Desenvolvimento e avaliação de embalagens ativas antimicrobianas a base de metil celulose e polpa de açaí

Abstract

Os biopolímeros têm atraído grande interesse na área de embalagens em virtude de sua biodegradabilidade, grande disponibilidade na natureza, baixo custo e facilidade de processamento. Estas características permitem a sua aplicação no desenvolvimento de novos filmes biodegradáveis e comestíveis. Este trabalho foi dividido em duas partes. A primeira parte objetivou o estudo e otimização das condições de sonicação (potência, tempo e a presença de um agente dispersante) de nanopartículas de óxido de zinco (nanoZnO), bem como a avaliação da sua atividade antimicrobiana em diferentes concentrações (1 %, 5 % e 10 % m/m). Além disso, objetivou desenvolver filmes nanocompósitos de metil celulose (MC) incorporados com pediocina e nanoZnO, e avaliar suas propriedades antimicrobianas e físico-mecânicas, utilizando a metodologia de superfície de resposta (MSR) com o delineamento composto central (DCC). Os resultados indicaram que a presença do agente dispersante teve efeito significativo sobre o tamanho das nanoZnO, e a condição ótima de dispersão foi alcançada utilizando-se 200 W de potência durante 45 minutos de sonicação. Nas condições testadas, a dispersão de nanoZnO apresentou atividade antimicrobiana contra Escherichia coli, Salmonella Choleraesuis, Staphylococcus aureus, Saccharomyces cerevisiae e Aspergillus niger. Quanto aos nanocompósitos desenvolvidos, observou-se que a incorporação de nanoZnO e pediocina afetou as propriedades de cristalinidade, deformação na ruptura, cor, superfície e estabilidade térmica dos filmes. Os filmes nanocompósitos apresentaram atividade antimicrobiana contra Staphylococcus aureus e Listeria monocytogenes. O alongamento na ruptura e os parâmetros colorimétricos L*, b*, opacidade, índice de amarelamento e índice de branco dos filmes foram escolhidos para otimização simultânea pela função de desejabilidade. A otimização foi realizada a fim de se obter filmes com boas propriedades mecânicas e colorimétricas, e o melhor resultado foi alcançado incorporando-se 20 % (m/m) de nanoZnO e 15 % (m/m) de pediocina. A segunda parte deste trabalho objetivou desenvolver e avaliar filmes comestíveis de açaí incorporados com polifenóis obtidos de casca de maçã (ASP) e óleo essencial de tomilho (TEO), bem como a sua combinação, para conservação de alimentos. As concentrações ótimas destes antimicrobianos nos filmes de açaí foram determinadas utilizando-se a MSR com DCC. A incorporação de ASP e TEO resultou em interação contra L. monocytogenes. A adição de ASP melhorou as propriedades mecânicas. Entretanto, a incorporação do TEO diminuiu a resistência mecânica do filme. Os antimicrobianos não influenciaram a permeabilidade ao vapor de água dos filmes. Os filmes de açaí apresentaram tendência à luminosidade e ao vermelho. A incorporação de ASP resultou na melhoria da estabilidade térmica dos filmes. A presença de agregados foi observada na superfície de todos os filmes comestíveis de açaí. A atividade antimicrobiana, módulo de elasticidade e os parâmetros colorimétricos L*, a* e b* foram utilizados como critérios de avaliação na função de desejabilidade, usada para a análise de otimização multiresposta. De acordo com o perfil de desejabilidade, os filmes de açaí com as características desejadas foram obtidos incorporando-se 6,07 % (m/m) de ASP e 3,1 % (m/m) de TEO.

Biopolymers have attracted the interest for the development of new packaging because of their biodegradability, wide availability in nature, low cost and easy of processing. These characteristics allow the use of biopolymers to elaborate biodegradable edible films. This study was divided into two parts. The first part aimed to study and optimize the sonication conditions of ZnO nanoparticles (nanoZnO), including power, time and the presence of a dispersing agent, as well as to evaluate the antimicrobial activity of NanoZnO at different concentrations (1 %, 5 % and 10 % w/w). Furthermore, this work aimed to develop nanocomposite films of methyl cellulose (MC) incorporated with pediocin and nanoZnO. Antimicrobial and physical-mechanical properties were evaluated using response surface methodology (RSM) with central composite design (CCD). The results indicated that the presence of dispersant had a significant effect on nanoZnO size and the optimal dispersion condition was achieved by sonication at 200 W for 45 min. NanoZnO dispersion had antimicrobial activity against Escherichia coli, Salmonella Choleraesuis, Staphylococcus aureus, Saccharomyces cerevisiae and Aspergillus niger. Moreoer, the incorporation of nanoZnO and pediocin affected the crystallinity, elongation at break, color, thermal stability and surface of MC nanocomposite films. Nanocomposite films exhibited antimicrobial activity against S. aureus and Listeria monocytogenes. Elongation at break and the colorimetric parameters L*, b*, opacity, yellowness and whiteness index of developed films were selected to perform the optimization by desirability function. The optimization was performed to obtain films with good mechanical and colorimetric properties. The optimization showed that films with desired characteristics can be obtained by incorporating 20 % (w/w) nanoZnO and 15 % (w/w) pediocin. The second part of this study aimed to develop and evaluate açaí edible films incorporated with apple skin polyphenol (ASP) and thyme essential oil (TEO), as well as their combination for food preservation. The optimal concentrations of these antimicrobials in açaí films were determined using RSM with CCD. The incorporation of ASP and TEO resulted in interaction against L. monocytogenes. Addition of ASP resulted in improved mechanical properties, while the incorporation of TEO decreased the mechanical strength of films. Antimicrobials had no influence on water vapor permeability of films. Açaí films tended to lightness and redness. Incorporation of ASP resulted in improved thermal stability of films. The presence of aggregates was observed on the surface of all açaí edible films. Antimicrobial activity, elastic modulus and colorimetric parameters L*, a* and b* were used in the evaluation criteria of desirability function, used for the multi-response optimization analysis. According to the desirability profile, açaí film with desired characteristics is obtained by incorporating 6.07 % (w/w) ASP and 3.1 % (w/w) TEO.