Desenvolvimento e caracterização de filme nanocompósito de base celulósica e sua avaliação como embalagem ativa antimicrobiana

Abstract

A produção de alimentos com qualidade e segurança microbiológica é o objetivo constante das indústrias alimentícias. Neste contexto, estudos têm demonstrado a eficiência e a aplicabilidade das embalagens ativas antimicrobianas, capazes de inibir micro- organismos deterioradores e/ou patogênicos. Além disso, a preservação ambiental e a necessidade de se utilizar novas fontes de matéria-prima para diminuir a dependência do petróleo, são um incentivo para o desenvolvimento e utilização de embalagens obtidas a partir de materiais renováveis. O desenvolvimento de nanocompósitos pode melhorar as propriedades físicas e mecânicas de polímeros biodegradáveis, e dessa forma a nanotecnologia representa a possibilidade de obtenção de centenas de novos materiais para a indústria de embalagens de alimentos. O objetivo deste trabalho foi desenvolver e caracterizar nanocompósitos de base celulósica adicionados de nanopartículas de prata e diferentes argilas montmorrilonita (MMT), avaliar suas propriedades físicas e mecânicas e características microscópicas, e testar sua eficiência antimicrobiana in vitro sobre micro-organismos contaminantes de alimentos. As características dos filmes de acetato de celulose de espessura e taxa de transmissão ao vapor de água (TTVA) não foram alteradas pela adição dos nanocompostos. Porém, as nanopartículas de prata interagiram de forma desfavorável com a argila Nanofil, provocando um aumento nos valores de rugosidade média (Ra), taxa de transmissão ao oxigênio (TTO), e uma diminuição da resistência à tração dos nanocompósitos quando incorporados com a argila. Uma estrutura intercalada no interior do polímero foi observada para as argilas Cloisite 10A® e Cloisite 30B® por meio de microscopia eletrônica de transmissão (MET), que evidenciou também a formação de estruturas tactóides da argila Nanofil®. A análise de microscopia eletrônica de varredura (MEV) revelou a formação de galerias no interior dos polímeros incorporados com os diferentes MMT s, e a formação de grandes estruturas na superfície dos nanocompósitos acetato / Nanofil®. Ação antimicrobiana contra Escherichia coli, Salmonella enterica sorotipo Choleraesuis e Staphylococcus aureus foi observada pela formação de halos de inibição quando incubados a 7 °C. Porém, a velocidade específica de crescimento dos micro- organismos Salmonella enterica sorotipo Choleraesuis e Listeria innocua não foi alterada pelos nanocompósitos. O método casting foi capaz de produzir nanocompósitos a partir do biopolímero acetato de celulose e argilas Cloisite 10A® e Cloisite 30B®, porém a obtenção de uma estrutura intercalada das argilas organofílicas não é suficiente para a melhoria das propriedades de filmes biopoliméricos de acetato de celulose. Seu uso como embalagem ativa antimicrobiana deve ser otimizado para a liberação dos íons de prata.

The quality and microbiological safety os food products are priority for food industries. In this context, many reports have shown the applicability and efficiency of antimicrobial active food package in the inhibition of foodborne microorganisms. Further environment preservation and the need for new renewable sources to reduce use of petrochemical-based plastic packaging materials have increased the interest in biodegradable packaging materials. Nanocomposites exhibit significant improvements in the mechanical and physical properties of natural biopolymer films. Therefore nanotechnology represents a good possibility for generate new materials for food package applications. The objective of this work is to develop and character cellulose based nanocompósitos containing silver nanoparticles and montmorrilonite (MMT) clays, evaluating its physical, mechanical and microscopes properties, and to test its in vitro antimicrobial efficiency against foodborne microorganisms. Cellulose acetate films thickness and water vapor transmission rate (WVTR) was not affected by the nanomaterials addition. However silver nanoparticles did not have a good interaction with Nanofil® clay, increasing the average roughness (Ra) and oxygen transmission rate (OTR), and decreasing tensile strength of Nanofil® charged nancomposites. An intercalated form in the polymer was observed for Cloisite 10A® and Cloisite 30B® clays by transmission electronic microscopy (TEM), also showing tactoids structures for Nanofil® clay. Surface electronic microscopy (SEM) had shown the galleries structure of the polymer matrix containing MMT clays, and the presence of aggregates on acetate / Nanofil® nanocomposites surface. The antimicrobial action against Escherichia coli, Salmonella enterica sorotype Choleraesuis and Staphylococcus aureus, was observed by inhibition zones formed around the nanocomposites circles in disc diffusion tests, when incubated at 7 ºC. The specific growth rate of S. enterica and L. innocua was not affected by nanocomposites. The solvent casting method was able to produce cellulose acetate / clay bio-based nanocomposites with Cloisite 10A® and Cloisite 30B® clays, but the organoclays intercalated structure is not adequate for improving cellulose acetate based nanocomposites. Its use as antimicrobial active food package should be optimized for silver ions release.