Pesquisa
Filme a partir da blenda de amido e mucilagem de Plantago ovata incorporado com óleo essencial de Origanum vulgare e (-) -α-pineno
Mestrado em Biotecnologia Aplicada à Agricultura
Autor: Suelen Sorato Mendes
Orientador: Suelen Pereira Ruiz Herrig
Defendido em: 27/04/2023
Resumo
Filmes a partir de fontes naturais, como os biopolímeros, são de interesse para aplicação como embalagens de alimentos em substituição ao plástico, devido a necessidade de novos materiais biodegradáveis e biodisponíveis. Esses filmes podem ser incorporados de agentes ativos, como os óleos essenciais (OE) para aprimorar sua proteção aos produtos, sendo de importância também sua caracterização física e química para aplicações industriais. Os OE podem ser usados como alternativa aos aditivos sintéticos e sua aplicação pode ainda ser otimizada, através do uso combinado desses compostos, que quando em sinergia, potencializam o efeito antibacteriano e reduzem as quantidades utilizadas de ativos nesta dissertação. Foram elaborados dois capítulos. O capítulo I teve como objetivo avaliar a atividade antibacteriana e potencial sinérgico do OE de Origanum vulgare (OEO) e a substância (-)-α-pineno em bactérias patogênicas contaminantes de alimentos. O capítulo II teve o objetivo de desenvolver filmes biodegradáveis a partir da blenda de mucilagem de psyllium e amido de milho com incorporação combinada de OEO e (-)-α-pineno, avaliando as características reológicas, físicas, ópticas e mecânicas. A composição química do EOE foi determinada por cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massa (CG-EM). A avaliação antibacteriana da concentração inibitória mínima (CIM) e a concentração bactericida mínima (CBM) foram realizadas pela técnica de microdiluição em caldo, frente a três espécies de bactérias Gram-positivas e duas Gram-negativas. A influência da concentração e do tempo de exposição das substâncias OEO e (-) -α-pineno foram avaliadas pelo método de curva de morte (Time kill curve) frente à Staphylococcus aureus. O sinergismo entre os compostos OEO e (-) -α-pineno foi avaliado através da técnica de checkerboard. Obteve-se carvacrol, timol e p-cimeno como compostos majoritários. A atividade antibacteriana indicou que o OEO possui maior atividade, com CIM de 0,12 mg/mL para a S. aureus, 0,10 mg/mL para a Bacillus cereus e 0,16 mg/mL para a Escherichia coli. A influência da concentração e do tempo de exposição das substâncias OEO e (-)-α-pineno indicaram dependência da concentração e do tempo para essas substâncias. Obteve-se efeito sinérgico para S. aureus e aditivo para E. coli. Os filmes foram elaborados com amido de milho e mucilagem de psyllium, com adição de 1x e 2x (em relação a CIM do efeito sinérgico) de OEO e (-)-α-pineno. A reologia das soluções filmogênicas foi testada por meio de ensaios rotacionais e oscilatórios em reômetro. Os filmes foram testados em relação às suas propriedades físicas de espessura, teor de cinzas, solubilidade à água e teor de umidade. A opacidade do filme foi avaliada em espectrofotômetro e a cor por colorímetro. As propriedades mecânicas foram avaliadas em texturômetro e o teste qualitativo de biodegradabilidade foi conduzido em contato com o solo. Os testes reológicos demonstraram que o comportamento das soluções é de caráter não-newtoniano pseudoplástico temporal, que sofre alteração da sua classificação viscoplástica para viscoelástica com a adição de OEO e (-) -α-pineno. Observou-se que, exceto a solubilidade à água, as demais propriedades não sofreram alteração significativa com o incremento de OEO e (-) -α-pineno. A opacidade foi afetada pela adição das substâncias, assim como a cor que sofre alteração desse mesmo fator e da própria cor da mucilagem de psyllium utilizada na formulação. As propriedades mecânicas indicam que a adição dos compostos na matriz polimérica provoca queda na resistência a tração. Em relação à biodegradabilidade dos filmes, a partir do quarto dia já foi possível visualizar sinais de degradação. Essa pesquisa pode contribuir para o desenvolvimento de alternativas naturais e seguras para a conservação de alimentos, além de possibilitar a redução do uso de antimicrobianos sintéticos na indústria alimentícia. Os resultados demonstraram que os filmes desenvolvidos podem ser promissores para futuras aplicações tecnológicas, e que precisam de otimização, em especial, relacionado às suas propriedades mecânicas.
Palavras-chave
Polissacarídeos. Antibacteriano. Sinergismo. Psyllium. Biodegradabilidade. Orégano.
Title
Film from blende of starch and mucilage of Plantago ovata incorporated with essential oil of Origanum vulgare and (-) -α-pinene
Abstract
Films from natural sources, such as biopolymers, are of interest for application as food packaging in place of plastic, due to the need for new biodegradable and bioavailable materials. These films can be incorporated with active agents, such as essential oils (EO) to improve their protection to products, and their physical and chemical characterization is also important for industrial applications. OEO can be used as an alternative to synthetic additives and their application can be further optimized through the combined use of these compounds, which when in synergy, enhance the antibacterial effect and reduce the amounts of actives used. Two chapters were elaborated. Chapter one aimed to evaluate the antibacterial activity and synergistic potential of Origanum vulgare EO (OEO) and the substance (-)-α-pinene in pathogenic bacteria contaminating food. Chapter two aimed to develop biodegradable films from a blend of psyllium mucilage and corn starch with combined incorporation of OEO and (-)-α-pinene, evaluating the rheological, physical, optical and mechanical characteristics. The chemical composition of OEO was determined by gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC-MS). The antibacterial evaluation of the minimum inhibitory concentration (MIC) and the minimum bactericidal concentration (MBC) were performed using the broth microdilution technique against five species of Gram-positive and Gram-negative bacteria. The influence of concentration and exposure time of OEO and (-) -α-pinene substances were evaluated by the Time kill curve method against S. aureus. The synergism between OEO and (-)-α-pinene compounds was evaluated using the checkerboard technique. Carvacrol, thymol and p-cymene were obtained as major compounds. The antibacterial activity indicated that OEO has greater activity, with a MIC of 0.12 mg/mL against Staphylococcus aureus, 0.10 mg/mL against Bacillus cereus and 0.16 mg/mL against Escherichia coli. The influence of concentration and time of exposure of OEO and (-)-α-pinene substances indicated concentration and time dependency for these substances. A synergistic effect was obtained for S. aureus and an additive effect for E. coli. The films were prepared with corn starch and psyllium mucilage, with the addition of 1x and 2x (in relation to the MIC of the synergistic effect) of EOE and (-)-α-pinene. The rheology of filmogenic solutions was tested by means of rotational and oscillatory tests in a rheometer. The films were tested for their physical properties of thickness, ash content, water solubility and moisture content. The opacity of the film was evaluated in a spectrophotometer and the color in a colorimeter. The mechanical properties were evaluated in a texturometer and the qualitative biodegradability test was conducted in contact with the soil. The rheological tests demonstrated that the behavior of the solutions is of non-Newtonian temporal pseudoplastic character, which undergoes alteration from its viscoplastic to viscoelastic classification with the addition of OEO and (-) -α-pinene. It was observed that, except for water solubility, the other properties did not change significantly with the increase in OEO and (-) -α-pinene. The opacity is affected by the addition of the substances, as well as the color, which is altered by this same factor and the color of the psyllium mucilage used in the formulation. The mechanical properties indicate that the addition of the compounds in the polymeric matrix causes a decrease in the stress at break. Regarding the biodegradability of the films, from the fourth day it is already possible to see signs of degradation. This research can contribute to the development of natural and safe alternatives for food preservation, in addition to enabling the reduction of the use of synthetic antimicrobials in the food industry. The results demonstrated that the developed films can be promising for future technological applications, and that they need optimization, in particular, related to their mechanical properties.
Keywords
Polysaccharides. Antibacterial. Synergism. Psyllium. Biodegradability. Oregano.