Modificação de nanopartículas do grupo caulim com óleos essenciais e aplicação em embalagens ativas à base de poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato)

Abstract

As embalagens ativas, que visam estender a vida útil de produtos, normalmente são produzidas a partir da incorporação direta de aditivos na matriz polimérica. No entanto, para os óleos essenciais (OE) essa incorporação pode ocasionar perda por volatilização durante o processamento e rápida liberação durante a aplicação, o que resulta na diminuição do tempo de inibição de crescimento microbiano. Em vista disso, este trabalho consistiu em modificar nanopartículas de argila com óleo essencial de orégano (OEO) e de manjericão (OEM) e incorporá-las na matriz polimérica de poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) (PHBV), com a finalidade de obter uma embalagem com propriedades antimicrobianas. Inicialmente, as superfícies de haloisita (Hal) e caulinita (Kaol) foram modificadas com OEO e OEM por diferentes metodologias e foram caracterizadas por análise termogravimétrica, com a finalidade de se obter os percentuais de incorporação do OE. Os melhores resultados foram observados quando as nanopartículas de argilas foram modificadas por ultrassom seguido de aplicação de vácuo em uma proporção de argila:OE de 1:10. A argila Hal modificada com OEO foi a que obteve melhor resultado na incorporação (44% em massa de OE) e proporcionou uma evaporação lenta do OEO, sendo selecionada para incorporação na matriz polimérica. Todos os nanocompósitos produzidos apresentaram uma diminuição na estabilidade térmica do polímero e não proporcionaram uma mudança significativa no grau de cristalinidade quando comparado ao filme de PHBV. Também foi observado que o nanocompósito produzido com argila modificada e com acréscimo de OEO livre apresentou uma boa propriedade de barreira ao oxigênio quando comparado ao filme de PHBV puro e outros nanocompósitos produzidos. Além disso, a modificação prévia da argila viabilizou uma liberação lenta e controlada do OEO, resultando em uma atividade antimicrobiana contra E. coli próxima a concentração inibitória mínima e uma boa atividade antioxidante (30%) após 48 h de liberação do OEO em meio de ácido acético. Em vista disso, a modificação prévia da argila com OE se mostrou promissora para aplicação em embalagens ativas.

Abstract: Active packaging aims to extend the shelf life of products and are normally produced from the direct incorporation of additives into the polymer matrix. However, for essential oils (EO), this incorporation may cause loss by volatilization during processing and rapid release during the application, which results in a reduction in the time of inhibition of microbial growth. This work consisted of modifying nanoclays with oregano (OEO) and basil (OEM) essential oils and incorporating them into a polymer matrix of poly(hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) (PHBV), in order to obtain an active package with antimicrobial properties. Initially, the surfaces of halloysite (Hal) and kaolinite (Kaol) were modified with OEO and OEM by different methodologies and were characterized by thermogravimetric analysis, in order to obtain the percentages of incorporation of the EO. The best results were observed with the clay nanoparticles which were modified by the application of ultrasound followed by vacuum in a ratio of 1:10 (nanoclay:EO). The Hal modified with OEO was the one that obtained the best result in the incorporation (44 w% of EO) and provided a slow evaporation of the OEO, being selected for incorporation in the polymeric matrix. All nanocomposites produced showed a decrease in the thermal stability of the polymer and did not present a significant change in the degree of crystallinity when compared to the PHBV film. It was also observed that the nanocomposite produced with modified clay and the addition of OEO presented a good oxygen barrier property when compared to the pure PHBV film and other nanocomposites. Thus, the previous modification of the clay enabled a slow and controlled release of OEO, resulting in an antimicrobial activity against E. coli near to the minimum inhibitory concentration and a good antioxidant activity (30%) after 48 h of OEO release in acetic acid medium. In view of these facts, the previous modification of clay with EO proved to be promising for application in active packaging.