Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1822/12378

TitleDevelopment and characterization of edible coatings to the preservation of cheese quality
Author(s)Cerqueira, M. A.
Advisor(s)Vicente, A. A.
Issue date21-Dec-2010
Abstract(s)Conventional synthetic packaging films have led to serious ecological problems due to their nonbiodegradability. New natural polymeric materials have been studied in order to replace the conventional packaging materials. Being so, the future generation of packaging materials will be derived from renewable and biodegradable sources. Edible coatings and films, in particular, can provide additional protection for food, being a fully biodegradable and environmental friendly packaging system; and can be combined with antimicrobial, antifungal and antioxidant substances found in many natural sources. They have been extensively applied in fruits and vegetables, however hardly explored in dairy products. Based in these ideas, the main purpose of this thesis was the development and characterization of new edible coatings for cheese preservation. The research was based in a sequence of tasks, which started by the study of a method for the extraction of galactomannans from non-traditional sources (Gleditsia triacanthos, Caesalpinia pulcherrima and Adenanthera pavonina) and determination of their physicochemical properties. Phenolic and antioxidant compounds were recovered during extractions and their utilization as possible functional compounds to be introduced in edible films was evaluated. The ability of those galactomannans to act as main material for edible coatings and films was studied simultaneously with a commercial polysaccharide (chitosan). Finally, different formulations of polysaccharide, plasticizer and corn oil were tested as coatings for cheese based on their wettability and physical properties. The influence of the coatings and storage temperature on gas transfer rates, chemical and microbiological properties of cheese was evaluated. The work performed has shown that the extraction and purification methodology used could be applied successfully to three galactomannans giving a clear indication that it may be used for other galactomannan sources as well. The results have also shown that the extracted galactomannans present adequate physicochemical characteristics to be used in the food industry. During galactomannans extraction procedures it was possible to obtain phenolic and antioxidant compounds from ethanolic and aqueous extracts. These extracts have shown ability to be incorporated in galactomannan films, imparting them functional properties. The incorporation of glycerol and corn oil in galactomannan and chitosan films has shown that the water affinity of the components of the coatings/films is one of the most influencing factors over their physicochemical properties. Furthermore, chitosan and galactomannan coatings/films showed to have different properties associated with their different structures, affecting principally the glass transition temperature, water vapour permeability and elongation-at-break values of the edible films. The methodology used for coating selection has shown to be useful to obtain the best formulation to be applied on cheese. The application of chitosan and galactomannan coatings and storage temperature influences the cheese gas exchange rate, being galactomannan coatings the ones allowing a lower gas transfer rate. The use of a galactomannan coating together with a storage temperature of 4 °C showed to improve shelf-life parameters of cheese. The evaluation of the application method of the coating, despite presenting similar performances, when referring to weight and moisture loss and colour changes of the cheese, presents different efficiencies, being the brushing application the one where less coating forming solution is wasted. In conclusion, galactomannans can be used as edible coatings for application on cheese and their properties can be tailored (within limits) by the addition of plasticizer and oil, turning these coatings into promising replacements for synthetic packaging materials.
Os revestimentos e embalagens sintéticas têm gerado problemas ecológicos devido ao facto de não serem biodegradáveis. Novos polímeros de origem natural têm sido estudados com o objectivo de substituir os materiais sintéticos e, espera-se que a nova geração de materiais para embalagens provenha de fontes renováveis e biodegradáveis. Neste sentido, nos últimos anos os revestimentos e filmes edíveis surgiram como possíveis substitutos das embalagens sintéticas, através da utilização de fontes renováveis e biodegradáveis. Os revestimentos e filmes edíveis podem ser usados para aumentar o tempo de prateleira dos alimentos, onde pode também haver a adição de agentes antimicrobianos, antifugicos e antioxidantes possibilitando uma protecção mais eficaz. No entanto, e apesar de serem muito utilizados em frutos e vegetais, têm sido pouco estudados em produtos lácteos. Neste seguimento, o principal objectivo da presente tese foi o desenvolvimento e caracterização de novos revestimentos edíveis para a conservação do queijo. Para a sua concretização começou por estudar-se um método de extracção de novas fontes de galactomananos (Gleditsia triacanthos, Caesalpinia pulcherrima e Adenhantera pavonina) e a sua caracterização. No decorrer das extracções, os compostos antioxidantes e fenólicos foram recuperados e testados como possíveis compostos funcionais para adicionar a filmes edíveis. Posteriormente, a possibilidade de utilizar esses galactomananos como revestimentos e filmes edíveis foi testada juntamente com um polissacarídeo commercial (quitosano). Diferentes formulações, com a variação das concentrações de polissacarídeo, plasticizante e óleo foram testados como revestimentos e filmes. Em seguida, foi avaliada a influência dos revestimentos edíveis na transferência de gases, e nas propriedades químicas e microbiológicas do queijo durante o armazenamento. O trabalho realizado demonstrou que a metodologia de extracção e purificação utilizada pode ser aplicada com sucesso em três tipos de galactomananos, permitindo antever a sua aplicação a outras fontes de galactomananos. Os galactomananos obtidos apresentaram características físico-químicas adequadas para serem aplicados na indústria alimentar. Durante as extracções foi possível obter compostos fenólicos e antioxidantes dos extractos aquosos e etanólicos, que mostraram poder ser incorporados em filmes edíveis de galactomananos, conferindo-lhes propriedades funcionais. A adição de glicerol e óleo de milho aos revestimentos e filmes edíveis de galactomanano e quitosano mostrou que afinidade à água dos revestimentos e filmes edíveis é um dos factores que mais influencia as suas propriedades físico-químicas. Além disso, o revestimentos e filmes de quitosano e galactomanano mostraram diferentes propriedades associadas às suas distintas estruturas, afectando a temperatura de transição vitrea, a permeabilidade de vapor de àgua e os valores elongação à quebra dos filmes. A metodologia utilizada na selecção do revestimento a ser aplicado no queijo mostrou ser útil para a obtenção da melhor formulação. A aplicação dos revestimentos de galactomanano e quitosano, assim como a temperatura, mostraram influenciar a transferência de gases do queijo, sendo o revestimento de galactomanano o que garantiu uma menor transferência de gases. O revestimento de galactomanano juntamente com uma temperatura de armazenamento de 4 °C mostrou ser a melhor opção para melhorar os parâmetros de tempo de prateleira do queijo. A avaliação do método de aplicação do revestimento no queijo mostrou, que apesar dos queijos apresentarem resultados de perda de água e diferenças de cor semelhantes, apresentam diferentes eficiências de aplicação, verificando-se que o método por pincelamento é o método onde menos revestimento é desperdiçado. Em suma, os galactomananos podem ser utilizados como revestimentos para aplicação em queijo, as suas propriedades podem ser modificadas (dentro dos limites) recorrendo à adição de plasticizante e óleo de milho, apresentando-se como um substituinte promissor dos materiais sintéticos usados em embalagens.
TypeDoctoral thesis
DescriptionTese de doutoramento em Engenharia Química e Biológica
URIhttp://hdl.handle.net/1822/12378
AccessOpen access
Appears in Collections:BUM - Teses de Doutoramento
CEB - Teses de Doutoramento / PhD Theses

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