Desenvolvimento de bionanocompósito para embalagem alimentar

Abstract

O campo elétrico pulsado (PEF) é uma das mais promissoras tecnologias de processamento de alimentos entre as novas tecnologias de processamento não térmicas. O PEF permite a pasteurização dos alimentos através da aplicação de potências elevadas, em intervalos de tempo muitos curtos, o que permite inativar enzimas e microrganismos, mantendo as propriedades organoléticas e nutritivas dos alimentos minimamente alteradas. O tratamento dos alimentos líquidos ou pastosos ocorre em câmaras de fluxo contínuo previamente ao embalamento. Isto é uma limitação da técnica dado que obriga à transferência do alimento da câmara para a embalagem, havendo necessidade de utilizar linhas limpas altamente dispendiosas, sempre com o risco de ocorrer recontaminação dos alimentos. Uma mais-valia para esta tecnologia é o desenvolvimento de um material para embalagem alimentar com boa condutibilidade elétrica que permita o tratamento por PEF de alimentos já embalados (in-pack). Neste contexto e atendendo também a critérios de sustentabilidade ambiental, neste trabalho investigou-se o potencial de bionanocompósitos de quitosana funcionalizada com óxido de grafeno reduzido ou nanofibras de carbono, para serem usados em embalagem alimentar para PEF. O óxido de grafeno foi sintetizado pelo método de Hummers modificado e posteriormente foi quimicamente reduzido com ácido L-ascórbico ou ácido cafeico. Foram preparados filmes de quitosana reticulados com genipina e foram incorporadas diversas concentrações de óxido de grafeno reduzido com ácido L-ascórbico ou ácido cafeico. Para comparação, prepararam-se também filmes com nanofibras de carbono. Todos os filmes obtidos foram caracterizados no que diz respeito às suas propriedades estruturais, elétricas, colorimétricas, bioquímicas e mecânicas. Os filmes produzidos apresentam os materiais grafíticos dispersos de forma heterogénea na matriz de quitosana-genipina, o que se reflete nas propriedades dos filmes, tais como na baixa condutibilidade elétrica e a diminuição da resistência mecânica. Estes filmes apresentam um aumento da percentagem de deformação e do módulo de Young bem como a diminuição da solubilidade em água face ao filme controlo, o que induz uma melhoria das propriedades mecânicas em relação ao filme quitosana-genipina. A incorporação do material grafítico na quitosana provocou a diminuição da atividade antioxidante, à exceção dos filmes com óxido de grafeno reduzido por ácido cafeico. Estes filmes apresentam uma atividade antioxidante bastante superior aos restantes, indiciando que o ácido cafeico poderá estar ligado à quitosana, influenciando assim as propriedades dos filmes. Apesar de ser necessária a otimização da preparação dos filmes, de modo a garantir uma boa dispersão dos materiais grafíticos com reflexo na melhoria das suas propriedades mecânicas e elétricas para o processamento dos alimentos por PEF in-pack, os filmes de quitosana e óxido de grafeno são promissores para aplicação em embalagens alimentares.

Food processing by pulsed electric field (PEF) is one of the most promising non-thermal processing technologies currently available. The application of high voltage electric pulses to food products ensures their pasteurization while keeps their organoleptic properties under minimal changes. The main limitation of this technology is the need for continuous flow chambers where food processing occurs prior to packaging, which is preventing its transition from a laboratory scale to an industrial scale. The present work aimed to provide a solution to this need by developing a novel food packaging capable of PEF in-pack processing. In order to achieve this goal while ensuring the fulfillment of environmental sustainability criteria, combined with the need for a packaging with electrical conductivity, various films consisting of chitosan with reduced graphene oxide or carbon nanofibers were synthesized and characterized. Graphene oxide was synthesized by a modified Hummers method and chemically reduced by L-ascorbic acid or by caffeic acid. Chitosan films were prepared with several concentrations of graphene oxide reduced by L-ascorbic acid, graphene oxide reduced by caffeic acid or carbon nanofibers. All films were characterized in terms of their structure and electrical conductivity, as well as their colourimetric, biochemical and mechanical properties. It was verified that the graphitic material were heterogeneously dispersed in chitosan, resulting in significant changes in various properties of the films, such as low electrical conductivity and mechanical resistance. Furthermore, an increase in the elongation percentage and Young’s modulus and a decrease in solubility in water was observed in the as-prepared films in comparison with the control film. The incorporation of the graphitic material in chitosan showed a reduction of the antioxidant activity of the prepared films, with the exception of the films with reduced graphene oxide by caffeic acid. In the latter case, it was shown that these films exhibit a significantly increased antioxidant activity in comparison with the other films, thus providing an indication that the caffeic acid may be linked to chitosan influencing the properties of the films. Although there is a need for optimization of the film preparation in order to ensure a good dispersion of the graphitic materials, thus improving its mechanical and electrical conductive properties, these novel chitosan and reduced graphene oxide films may be promising in the development of food packages suitable for PEF in-pack processing.