Bianca Chieregato Maniglia.

A tecnologia de impressão 3D por extrusão tem avançado em diversos setores, incluindo a indústria alimentícia, permitindo a criação de alimentos personalizados com geometrias complexas e propriedades específicas, como textura, sabor e valor nutricional. Essa inovação oferece potencial para atender a necessidades variadas, como alimentos para idosos com disfagia e alternativas de carne à base de proteína vegetal. Além disso, a tecnologia pode simplificar cadeias de produção ao permitir a fabricação doméstica de produtos, reduzindo custos de distribuição e armazenamento.Outro campo de aplicação promissor é o desenvolvimento de embalagens biodegradáveis, uma alternativa ao plástico de origem fóssil, que é altamente poluente e de baixa biodegradabilidade. Polímeros naturais, como o amido, têm se destacado devido à sua abundância e baixo custo, possibilitando a criação de filmes biodegradáveis com propriedades ajustáveis. Esses avanços representam passos importantes para um futuro mais sustentável e inovador no processamento de alimentos e embalagens.

O tecido ósseo tem a capacidade de se regenerar por meio de células como os osteoblastos. No entanto, lesões causadas por traumas, doenças, tumores e infecções podem prejudicar gravemente a estrutura e a função óssea, resultando em danos extensivos e limitando o processo de regeneração. O uso de matrizes extracelulares, como os scaffolds ósseos, tem sido extensivamente pesquisado para estimular a osteogênese. Esses scaffolds são estruturas tridimensionais e porosas que proporcionam condições favoráveis para a adesão e proliferação celular. Para aprimorar a funcionalidade e valor dos scaffolds, incorpora-se substâncias ricas em compostos ativos com propriedades antibacterianas, antioxidantes e anti-inflamatórias. O objetivo principal deste projeto é realizar a impressão 3D de scaffolds ósseos osteoindutores utilizando hidrogéis de gelatina/quitosana ativados pela incorporação de emulsão dupla A/O/A ou microesferas de alginato de sódio contendo extrato de urucum (Bixa orellana L.). O extrato é produzido por métodos convencionais com solvente hidroetanólico ou por solventes eutéticos profundos naturais (NADES), um método de extração verde. Assim, as formulações consideradas ideais do extrato de urucum (EU), emulsão dupla A/O/A (DE) e microesferas de alginato de sódio (ME) encapsulando o EU serão adicionadas aos hidrogéis de gelatina/quitosana e utilizadas na impressão 3D para criar potenciais scaffolds ósseos. A combinação de matérias-primas provenientes de fontes naturais, aliada a tecnologias inovadoras e sustentáveis, proporciona uma estratégia promissora para o desenvolvimento de novos biomateriais destinados à regeneração do tecido ósseo, oferecendo personalização e propriedades ativas benéficas para a saúde humana.

A Economia Circular se apresenta como uma alternativa para redefinir a noção de crescimento com foco em uma visão sistêmica. Tal fato envolve dissociar ao máximo a atividade econômica do consumo de recursos finitos e reduzir/aproveitar de forma eficiente os resíduos gerados. Uma das estratégias que contribui para alcançar tais objetivos é o aproveitamento tecnológico de resíduos oriundos do processamento de vegetais, tais como sementes, palha, talos, cascas, entre outros, uma vez que estes apresentam uma composição química valiosa, rica em compostos bioativos, carboidratos, proteínas e ácidos graxos majoritariamente insaturados. Sob essas perspectivas esse projeto vem ao encontro desses desafios e visa valorizar as proteínas presentes nas sementes de mamão e tomate de forma inovadora, ao extrair, caracterizar e aplicar o extrato protéico como emulsificantes e gelificantes de alimentos plant-based; materiais estruturantes para bioimpressão 3D; carreadores de probióticos; e matrizes para o desenvolvimento de filmes biodegradáveis. O presente estudo apresenta característica multidisciplinar e se enquadra na lista de Tecnologias Habilitadoras e Tecnologias para Desenvolvimento Sustentável e Qualidade de Vida, prioritárias no país, estando também alinhado à Agenda 2030 para o Desenvolvimento Sustentável da ONU. O apoio a esta proposta traz subsídios para o surgimento de novos grupos de pesquisa interinstitucionais e para produzir um conjunto de estudos inovadores orientados pela utilização inteligente de recursos brasileiros pouco explorados, passíveis de patenteamento e de publicação em periódicos de alto impacto.

A Economia Circular se apresenta como uma alternativa para redefinir a noção de crescimento com foco em uma visão sistêmica. Tal fato envolve dissociar ao máximo a atividade econômica do consumo de recursos finitos e reduzir/aproveitar de forma eficiente os resíduos gerados. Uma das estratégias que contribui para alcançar tais objetivos é o aproveitamento tecnológico de resíduos oriundos do processamento de vegetais, tais como sementes, palha, talos, cascas, entre outros, uma vez que estes apresentam uma composição química valiosa, rica em compostos bioativos, carboidratos, proteínas e ácidos graxos majoritariamente insaturados. Sob essas perspectivas esse projeto vem ao encontro desses desafios e visa valorizar as proteínas presentes nas sementes de mamão e tomate de forma inovadora, ao extrair, caracterizar e aplicar o extrato protéico como emulsificantes e gelificantes de alimentos plant-based; materiais estruturantes para bioimpressão 3D; carreadores de probióticos; e matrizes para o desenvolvimento de filmes biodegradáveis. O presente estudo apresenta característica multidisciplinar e se enquadra na lista de Tecnologias Habilitadoras e Tecnologias para Desenvolvimento Sustentável e Qualidade de Vida, prioritárias no país, estando também alinhado à Agenda 2030 para o Desenvolvimento Sustentável da ONU. O apoio a esta proposta traz subsídios para o surgimento de novos grupos de pesquisa interinstitucionais e para produzir um conjunto de estudos inovadores orientados pela utilização inteligente de recursos brasileiros pouco explorados, passíveis de patenteamento e de publicação em periódicos de alto impacto.

A qualidade de vida dos idosos pode ser comprometida devido à dificuldade para mastigação e deglutição, além da restrita mobilidade causada pela fragilidade óssea. Para melhorar a qualidade de vida da crescente população idosa, este projeto visa desenvolver biomateriais baseados em amidos (nativos e modificados), proteínas, ácido hialurônico e carragenanas para impressão 3D de forma a obter alimentos com texturas personalizadas e scaffolds para substituições ósseas em pacientes osteoporóticos.

A qualidade de vida dos idosos pode ser comprometida devido à dificuldade para mastigação e deglutição, além da restrita mobilidade causada pela fragilidade óssea. Para melhorar a qualidade de vida da crescente população idosa, este projeto visa desenvolver biomateriais baseados em amidos (nativos e modificados), proteínas, ácido hialurônico e carragenanas para impressão 3D de forma a obter alimentos com texturas personalizadas e scaffolds para substituições ósseas em pacientes osteoporóticos.

Projeto PRP/USP Edital PIPAE (2021.1.10424.1.9).

Esforços recentes no campo da Engenharia de Tecidos para criar andaimes (scaffolds) ósseos reabsorvíveis que imitam a estrutura e função do osso natural têm sido reportados. Para ser considerado um bom substituto ósseo o material precisa cumprir requisitos mínimos como: propriedades mecânicas similares às deste tecido, além de estimular as reações bioquímicas necessárias para osteointegração e osteocondução. Desta forma, compósitos formados por matrizes orgânicas contendo biominerais capazes de mimetizar os ossos estariam aptos a cumprir estes requisitos. O amido tem se apresentado como um candidato para a confecção de biomateriais e seu uso como material para impressão 3D já tem sido reportado. Entretanto, amidos nativos apresentam dificuldades de processamento, elevado intumescimento, caráter altamente hidrofílico, baixa resistência mecânica e instabilidade para aplicação a longo prazo. De forma a superar esses obstáculos, métodos de modificação de amido têm sido úteis para melhora de suas funcionalidades. Como exemplo, amidos modificados por ozonização e aquecimento a seco têm exibido melhoria de printabilidade. A elaboração via impressão 3D de scaffolds ósseos por esse polímero natural modificado é inovadora e deve unir a sua já conhecida biocompatibilidade e propriedades mecânicas com a bioatividade de biominerais. Dessa forma, a proposta deste projeto é modificar amidos por métodos considerados verdes (ozonização, aquecimento a seco e aquecimento úmido) e avaliar sua aplicação na elaboração de scaffolds ósseos. Serão avaliadas formulações a base de géis de amido modificados com nanoparticulas de hidroxiapatita substituídas por estrôncio, visto que a presença deste cátion tem sido associada a regulação dos processos de formação e reabsorção óssea. A produção proposta dos scaffolds ósseos será via impressão 3D por extrusão de forma a obter materiais com propriedades superiores e com a possibilidade de personalização que é uma interessante e diferencial característica para uso como biomaterial. As propriedades mecânicas dos scaffolds serão avaliadas em conjunto com suas propriedades de superfície, aliadas a culturas de osteoblastos e osteoclastos. As culturas de células osteogênicas na matriz 3D poderão auxiliar na previsão de suas propriedades regeneradoras tecidual in vivo. Por fim, essa presente proposta busca unir aspectos como formulações diferenciadas e processamento inovador (impressão 3D) para a obtenção de scaffolds ósseos com propriedades bioativas. Este estudo possibilitará futuramente expandir o uso do amido na produção de biomateriais personalizados e com propriedades únicas trazendo além de valor agregado a esta fonte, também um uso nobre por beneficiar a saúde humana.

O projeto visa modificar amidos por métodos considerados verdes (ozonização, aquecimento a seco e aquecimento úmido) e avaliar sua aplicação na elaboração de scaffolds ósseos.

As tendências de mercado apontam para o desenvolvimento de estratégias de biorrefinaria visando a valorização de resíduos agroindustriais. Neste contexto, destaca- se o babaçu (Orbignya speciosa), palmeira nativa brasileira que dá origem ao fruto conhecido como coco babaçu, rico em amido, fibras, proteínas e óleo de grande interesse comercial. No processo de extração do óleo da amêndoa de babaçu, é gerado um resíduo da prensagem denominado torta que apresenta alto teor de proteína (~19) e fibras (~50). Biomassas como torta de babaçu tem alto potencial para produção deembalagens sustentáveis em linha com a economia circular, pois corroboram com o conceito de design do berço ao berço. Além disso, essa biomassa também apresenta grande potencial de aplicação no mercado de carnes plant-based produzidas via impressão 3D que busca por proteínas alternativas com melhor disponibilidade, processabilidade, preço, aceitabilidade e nutrientes. Assim, este projeto tem como objetivo o aproveitamento sustentável da torta de babaçu dentro do contexto de biorrefinaria, de forma a investigar o potencial deste resíduo como fonte de proteínas para elaborar filmes proteicos; como agente de reforço e de compostos bioativos em filmes de amido; e como ingrediente para impressão 3D de carnes plant-based. A primeira etapa consistirá em avaliar métodos de extração de farinha proteica a partir da torta de babaçu. Em seguida, desenvolver diferentes formulações e condições de processamento de filmes a base das farinhas proteicas e caracterizá-los quanto suas propriedades físico-químicas, ópticas e ativas. Em uma terceira etapa, será avaliada a viabilidade de formação de géis a partir das farinhas proteicas para aplicação em impressão 3D como ingrediente de carne plant-based. Este projeto traz a oportunidade de proporcionar novas destinações a um subproduto nacional e a possibilidade de geração de produtos com maior valor agregado e que tragam benefícios ao meio ambiente e à saúde humana.

Este projeto foi realizado envolvendo os seuintes laboratórios: ONIRIS e INRA (França) onde foi realizado os experimentos com a impressora 3D, Laboratório Ge2p, Prof. Pedro Esteves Duarte Augusto, Universidade de São Paulo - USP) para estudo de efeito do tratamento do amido por ozônio e período sanduíche na Itália (Dipartimento di Ingegneria Industriale, Profa. Giovanna Ferrari, Università degli Studi di Salerno - UNISA) para estudo de efeito do tratamento do amido por PEF (pulsed eletric field).

Este projeto visou o aproveitamento do resíduo da extração do óleo de babaçu na elaboração de blendas com polipropileno, polímero sintético amplamente utilizado na indústria de embalagens. O uso de blendas de polímeros sintéticos com naturais é uma alternativa que facilita a produção, e pode representar um menor custo operacional, quando comparada ao desenvolvimento de novos processos de polimerização. Neste projeto propõe-se extrair o amido de babaçu a partir do resíduo industrial e caracterizar sua composição centesimal. Em seguida, avaliar o melhor método para a produção do amido termoplástico de babaçu (TPS) para produção de blendas através de extrusão com o polipropileno (PP) em diferentes proporções. Foram ajustados os parâmetros do processo e avaliados quatro diferentes agentes compatibilizantes, sendo um sintético (anidrido maleico) e os demais naturais (ácido cítrico, palmítico e esteárico). As blendas produzidas tiveram suas propriedades mecânicas,
térmicas, morfológicas (microscopia eletrônica de varredura e difração de raios X),
funcionais (absorção de umidade, barreira a gases, atividade antioxidante e
biodegradabilidade) e químicas (espectroscopia de infravermelho) determinadas. Esperase
obter ao final do projeto as melhores condições para se produzir blendas com
propriedades superiores a dos plásticos formados com os polímeros, amido ou
polipropileno, isolados. Buscou-se que além da biodegradabilidade, o amido termoplástico, possa trazer melhorias em outras propriedades do polipropileno, como menor permeabilidade a gases e propriedades bioativas que são interessantes em embalagens para alimentos por permitir a maior conservação dos mesmos.

Este trabalho teve como objetivo principal o aproveitamento dos resíduos agroindustriais provenientes da extração do pigmento de cúrcuma e do óleo de babaçu para elaboração de filmes biodegradáveis. Foram utilizados três diferentes métodos (moagem em meio ácido ? AS, em meio alcalino ? KS e em água ? WS) para isolamento do amido de babaçu e de cúrcuma. Os resíduos e amidos foram caracterizados em composição química, cor, distribuição do tamanho de partícula, difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura, poder de inchamento e solubilidade, espectroscopia de infravermelho, propriedades térmicas, teor de compostos fenólicos e atividade antioxidante. Os métodos AS e KS forneceram materiais com maior grau de pureza, porém menor teor de amilose. Filmes foram elaborados a partir dos amidos de cúrcuma e de babaçu, e também do mesocarpo de babaçu e tiveram suas propriedades mecânicas, funcionais e ativa determinadas. Filmes elaborados com os amidos de babaçu são mais resistentes e rígidos, menos elongáveis, solúveis e permeáveis ao vapor de água que com mesocarpo de babaçu. Filmes de amido de babaçu WS foram mais resistentes e rígidos, menos flexíveis, mais cristalinos, menos solúveis em água e hidrofílicos, com menor capacidade de absorção de água. Filmes de amido de babaçu AS apresentaram maior atividade antioxidante. O efeito de diferentes plastificantes (glicerol, sorbitol, ureia e glicose) nas propriedades dos filmes de amidos de babaçu também foi estudado. Notou-se que as propriedades finais dos filmes dependeu da interação entre os componentes na matriz: plastificante, amido e água. Para o babaçu também se realizou um estudo sobre os efeitos da concentração de sorbitol (Cs) e da temperatura de aquecimento (Ta) nas propriedades dos filmes através de um planejamento experimental 22 utilizando a metodologia de superfície de resposta e análise de multiresposta para avaliação dos resultados. As regiões sugeridas para se obter filmes com melhores propriedades foram: 26 a 30 g de sorbitol/100 g de amido acompanhado de temperatura de aquecimento de 78 a 80 °C. Para a cúrcuma, apesar do processo de isolamento do amido obter altos teores deste carboidrato (~80%), o material se apresenta bem compactado devido ao processamento industrial com presença de aquecimento. Assim, filmes elaborados com amidos de cúrcuma exigiram 4 h de aquecimento para o seu processamento. Filmes de amido de cúrcuma WS apresentaram maior flexibilidade, menor resistência e rigidez, maior solubilidade e molhabilidade e os filmes de amido de cúrcuma AS, maior atividade antioxidante. Foram elaboradas também blendas com os diferentes amidos de cúrcuma com fécula de mandioca em diferentes proporções (30:70, 50:50 e 70:30). As blendas possibilitaram a elaboração de materiais com menor tempo de preparo (1 h). A adição de fécula de mandioca nas blendas diminuiu a resistência mecânica e rigidez, mas aumentou a elongação, solubilidade e permeabilidade ao vapor de água enquanto que a adição de amido de cúrcuma proporcionou aumento da atividade antioxidante nestes materiais.

Este trabalho teve como objetivo desenvolver tratamentos (mecânicos/químicos) do resíduo de cúrcuma para torná-lo este com melhor capacidade filmogênica. Estes tratamentos permitiram melhor incorporação do material lignocelulósico à matriz do filme e liberação do amido, além de ter promovido oxidação do amido causando a formação de novos grupamentos (carboxílicos e carbonílicos), o que permitiu obter filmes com melhores propriedades que os elaborados com amido de cúrcuma.

Este trabalho teve como objetivo estudar o potencial do uso de farelo obtido do resíduo da extração do pigmento de cúrcuma (Cúrcuma longa L.) na elaboração de filmes biodegradáveis. Primeiramente, foi conduzido um estudo da extração de corante de cúrcuma por método Soxhlet para simular o processo industrial, dessa forma, utilizaram-se dois tipos de solventes, etanol: isopropanol (1:1) e metanol: acetona (1:1). A partir das tortas foi feito um processo de moagem e peneiragem na tentativa de isolar o amido presente, apesar de não ter obtido sucesso, este processo permitiu obter diferentes frações de farelo de cúrcuma. As frações foram divididas em 80 (F1), 200 (F2), 270 (F3), 400 (F4) mesh e fração centrifugada (F5). A caracterização das tortas de cúrcuma e das frações consistiu em análise da composição centesimal, MEV, difração de raios X e FTIR. A partir destas frações foram elaborados filmes pela metodologia casting. Os filmes foram caracterizados por MEV, difração de raios X, FTIR, análise antioxidante, propriedades mecânicas, solubilidade em água, umidade e permeabilidade ao vapor de água. Os filmes feitos a partir das frações (metanol:acetona) apresentaram melhores propriedades mecânicas e de barreira do que os feitos a partir da frações (etanol:isopropanol), porém industrialmente o solvente utilizado para a extração do pigmento é o etanol:isopropanol. Assim, o filme elaborado a partir da fração FE2 (200 mesh) (etanol:isopropanol) foi o escolhido para realizar o estudo de otimização do processo de elaboração destes filmes por ter as melhores propriedades mecânicas e de barreira do que os filmes feitos a partir das frações FE3 e FE5 . Para o estudo da otimização foi desenvolvido um planejamento experimental 22 com quatro pontos axiais e três pontos centrais para estudar o efeito da temperatura de aquecimento (Ta) e do pH da solução filmogênica sobre as propriedades mecânicas, umidade, solubilidade e permeabilidade ao vapor de água dos filmes plastificados com glicerol (22 g de glicerol/100 g da fração) e sorbitol (30 g de sorbitol/100 g da fração). Os resultados foram avaliados utilizando a metodologia de superfície de resposta e análise de multi-resposta. As condições ótimas obtidas para obter filmes com melhores propriedades mecânicas e funcionais foram: T=84,7ºC e pH 8,3, para filmes com glicerol e T=87,6ºC e pH 8,5 para filmes com sorbitol. Os filmes com glicerol quando comparados com o sorbitol, apresentaram menor índice de cristalinidade, menor teor de curcuminóides pela análise por HPLC e DPPH. Os filmes de farelo de cúrcuma com sorbitol foram mais resistentes, pouco elongáveis e menos permeáveis ao vapor de água do que filmes elaborados com glicerol.