Embalagens biodegradáveis de poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato)/nanopartículas de argila/óleos essenciais para aplicação como filmes antimicrobianos em alimentos

Abstract

Embalagens ativas são materiais associados a produtos alimentícios que permitem interação entre o material da embalagem e o meio de acondicionamento de alimentos, entregando alguma propriedade funcional ao produto, como a inibição do crescimento microbiano em alimentos, permitindo aumento do seu tempo de prateleira. O objetivo deste trabalho foi produzir filmes de poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) (PHBV) para aplicação como embalagens ativas, através da incorporação de aditivos específicos que possam agregar atividade antimicrobiana aos filmes, como óleos essenciais (OE) e, além disso, incorporar nanopartículas de argila para melhorar as propriedades físico químicas e de barreira da matriz polimérica. As nanopartículas usadas foram haloisita, caulinita e sepiolita. Os filmes de PHBV foram produzidos por processamento no estado fundido e moldagem por compressão. Ensaios qualitativos de infravermelho e microscopia comprovaram a incorporação dos aditivos à matriz polimérica. A microscopia eletrônica de varredura (MEV) permitiu identificar a homogeneidade na dispersão da sepiolita frente às demais cargas. Esse efeito influenciou diretamente as propriedades térmicas e mecânicas dos materiais, aumentando o módulo de armazenamento (E'). Ensaios de permeabilidade também foram realizados, indicando que a combinação polímero/nanopartícula reduz em 70 % ou mais a permeabilidade do oxigênio nos compósitos. A nanopartícula com melhor desempenho, quando combinado ao óleo essencial de orégano, foi a sepiolita. Posteriormente à avaliação da carga inorgânica, foram usados diferentes óleos essenciais com princípios ativos distintos óleo essencial de orégano, óleo essencial de alecrim e óleo essencial de manjericão. Os óleos foram caracterizados usando cromatografia gasosa acoplada ao espectro de massas (CG MS), permitindo identificar o componente químico majoritário em cada um e, consequentemente, o coeficiente de partição de cada óleo no meio de liberação proposto. O processo de liberação de compostos ativos foi monitorado por ensaios em ácido acético 3% v/v, simulando o ambiente de alimentos lácteos segundo Regulamento da Comissão (UE) nº 10/2011. O ambiente proposto visa à aplicação dos filmes como embalagens para queijos, uma vez que as características sensoriais dos óleos usados podem ser associadas a tais alimentos salgados. O tipo de OE, a presença da argila e o meio simulador utilizado interferiu na liberação do ativo nos filmes. Os materiais foram testados em termos de sua atividade antimicrobiana contra duas bactérias de importância em alimentos: Staphylococcus aureus (S. aureus) e Escherichia coli (E. coli). Os resultados favorecem a aplicação dos filmes como agentes antimicrobianos, apresentando inibição de 99,9% na contagem microbiológica nos filmes contendo óleo de orégano, óleo de orégano e sepiolita e óleo de manjericão. Nos filmes contendo óleo de alecrim, a redução foi de apenas 6,3% frente a E. Coli. Ensaios in situ foram propostos, a fim de confirmar a aplicação como embalagem ativa em queijo muçarela. Os filmes de PHBV/óleo de oregano/sepiolita ficaram em contato com o queijo por 30 dias em presença de uma suspensão inicial de E. Coli e Listeria monocytogenes (L. monocytogenes). A contagem microbiológica foi menor em relação ao filme plástico usado como controle, demonstrando o potencial dos filmes de PHBV/óleo de orégano/sepiolita como materiais para aumentar o tempo de vida de prateleira de queijos.

Abstract: Active packaging are materials associated with food products that allow interaction between the packaging material and the food packaging medium, delivering some functional property to the product, such as inhibition of microbial growth in food, allowing an increase in its shelf life. The objective of this work was to produce poly(hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) (PHBV) films for application as active packaging, through the incorporation of specific additives that can add antimicrobial activity to the films such as essential oils (EO) in addition to incorporate clay nanoparticles to improve the physical chemical and barrier properties of the polymeric matrix. The nanoparticles used were halloysite, kaolinite and sepiolite. PHBV films were produced by melt processing and compression molding. Qualitative infrared and microscopy tests confirmed the incorporation of additives to the polymeric matrix. Scanning electron microscopy (SEM) allowed identifying the homogeneity in the sepiolite dispersion compared to the other fillers. This effect directly influenced the thermal and mechanical properties of the materials, increasing the storage modulus (E'). Permeability tests were also performed, indicating that the polymer/nanoparticle combination reduces the oxygen permeability of the composites by 70% or more. The nanoparticle with the best performance, when combined with oregano essential oil, was sepiolite. After evaluating the inorganic nanoparticle, different essential oils with different active principles were used: oregano essential oil, rosemary essential oil and basil essential oil. The oils were characterized using gas chromatography coupled to mass spectrum (GC MS), allowing to identify the major chemical component in each one and, consequently, the partition coefficient of each oil in the proposed release medium. The process of release of the active compounds was monitored by tests in acetic acid 3% v/v, simulating the environment of dairy foods according to Commission Regulation (EU) No. 10/2011. The proposed environment aims at the application of films as packaging for cheeses, since the sensory characteristics of used oils can be associated with such salty foods. The type of EO, the presence of clay, and the simulating medium used interfered with the release of the active in the films. The materials were tested by their antimicrobial activity against two important food bacteria: Staphylococcus aureus (S. aureus) and Escherichia coli (E. coli). The results favor the application of the films as antimicrobial agents, showing a 99.9% inhibition in the microbiological count in the films containing oregano oil, oregano oil and sepiolite and basil oil. In films containing rosemary oil, the reduction was only 6.3% against E. Coli. In situ tests were proposed in order to confirm the application as active packaging in mozzarella cheese. The PHBV/oregano oil/sepiolite films were in contact with the cheese for 30 days in the presence of an initial suspension of E. Coli and Listeria monocytogenes (L. monocytogenes). The microbiological count was lower in relation to the plastic film used as a control, demonstrating the potential of PHBV/oregano oil/sepiolite films as materials to increase the shelf life of cheeses.