Development of seaweed extracts-based films for application in the food sector

Abstract

Seaweed are an abundant and sustainable source for the production of nutritious and healthy food, presenting bioactive compounds useful for several industries. Macroalgae have numerous applications, but they are still an underexploited resource that has to reach its full application potential. With consumers' increasing environmental awareness, the demand for more sustainable products is also increasing, pressuring the packaging industry to develop more sustainable alternatives to single-use plastic. There are several studies that successfully report the use of seaweed polysaccharides-based films in maintaining the properties of food products, but few are those that use seaweed extracts in the formulation of the film matrix. In this work bioactive films were developed for food applications using aqueous extracts of the brown marine macroalga Bifurcaria bifurcata and the red marine macroalgae Porphyra sp. and Osmundea pinnatifida. The composition of the initial biomass of the algae was determined in terms of polysaccharide, protein and ash content. B. bifurcata presented the highest amount of carbohydrates (50 % w/w) and inorganic material (16 % w/w), while the red macroalgae showed the highest amount of protein (29 and 31 % w/w for Porphyra sp. and O. pinnatifida, respectively). Aqueous extracts were obtained from the initial biomass, with room temperature water and hot water (90 ºC). Both red algae extracts showed an increase in the total carbohydrate content, in relation to the sugar content of the initial biomass, being similar to each other in the amount and composition of sugars. The hot water extract from B. bifurcata showed an increase in the content of sugars obtained. In addition, all extracts showed higher amounts of sulfated compounds (Porphyra sp. 12 and 10 %; O. pinnatifida 19 and 16 %; B. bifurcata 16 and 8 %) than the initial biomass and B. bifurcata extracts showed also higher amounts of soluble protein (30 and 50 %). The greatest antioxidant activity was observed for the B. bifurcata extracts followed by Porphyra sp. and O. pinnatifida. The films produced using aqueous extracts of O. pinnatifida were less resistant, less elastic and less plastic, while those of Porphyra sp. were more resistant and flexible. The contact angle results showed that Porphyra sp. have a more hydrophobic surface. However, Porphyra sp. and O. pinnatifida films are very soluble in aqueous medium, while those of B. bifurcata presented solubility values below 50%, even after 7 days immersed in water. All films showed antioxidant activity, but the brown alga had a higher value. Taking into account the characteristics of the extracts and films obtained, we can consider that we have obtained films with mechanical properties and the potential to promote food preservation due to their antioxidant capacity to be applied in the food industry, namely in the development of packaging.

As algas marinhas são uma abundante e sustentável fonte para a produção de produtos alimentares nutritivos e saudáveis, apresentando na sua composição compostos bioativos úteis para diversas indústrias. As macroalgas têm inúmeras aplicações, mas ainda são um recurso pouco explorado com o seu máximo potencial de utilização por atingir. Com o aumento da consciência ambiental dos consumidores, a procura por produtos mais sustentáveis está também a aumentar, pressionando a indústria de embalagens a desenvolver alternativas mais sustentáveis ao plástico de uso único. Vários são os estudos que relatam com sucesso o uso de filmes à base de polissacarídeos obtidos de algas marinhas na manutenção das propriedades de produtos alimentares, mas poucos são os que usam extratos de algas marinhas na formulação da matriz do filme. Neste trabalho foram desenvolvidos filmes bioativos para aplicações alimentares usando extratos aquosos da alga castanha Bifurcaria bifurcata e das algas vermelhas Porphyra sp. e Osmundea pinnatifida. A composição da biomassa inicial das algas foi determinada em termos de conteúdo em polissacarídeos, proteína e cinzas. B. bifurcata apresentou a maior quantidade de carbohidratos (50% m/m) e material inorgânico (16% m/m), enquanto as macroalgas vermelhas apresentaram maior quantidade de proteína (29 e 31% m/m para a Porphyra sp. e O. pinnatifida, respetivamente). Os extratos foram obtidos a partir da biomassa, com água à temperatura ambiente e água quente (90ºC). Os extratos das algas vermelhas apresentaram um aumento no teor de carbohidratos totais, em relação ao teor de açúcares da biomassa inicial, sendo semelhantes entre si na quantidade e composição em açúcares. O extrato obtido com água quente de B. bifurcata teve um aumento na quantidade de açúcares obtidos. Além disso, todos os extratos apresentaram maiores quantidades de compostos sulfatados (Porphyra sp. 12 e 10%; O. pinnatifida 19 e 16%; B. bifurcata 16 e 8%) do que a biomassa inicial e os extratos de B. bifurcata apresentaram também maiores quantidades de proteína solúvel (30 e 50%). A maior atividade antioxidante foi observada nos extratos de B. bifurcata seguidos de Porphyra sp. e O. pinnatifida. Os filmes produzidos usando os extratos aquosos de O. pinnatifida eram os menos resistentes, menos elásticos e menos plásticos, enquanto que os de Porphyra sp. foram os mais resistentes e flexíveis. Os resultados do ângulo de contacto mostraram que os filmes de Porphyra sp. têm uma superfície mais hidrofóbica. No entanto, os filmes de Porphyra sp. e de O. pinnatifida são muito solúveis em meio aquoso, enquanto que os de B. bifurcata apresentaram valores de solubilidade abaixo de 50%, mesmo após 7 dias imersos em água. Todos os filmes apresentaram atividade antioxidante, porém o da alga castanha apresentou um valor superior. Tendo em conta as características dos extratos e dos filmes obtidos podemos considerar que obtivemos filmes com propriedades mecânicas e potencial para promover a conservação dos alimentos devido à sua capacidade antioxidante para serem aplicados na indústria alimentar, nomeadamente no desenvolvimento de embalagens.