Desenvolvimento de nanopartículas biopoliméricas de alginato e quitosana carregadas com óleos essenciais de alecrim e lavanda

Abstract

Os óleos essenciais são compostos bioativos que possuem grande importância para a indústria devido às suas atividades biológicas. O óleo essencial de alecrim (OEA) apresenta propriedades antioxidantes e cicatrizantes enquanto o óleo essencial de lavanda (OEL) é conhecido por suas propriedades calmantes e relaxantes, além do uso para queimaduras e cicatrização de feridas. No entanto, muitos de seus componentes apresentam alta volatilidade e instabilidade química. Assim, o encapsulamento é uma estratégia desejável para protegê-los e melhorar sua eficácia. A gelificação iônica tem se destacado por ser uma abordagem baseada na interação entre cargas opostas de um polímero e contra-íons de um agente de reticulação. Neste estudo, nanopartículas de alginato (ALG) foram preparadas usando cloreto de cálcio como agente de reticulação para encapsular OEA e OEL. Para melhorar a barreira de proteção das nanopartículas, quitosana (CS) foi adicionada como uma segunda camada, formando um complexo polieletrolítico, e os sistemas foram comparados. Foram obtidas nanopartículas na faixa de 130 a 220 nm com distribuição de tamanho homogênea (PDI < 0,35). As dispersões de nanopartículas contendo ALG/CS alcançaram uma eficiência de encapsulamento de 82-85%, enquanto as dispersões contendo apenas ALG apresentaram uma eficiência de encapsulamento de 78-80% para ambos os óleos essenciais. Dessa forma, a quitosana contribuiu para melhor resistência do material de parede. Análises de FTIR e DSC confirmaram a encapsulação dos óleos essenciais nas nanopartículas biopoliméricas. As micrografias obtidas por TEM revelaram que a maioria das nanopartículas tem formato irregular e aparecem em estado agregado, um fenômeno comum em sistemas com biopolímeros. A estabilidade das nanopartículas avaliada por LUMiSizer sugere que as nanopartículas produzidas têm ótima estabilidade, com um tempo de vida de prateleira de pelo menos 90 dias e baixo índice de separação de fases. Assim, considerando as propriedades dos óleos essenciais encapsulados e as características das nanopartículas desenvolvidas, os sistemas carreadores desenvolvidos e avaliados neste estudo apresentam um alto potencial para aplicação nos setores têxtil, cosmético e alimentício.

Abstract: Essential oils are bioactive compounds that are of great importance to the industry, especially in the food, textile, and cosmetic areas, due to their biological activities. For example, rosemary essential oil (REO) has antioxidant, stimulating, and healing properties, while lavender essential oil (LEO) is known for its calming and relaxing properties, as well as its use for burns and wound healing. However, many of their components have high volatility and chemical instability. Therefore, encapsulation is a desirable strategy to protect them and improve their effectiveness. Ionic gelation has stood out as an approach based on the interaction between opposite charges of a polymer and counterions of a crosslinking agent. In this study, alginate (ALG) nanoparticles were prepared using calcium chloride as a crosslinking agent to encapsulate REO and LEO. To improve encapsulation efficiency, chitosan (CS) was added as a second layer, forming a polyelectrolyte complex, and the systems were compared. Nanoparticles ranging from 130 to 220 nm with a homogeneous size distribution (PDI < 0.35) were obtained. The ALG/CS carrier systems showed higher encapsulation efficiency (82-85%) compared to systems containing only ALG (78-80%) for both essential oils. Thus, chitosan contributed to better wall material resistance. FTIR and DSC analyses confirmed the encapsulation of essential oils in biopolymeric nanoparticles. TEM micrographs revealed that most nanoparticles have an irregular shape and appear in an aggregated state, a common phenomenon in systems with biopolymers. The stability of the nanoparticles evaluated by LUMiSizer suggests that the produced nanoparticles have excellent stability, with a shelf life of at least 90 days and a low phase separation index. Therefore, considering the properties of encapsulated essential oils and the characteristics of the developed nanoparticles, the carrier systems developed and evaluated in this study have great potential for application in the textile, cosmetic, and food sectors.