Desenvolvimento de filme biodegradável funcional à base de fécula de mandioca com nanofibra de celulose de pinus (Pinus sp) e incorporação de óleo essencial de melaleuca (Melaleuca alternifolia)

Abstract

Resumo: Filmes obtidos a partir de fontes naturais surgem como alternativas sustentáveis às embalagens plásticas originadas de petróleo. A adição de óleos essenciais torna o filme ativo, com propriedades diferenciadas como a atividade antibacteriana. No presente estudo desenvolveu-se e avaliou-se as propriedades de um filme com incorporação de óleo essencial de melaleuca (melaleuca alternifolia) em matriz de glicerol, fécula de mandioca e nanofibras de pinus sp (NCP), a fim de se obter um material polimérico com propriedades antimicrobianas. Ensaios preliminares foram realizados a fim de se definir as melhores condições de processo e os níveis mínimos e máximos da NCP e do óleo essencial de melaleuca (OM). Os filmes foram obtidos pela técnica de casting e produzidos conforme planejamento experimental do tipo fatorial completo 2 níveis e 2 fatores com triplicata no ponto central. Os filmes foram avaliados quanto as propriedades ópticas (cor e opacidade), mecânicas (elongação, resistência à tração), espessura e quanto a hidrofobicidade da superfície (ângulo de contato). As formulações que apresentaram as propriedades adequadas foram selecionadas para estudo do efeito da incorporação de NCP e do OM. Esses filmes foram caracterizados quanto as características morfológicas (MEV e FTIR), de resistência a barreira (PVA), atividade de água, solubilidade, estabilidade térmica (TGA), atividade antimicrobiana e biodegradabilidade. O aumento de NCP nos filmes melhorou as propriedades de resistência a tração em todos os casos estudados, sendo o maior valor obtido de 8,34 MPa para o filme com 0,08% de OM. Por meio de análise FTIR, evidenciou-se interação entre OM e matriz, com um pico entre os comprimentos de onda de 1485 cm-1 e 1520 cm-1. A permeabilidade ao vapor de água foi reduzida em 25% com adição de 1,5% (v/v) de OM em relação ao controle (sem o OM). O filme com incorporação de 1,5% (v/v) de OM apresentou atividade antimicrobiana contra a bactéria Staphylococcus aureus ATCC 25923 e a levedura Candida albicans ATCC 10231, com 68% e 64% de inibição respectivamente. Os resultados apresentados neste estudo confirmam a obtenção de biofilme antibacteriano, com propriedades mecânicas e de barreira melhoradas e de possível utilização como embalagens sustentáveis e ativas. Palavras-chave: embalagem ativa, filme antimicrobiano, nanofibras de celulose de pinus (CNF), Melaleuca alternifolia, Staphylococcus aureus, Candida albicans.

Abstract: Films obtained from natural sources emerge as sustainable alternatives to plastic packaging derived from petroleum. Adding essential oils, the film becomes active with different properties, such as antibacterial activity. In the present work were developed and evaluated the properties of a film incorporating tea tree essential oil (melaleuca alternifolia) in a cassava starch-glycerol matrix, with pinus sp nanofibers (NCP) as reinforcement in order to obtain a material with antimicrobial properties. Preliminary tests were performed to determine the best process conditions and minimum and maximum levels of NCP and tea tree essential oil (TTO). The films were prepared by casting technique and produced according to a full factorial experimental design with two factors and two levels with triplicate of the central point. The films were evaluated for optical properties (color and opacity), mechanical properties (elongation, tensile strength), thicknesses and surface roughness and hydrophobicity (contact angle). The formulations that showed appropriated properties were selected to study the effect of the incorporation of NCP and TTO in the films on the morphological characteristics (SEM and FTIR), barrier resistance (WVP), water activity, solubility, thermal stability (TGA) antimicrobial activity and biodegradability. Microscopy revealed films with OM micro pores mechanically stabilized. The increase of NCP in the films improved the properties of tensile strength in all the studied cases, and the highest value obtained was of 8.34 MPa for the film with 0.08% (v/v) TTO. By applying FTIR analysis, interaction between TTO and matrix was evidenced by a peak between the wavelengths of 1485 cm-1 and 1520 cm-1. The WVP was reduced by 25% with addition of 1.5% (v/v) TTO over the control (without TTO). The film incorporating 1.5% (v/v) TTO showed antimicrobial activity against Staphylococcus aureus ATCC 25923 bacteria and Candida albicans ATCC 10231 yeast with 68% and 64% inhibition, respectively. The results shown in this study confirm the obtaining of an antibacterial biofilm, with improved mechanical and barrier properties and potential use as active sustainable packaging. Keywords: active packaging, antimicrobial film, pinus cellulose nanofibres (CNF), Melaleuca alternifolia, Staphylococcus aureus, Candida albicans.