Registro:
| Documento: | Tesis de Grado |
| Título: | Desarrollo de nanocompuestos y materiales bicapa activos y biodegradables a base de almidón empleando la técnica de extrusión |
| Autor: | Iacovone, Carolina Adriana |
| Editor: | Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales |
| Fecha de defensa: | 2023-05-16 |
| Fecha en portada: | Abril de 2023 |
| Grado Obtenido: | Grado |
| Título Obtenido: | Licenciado en Ciencias Físicas |
| Director: | Famá, Lucía Mercedes |
| Director Asistente: | Guz, Lucas Martín |
| Idioma: | Español |
| Formato: | PDF |
| Handle: |
http://hdl.handle.net/20.500.12110/seminario_nFIS000170_Iacovone |
| PDF: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/seminario/seminario_nFIS000170_Iacovone.pdf |
| Registro: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/seminario/document/seminario_nFIS000170_Iacovone |
| Ubicación: | Dep.FIS 000170 |
| Derechos de Acceso: | Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Iacovone, Carolina Adriana. (2023). Desarrollo de nanocompuestos y materiales bicapa activos y biodegradables a base de almidón empleando la técnica de extrusión. (Tesis de Grado. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de http://hdl.handle.net/20.500.12110/seminario_nFIS000170_Iacovone |
Resumen:
La gestión inadecuada de residuos sólidos urbanos y el uso masivo de plásticos, particularmente de la industria de los alimentos, está provocando una significativa contaminación a nivel mundial y graves perjuicios sobre los ecosistemas. Los envases poliméricos multifuncionales y biodegradables se presentan como una alternativa prometedora para proteger y prolongar la vida útil de los alimentos y, al mismo tiempo, reducir el impacto ambiental. El objetivo del presente trabajo de tesis fue desarrollar materiales bicapa activos a partir de dos capas a base de almidón de mandioca, un polímero natural, renovable y biodegradable, empleando la tecnología tradicional de extrusión, con el fin de obtener un material verde, sostenible y escalable para la industria de envases de alimentos y poder otorgar valor agregado a productos nacionales. Empleando conceptos de nanotecnología, se diseñaron nanocompuestos bicapa de almidón de mandioca cuyas capas aporten dos propiedades específicas: por un lado, que la capa interna en contacto con el alimento presente actividad antioxidante para retrasar la oxidación de los productos envasados, y por otro lado, que la capa externa posea actividad antimicrobiana para retrasar el desarrollo y disminuir la concentración de bacterias que podrían presentarse en la superficie de los mismos. La capa con actividad antimicrobiana se obtuvo a partir de la incorporación de nanopartículas de plata (AgNP). Las AgNP son principalmente conocidas por su actividad antibacteriana y son ampliamente utilizadas en diversas aplicaciones. Frecuentemente la síntesis de estas nanopartículas se logra mediante métodos costosos y sustancias que pueden dar lugar a riesgo de toxicidad ambiental. Como alternativa, se desarrolló una síntesis verde a través de un medio solvente acuoso con extracto de albahaca como agente reductor y almidón como agente reductor y estabilizante. Las nanopartículas resultantes contaron con un recubrimiento de almidón que otorgó una buena adhesión y compatibilidad con la matriz del mismo almidón. Se fabricaron nanocompuestos con diferentes concentraciones de AgNP que lograron mejorar las propiedades físicoquímicas de la matriz de almidón, y se concluyó que la menor concentración empleada era suficiente para cumplir con la finalidad primordial de esta capa. Se fabricó la capa interna utilizando un extracto natural de albahaca rico en polifenoles, los cuales son reconocidos por sus propiedades antioxidantes. Se desarrollaron sistemas a partir de extracto líquido y de extracto en polvo que posibilitó el uso de una mayor concentración de polifenoles en el material, mostrando mejoras significativas. El extracto actuó como refuerzo, mejorando la resistencia a esfuerzos de tensión uniaxial y otorgó protección UV e hidrofobicidad. La capa antioxidante de almidón y extracto de albahaca en polvo logró liberar más del 70 % de los polifenoles incorporados en los simulantes de alimentos propuestos y, dado que el contenido de polifenoles fue mayor a los valores reportados en la literatura, se espera que este material proporcione una significativa protección antioxidante. Finalmente, se desarrollaron materiales bicapas a partir de la termocompresión de una capa antioxidante y otra antimicrobiana. Como resultado, se obtuvo un material a base de almidón de mandioca donde cada capa contiene un principio activo distinto conforme a su posible aplicación como envase de alimentos. El material bicapa presentó poder antioxidante y antimicrobiano, protección al UV-vis y gran resistencia mecánica. Los materiales desarrollados a lo largo de esta tesis presentan características muy prometedoras para su posible aplicación en envases biodegradables activos en la industria de los alimentos. El uso de materiales biodegradables y con capacidades funcionales, logrados principalmente a partir de recursos de nuestro país, podría contribuir no solo con el ambiente, sino con el aprovechamiento de materia prima Argentina. Asimismo, los conceptos y fenómenos estudiados contribuyen al conocimiento científico de nuevos materiales poliméricos nanocompuestos biodegradables.
Abstract:
Poor urban solid waste management and the massive use of plastics, particularly in the food industry, are causing significant global pollution and serious damage to ecosystems. Multifunctional and biodegradable polymeric packaging presents a promising alternative to protect and extend the shelf life of food while reducing environmental impact. The objective of this thesis was to develop active bilayer materials from two layers based on cassava starch, a natural, renewable, and biodegradable polymer, using traditional extrusion technology to obtain a green, sustainable, and scalable material for the food packaging industry and to provide added value to national products.. Using nanotechnology concepts, bilayer nanocomposites of cassava starch were designed were designed so that each layer each layer provides specific properties: on one hand, the inner layer in contact with the food presents antioxidant activity to delay oxidation of packaged products, and on the other hand, the outer layer with antimicrobial activity to inhibit the growth of bacteria that could be present on their surface. The layer with antimicrobial activity was achieved by incorporating silver nanoparticles (AgNP). AgNP are mainly known for their antibacterial activity and are widely used in various applications. Often, the synthesis of these nanoparticles is achieved through expensive methods and substances that can lead to environmental toxicity risks. As an alternative, a green synthesis was developed through a aqueous solvent medium with basil extract as a reducing agent and starch as a reducing and stabilizing agent. The resulting nanoparticles were coated with starch, which provided good adhesion and compatibility with the starch matrix. Nanocomposites were made with different concentrations of AgNP, which improved the physicochemical properties of the starch matrix, and it was concluded that the lowest concentration used was sufficient to meet the primary purpose of this layer. The inner layer was manufactured using a natural basil extract rich in polyphenols, which are known for their antioxidant properties. Systems were developed from liquid and solid extract that made it possible to use a higher concentration of polyphenols in the material, showing significant improvements. The extract performed as a reinforcement, improving the resistance to uniaxial tensile stress and providing UV protection and hydrophobicity. The antioxidant layer of starch and solid basil extract was able to release more than 70% of the incorporated polyphenols in the proposed food simulants, and since the polyphenol content was higher than the values reported in the literature, it is expected that this material will provide significant antioxidant protection. Lastly, bilayer materials were developed by thermocompression of an antioxidant layer and an antimicrobial layer. As a result, a cassava starch-based material was obtained where each layer contains a different active principle according to its possible application as a food package. The bilayer material had antioxidant and antimicrobial power, UV-vis protection and mechanical strength. The materials developed in this thesis have very promising characteristics for their possible application in active biodegradable packaging in the food industry. The use of biodegradable materials with functional capabilities, achieved mainly from resources in our country, could contribute not only to the environment but also to the use of Argentine raw materials. Furthermore, the concepts and phenomena studied contribute to the scientific knowledge of new biodegradable nanocomposite polymer materials.
Citación:
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Iacovone, Carolina Adriana. (2023). Desarrollo de nanocompuestos y materiales bicapa activos y biodegradables a base de almidón empleando la técnica de extrusión. (Tesis de Grado. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/seminario_nFIS000170_Iacovone
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Iacovone, Carolina Adriana. "Desarrollo de nanocompuestos y materiales bicapa activos y biodegradables a base de almidón empleando la técnica de extrusión". Tesis de Grado, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2023.https://hdl.handle.net/20.500.12110/seminario_nFIS000170_Iacovone
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