Desenvolvimento de filmes de quitosana com atividade antioxidante

Abstract

Os filmes obtidos a partir de polímeros naturais e renováveis têm criado grande interesse na indústria alimentar. A quitosana é um polímero, com propriedades funcionais importantes na área alimentar, tais como biocompatibilidade, atividade antimicrobiana e antioxidante, não-toxicidade, e a capacidade de formar filmes. No entanto, os filmes de quitosana apresentam alta solubilidade em soluções aquosas ácidas. O objetivo principal deste trabalho foi o desenvolvimento de filmes de quitosana com atividade antioxidante e insolúveis em meio ácido para posterior aplicação no processo de vinificação como conservante. Foram preparados filmes de quitosana por evaporação de solvente e reticulados com genipina para os tornar insolúveis em soluções hidroalcoólicas ácidas. No desenvolvimento dos filmes diferentes parâmetros foram otimizados: o tipo de quitosana (alta, média e baixa viscosidade), a concentração de genipina (0,05- 0,1%), o tempo de reação entre a quitosana e a genipina (2, 4, 6, 8, 12 e 24 h) e o tipo e concentração de plastificante (glicerol ou sorbitol, 0,75-2% (m/v)). Com o intuito de melhorar a atividade antioxidante do filme de quitosana com genipina foi testada a incorporação de um extrato de Aloe vera ou oligoquitosanas. Os filmes de quitosana-genipina apresentaram menor solubilidade em soluções ácidas quando comparados com os filmes de quitosana. Foi observado que os filmes com quitosana de média viscosidade apresentaram o menor valor de solubilidade (13 %). O aumento da concentração de genipina na gama estudada não diminuiu a solubilidade do filme em meio ácido. Enquanto que o aumento de tempo de reação de 2 para 24 h entre o agente reticulante e a quitosana diminui a solubilidades dos filmes em 38 %. Os filmes de quitosana-genipina em que foi incorporado um extrato de Aloe vera ou oligoquitosanas obtiveram uma atividade antioxidante superior à dos filmes preparados apenas com quitosana. No entanto, a solubilidade de ambos os filmes aumentou significativamente. No estudo do efeito do plastificante verificou-se que com o aumento da quantidade de glicerol de 0,75 para 1,5 % a atividade antioxidante do filme aumentou 57 %, enquanto que não foram observadas diferenças significativas para concentrações superiores. Observou-se uma ligeira diminuição na solubilidade com o aumento da quantidade de glicerol. Pelo contrário, aumentando a quantidade de sorbitol de 0,75 para 1,5 % a atividade antioxidante do filme diminuiu e a solubilidade aumentou. Em resumo, considerando que o filme pretendido deveria possuir baixa solubilidade em meio ácido aquoso e maior atividade antioxidante, as melhores condições foram a quitosana de média viscosidade com genipina 0,05 % durante 24 h de reação e adição de glicerol 1,5 %. Estes filmes revelaram características interessantes para a aplicação em vinho, ou seja, maior atividade antioxidante 93 % ao fim de 46 h e menor solubilidade, 6 % ao fim de 7 dias. Os filmes de quitosana-genipina foram testados para a conservação do vinho. Este vinho demonstrou estabilidade microbiológica ao fim de 8 meses, não havendo crescimento de leveduras nem de bactérias. A sua atividade antioxidante diminuiu para o vinho tinto e aumentou para o vinho branco em relação ao vinho com adição de anidrido sulfuroso (SO2). A análise sensorial revelou que o vinho tinto com filme obteve uma classificação global (sabor, aroma e cor) inferior ao vinho com SO2, enquanto que o vinho branco com filme obteve a melhor classificação. O vinho branco sem adição de SO2 é beneficiado com a adição do filme de quitosana, demonstrando que esta metodologia tem potencial para ser aplicada durante a vinificação em substituição do SO2.

Films obtained from natural and renewable polymers have attracted great interest in food industry. Chitosan is one of such polymers and has shown attractive functional properties in the agro-food area such as biocompatibility, antimicrobial, non-toxicity, antioxidant, and great ability to form films. However, chitosan films typically show high solubility in aqueous acid solutions. The main goal of this work was to develop a chitosan-based films insoluble in acid medium and with improved antioxidant activity in order to apply in the vinification process as a wine preservative. Chitosan films were prepared by solvent casting and crosslinked using genipin to render them insoluble in aqueous acid solutions. In order to optimize the methodology, different parameters were studied: type of chitosan (high, medium, and low viscosity), genipin concentration (0.05-0.1%), crosslinking time (2, 4, 6, 8, 12 and 24 h), and type (glycerol or sorbitol) and concentration (0.75-2 % (w/v)) of plasticizer. Aloe vera extract or oligochitosans were incorporated into chitosan films to improve their antioxidant activity. The chitosan-genipin films showed lower solubilities in acid solutions when compared to the pristine chitosan films used as reference. The lowest solubility (13 %) was observed for the chitosan-genipin films prepared with medium viscosity chitosan. The increase of genipin concentration in the range studied did not significantly improve the insolubility of the film in acid medium. While the increase of reaction time between chitosan and genipin from 2 to 24h decrease the film solubility in 38 %. The chitosan-genipin films with Aloe vera extract or oligochitosan showed an increase in the antioxidant activity. However, the solubility of both films also increased compared with the pristine films. In the study of the plasticizer effect, the antioxidant activity increased 57 % with the increase of the amount of glycerol from 0.75 to 1.5 %, while no significant differences were observed with further increase to 2 %. A slight decrease on film solubility was observed with the raise of the glycerol amount, mainly in acidic medium. On the contrary, the increase of the sorbitol amount from 0.75 to 1.5 % decreases the antioxidant activity and increases the film solubility. Chitosan films crosslinked with genipin and plasticized with glycerol were found to have more attractive characteristics to wine preservation, i.e. higher antioxidant activity and lower solubility. In conclusion, considering that the desired film should have low solubility in aqueous acidic medium and higher antioxidant activity, the medium viscosity chitosan with 0.05 % genipin with a crosslinking time of 24 h and 1.5 % glycerol. These films revealed interesting features for application in wine, ie higher antioxidant activity 93 % and lower solubility 6 %. The application of chitosan-genipin films were tested for preservation of the wine. This wine showed microbiological stability after 8 months of storage, with no growth of yeast or bacteria for both wines. The antioxidant activity decreased for the red wine but increased for the white wine in comparation to the samples with sulphur dioxide (SO2). Sensorial analysis revealed that red wines treated with chitosan film showed a lower global evaluation (taste, aroma, and colour) than the wines treated with SO2, while the white wines had the best evaluation among all. The chitosan film seems to work better for white wine without addition of SO2. This methodology has the potential to be applied for the replacement of SO2 during winemaking.