Desenvolvimento e caracterização de um compósito a base de bentonita e acetato de geranila com propriedade antimicrobiana e capacidade de adsorção da Aflatoxina B1

Abstract

As commodities agrícolas são a base para a alimentação animal e a qualidade destas é uma preocupação que permeia desde o campo até sua entrega final como um produto. O ataque fúngico e a incidência de micotoxinas nas mais diversas matrizes agrícolas chamam atenção devido aos inconvenientes que estas causam tanto em animais quanto em seres humanos e o desenvolvimento de metodologias que visem mitigar os efeitos negativos da contaminação fúngica e das micotoxinas produzidas por fungos é um desafio para a academia e indústria. Dentre as micotoxinas, a Aflatoxina B1 (AFB1) é considerada a micotoxina mais tóxica e com maior potencial de contaminação da ração animal. Diversas técnicas têm sido empregadas a fim de reduzir a concentração desses contaminantes, a níveis aceitáveis por legislação, sendo a adsorção amplamente utilizada. Dentre os materiais adsorventes a bentonita é um dos mais utilizados no segmento de ração animal, apresentando potencial capacidade de adsorção de diversas micotoxinas, além da possibilidade de ativação e incorporação de compostos capazes de agregar outras funcionalidades, a exemplo da atividade antimicrobiana. O octadecilamônio é um sal de amônio quaternário utilizado para aumentar o espaço lamelar da bentonita, a fim de potencializar sua capacidade adsortiva. Já o acetato de geranila é um éster oriundo do geraniol, o qual apresenta propriedade antimicrobiana, estabilidade térmica e atoxicidade, o que o torna interessante para inserção na bentonita organofílica. Neste contexto, o objetivo desta tese parte da hipótese de que é possível obter um compósito antibacteriano, antifúngico e capaz de adsorver Aflatoxina B1, através da ativação da bentonita com octadecilamônio e posterior incorporação do acetato de geranila. Análises químicas e térmicas foram conduzidas a fim de caracterizar o material desenvolvido. A atividade antibacteriana dos compósitos foi avaliada pela técnica de difusão em meio sólido para as bactérias Staphylococcus aureus, Escherichia coli e Salmonella typhimurium, enquanto a atividade antifúngica foi atestada contra os fungos Aspergillus flavus e Aspergillus niger. A capacidade de adsorção da Aflatoxina B1 em diferentes pHs foi avaliada por meio da cinética de adsorção e a determinação da toxicidade foi realizada em camundongos por meio de testes in vivo. Os resultados antibacterianos e antifúngicos mostraram que o compósito desenvolvido possui efetiva atividade principalmente contra bactérias Gram-positivas e fungos produtores de Aflatoxina B1 e que esta atividade se deve a presença no acetato de geranila, que foi confirmada pelas análises de FTIR, DRX e TGA, as quais mostraram que de fato o éster foi incorporado à bentonita organofílica. Através de ensaios de adsorção verificou-se uma redução superior a 90% na concentração de Aflatoxina B1 em apenas 45 min atendendo o limite máximo estabelecido por legislação e, que após a incorporação do acetato de geranila, houve uma pequena redução na capacidade adsorvente, o que foi validado pela análise de BET/BJH, as quais mostram uma redução na área superficial e volume de poros. Os ensaios in vivo realizados em camundongos mostraram que o compósito desenvolvido é atóxico em doses inferiores a 2000 mg·kg-1, sendo classificado como um material de baixa toxicidade. A liberação do acetato de geranila em diferentes pHs e temperatura de 41 ºC também foi estudada, não sendo verificada a liberação de quantidades superiores a 0,03 mg·mL-1 em um período de 75 h, o que possivelmente indica que a atividade antimicrobiana será mantida, por no mínimo, esse período. Com base nos resultados apresentados, conclui-se que o compósito desenvolvido é promissor para aplicação em nutracêuticos e rações destinados à alimentação animal, atuando concomitantemente como material antimicrobiano e adsorvente de Aflatoxina B1.

Abstract: Agricultural commodities are the basis for animal feed and their quality is a concern that permeates from the field to their final delivery as a product. The fungal attack and the incidence of mycotoxins in the most diverse agricultural matrices draw attention due to the inconveniences they cause both in animals and in human beings and the development of methodologies that aim to mitigate the negative effects of fungal contamination and mycotoxins produced by fungi is a challenge for academia and industry. Aflatoxin B1 (AFB1) is considered the most toxic mycotoxin with the greatest potential for contamination of animal feed. Several techniques have been used in order to reduce the concentration of mycotoxins, to levels acceptable by legislation, with adsorption being widely used. Among the adsorbent materials, bentonite is one of the most used in the animal feed segment, presenting potential mycotoxin adsorption capacity, in addition to the possibility of activation and incorporation of compounds capable of adding other functionalities, such as antimicrobial activity. Octadecylammonium is a quaternary ammonium salt used to increase the lamellar space in order to enhance the adsorptive capacity of this clay mineral. Geranyl acetate is an ester derived from geraniol, which has excellent antimicrobial properties, thermal stability and non-toxicity, which makes it interesting for insertion into organophilic bentonite. In this context, the objective of this thesis starts from the hypothesis that it is possible to obtain an antibacterial, antifungal and adsorbent composite of Aflatoxin B1, through the activation of bentonite with octadecylammonium and subsequent incorporation of geranyl acetate. Chemical and thermal analyzes were carried out in order to characterize the material developed. The antibacterial activity of the composites was evaluated by the diffusion in solid medium technique for the bacteria Staphylococcus aureus, Escherichia coli and Salmonella typhimurium, while the antifungal activity was attested against the fungi Aspergillus flavus and Aspergillus niger. The adsorption capacity of Aflatoxin B1 in different pH was evaluated through adsorption kinetics and the determination of toxicity was performed in mice through in vivo tests. The antibacterial and antifungal results showed that the developed composite has effective activity mainly against Gram-positive bacteria and fungi producing Aflatoxin B1 and that this activity is due to the presence in geranyl acetate, which was confirmed by FTIR, XRD and TGA analyses, which showed the ester was incorporated into the organophilic bentonite. Through adsorption tests, there was a reduction of more than 90% in the concentration of Aflatoxin B1 in just 45 min, meeting the maximum limit established by legislation and, after the incorporation of geranyl acetate, there was a small reduction in the adsorbent capacity, which was validated by the BET/BJH analysis, which show a reduction in surface area and pore volume. The in vivo assays carried out in mice showed that the composite developed is non-toxic at doses below 2000 mg·kg-1, being classified as a material of low toxicity. The release of geranyl acetate in different pH was also studied, with no release of amounts greater than 0.03 mg·mL-1 at both evaluated pH of 3.5 and 6.5, in a period of 75 h, which possibly indicates that the antimicrobial activity will be maintained for at least this period. Based on the results presented, it is concluded that the composite developed is promising for application in nutraceuticals and animal feed, acting simultaneously as an antimicrobial material and adsorbent of Aflatoxin B1.