana com cianoguanidina para remoção de corantes alimentícios em sistema aquoso binário. A fim de verificar o comportamento dos adsorventes na operação de adsorção, foram preparadas amostras de quitosana com diferentes graus de desacetilação (75%, 85% e 95%), e após, foram realizadas modificações destas amostras com cianoguanidina. Os adsorventes foram caracterizados e aplicados para a adsorção de azul indigotina e amarelo tatrazina em sistema aquoso binário e em sistema simples. O efeito do pH e do grau de desacetilação foram verificados para a remoção dos corantes por quitosana com e sem modificação em sistema simples e binário. Curvas de equilíbrio foram obtidas em diferentes temperaturas e o modelo estendido de Langmuir foi ajustado aos dados experimentais. O comportamento cinético foi avaliado através dos modelos pseudo-primeira ordem, pseudo-segunda ordem e Avrami. Os parâmetros termodinâmicos foram determinados e estudos de dessorção do adsorvente foram realizados. O pH mais adequado foi 3, e o melhor grau de desacetilação foi 95% para ambos os sistemas aquosos e adsorbatos. As capacidades de adsorção da quitosana sem e com modificação não apresentaram diferença significativa. O modelo de Langmuir estendido apresentou ajuste adequado às curvas de equilíbrio e as máximas capacidades de adsorção foram 595,3 e 680,0 mg g-1, obtidas à 25ºC, para o os corantes azul indigotina e amarelo tatrazina, respectivamente. O modelo de Avrami foi o que melhor se ajustou aos dados cinéticos de adsorção. A dessorção do adsorvente foi possível por dois ciclos, mantendo sua capacidade de adsorção em 209,7 mg g-1 no primeiro ciclo e 200,2 mg g-1 no segundo ciclo. A quitosana modificada com cianoguanidina apresentou-se como um adsorvente promissor para a remoção de corantes alimentícios em sistema binário.