Impregnação de óleo essencial de cravo da índia (Eugenia caryophyllus) em filmes de polietileno linear de baixa densidade utilizando dióxido de carbono em altas pressões

Abstract

Embalagens ativas para alimentos contribuem para a conservação dos alimentos, além de proporcionarem uma barreira inerte às condições externas, prolongando a vida de prateleira e a qualidade dos produtos embalados. A impregnação assistida por dióxido de carbono (CO2) em altas pressões é uma tecnologia inovadora para incorporar agentes ativos em materiais poliméricos. Sua principal vantagem é a operação em temperaturas baixas, permitindo o processamento de compostos termossensíveis. Agentes ativos naturais, como os óleos essenciais, apresentam reconhecida atividade antimicrobiana e antioxidante, além de serem classificados como compostos de baixo risco à saúde. Desta forma, o óleo essencial de cravo da Índia (OEC) (Eugenia caryophyllus), um agente ativo multicomponente naturalmente rico em eugenol, foi incorporado em filmes de polietileno linear de baixa densidade (PELBD) por meio da impregnação assistida por CO2 em alta pressão. Os parâmetros operacionais de temperatura, pressão, fração mássica OEC:CO2, tempo e taxa de despressurização foram avaliados em uma célula de alta pressão com volume variável. A impregnação do OEC em filmes de PELBD foi mais eficiente com o aumento da fração mássica OEC:CO2 e da temperatura, mas com a redução da pressão e da taxa de despressurização. A quantidade máxima de OEC foi impregnada em 2 horas de processamento. Os filmes processados com CO2 puro em alta pressão mantiveram suas propriedades térmicas e mecânicas. A incorporação do OEC aumentou a mobilidade das cadeias poliméricas, reduzindo a resistência à tração dos filmes. Filmes impregnados na máxima taxa de despressurização foram mais suscetíveis às variações na topografia da superfície e na morfologia. A migração do OEC em fluidos simuladores de alimentos aquosos e oleosos foi governada pela transferência de massa por difusão. O coeficiente de difusão efetivo do OEC no PELBD variou de 5,4 x 10-13 a 1,0 x 10-12 m2 s-1. Os parâmetros operacionais podem ser ajustados para aumentar a incorporação do OEC, mas apresentam efeito desprezível na difusividade do OEC no PELBD e nas propriedades termomecânicas dos filmes. A impregnação assistida por CO2-SC é uma tecnologia alternativa e inovadora para os processos convencionais de incorporação de compostos ativos em matrizes poliméricas. Os filmes de PELBD impregnados com OEC apresentam potencial aplicação para embalagens ativas para alimentos.

Abstract : Active food packaging contributes to food preservation, besides providing an inert barrier to external conditions, extending shelf life and quality of packaged products. High-pressure carbon dioxide (CO2) impregnation is an innovative technology to incorporate active agents in polymer materials. Its major advantage rely on the operation under low temperature, which allows the processing of thermosensitive compounds. Natural active agents, as the essential oils, are compounds with recognized antimicrobial and antioxidant activities, besides being categorized as compounds of low healthy risk. In this regard, clove essential oil (CEO) (Eugenia caryophyllus), a multicomponent active agent naturally rich in eugenol, was incorporated in linear low density polyethylene (LLDPE) films by means of high-pressure CO2 impregnation. The operational parameters of temperature, pressure, CEO:CO2 mass ratio, time and depressurization rate were screened in a variable-volume high-pressure cell. The CEO impregnation in LLDPE films was more efficient with increasing CEO:CO2 mass ratio and temperature while reducing pressure and depressurization rate. The highest amount of CEO was impregnated at 2 hours of processing. Sample processed with pure CO2 under high-pressure maintained the thermal and mechanical properties of films. The CEO incorporation increased the polymer chain mobility, reducing the tensile strength of films. Films impregnated at the maximum depressurization rate were more susceptible to variations in surface topography and morphology. The CEO migration in aqueous and fatty food simulants was governed by diffusive mass transfer. The effective diffusion coefficient of CEO in LLDPE ranged from 5.4 x 10-13 to 1.0 x 10-12 m2 s-1. Operational parameters can be adjusted to enhance CEO incorporation, presenting negligible effect over CEO diffusivity in LLDPE and thermomechanical properties of films. The SC-CO2 impregnation is an alternative and innovative technology to the traditional process of incorporating active compounds in polymer matrices. The CEO-impregnated LLDPE films have a potential application as active food packaging.