Filmes biopoliméricos com incorporação de Spirulina em embalagens antioxidantes para alimentos

Abstract

Introdução: O aumento da preocupação pela sociedade com o ambiente sobre opções sustentáveis e mais ecológicas vem colaborando para uma ampliação nas pesquisas para a produção de embalagens biodegradáveis. Atualmente, cerca de 47% da produção anual de plásticos está relacionada com o uso em embalagens de alimentos, sendo que menos de 5% do material utilizado é reciclável, ocasionando diversos impactos negativos ao ambiente. Para reverter esta situação, uma das alternativas promissoras é o uso de biopolímeros, que podem ser utilizados em diversas aplicações, inclusive na indústria alimentícia na formulação de embalagens de alimentos. As embalagens de alimentos são utilizadas com o intuito de fornecer proteção ao produto e, dependendo de suas características funcionais, podem prolongar a vida útil do mesmo. A elaboração de filmes biopoliméricos que desempenhem algumas funções está aumentando e a utilização de microalgas e cianobactérias estão ganhando visibilidade devido à sua disponibilidade e propriedades biológicas, conferindo propriedades ativas importantes aos filmes. Adicionalmente, os polissacarídeos como a pectina, o amido de araruta, psyllium e a hidroxipropilmetilcelulose (HPMC) também vêm sendo estudados pelos pesquisadores da ciência dos alimentos, particularmente, por sua capacidade de formação de gel. Objetivos: Neste contexto, este trabalho teve como objetivo realizar um screening de filmes formulados com distintos biopolímeros incorporados com diferentes concentrações de biomassa integral e residual de Spirulina e selecionar os melhores filmes obtidos de acordo com suas características físicas e visuais para posterior caracterização. Métodos: 38 formulações filmogênicas foram elaboradas pelos métodos de casting e os filmes com (0, 1, 3 e 5% de Spirulina incorporada em pectina e as mesmas concentrações em HPMC) foram submetidas a análises para avaliar as propriedades físico-químicas, ópticas, mecânicas, térmicas, de barreira, de superfície, grupos funcionais, assim como a atividade antioxidante. Resultados: As melhores formulações desenvolvidas foram com a matriz de pectina e HPMC. Ao adicionar a biomassa integral de Spirulina à estas matrizes poliméricas, todas as amostras de filmes formulados exibiram redução na solubilidade e umidade e aumento na opacidade. Os filmes elaborados a partir de HPMC, adicionados de biomassa integral de Spirulina demonstraram ser superiores aos filmes de pectina em termos de propriedades mecânicas, térmicas e de barreira, além de apresentar uma maior atividade antioxidante. Foram evidenciadas diferenças significativas relacionadas à atividade antioxidante entre as concentrações de biomassa incorporadas, sendo encontradas as maiores médias nas concentrações de 5%, tanto nos filmes de HPMC (320.08 ± 35.7 µmol de TE/g de filme) quanto de pectina (36.92 ± 7.63 µmol de TE/g de filme). Conclusão: A elaboração dos filmes foi realizada com sucesso e os filmes de HPMC apresentaram resultados promissores quanto às propriedades mecânicas, térmicas, de barreira e antioxidantes para a área de embalagens de alimentos, podendo ser aplicados em alimentos sensíveis à luz e suscetíveis à oxidação. A adição de biomassa integral de Spirulina nestes filmes proporcionou melhores propriedades de barreira e maior atividade antioxidante aos filmes.

Introduction: The increasing concern by society with the environment about sustainable and more ecological options has been collaborating to an expansion in research to produce biodegradable packaging. Currently, about 47% of the annual production of plastics is related to the use in food packaging, and less than 5% of the material used is recyclable, causing several negative impacts to the environment. To change this situation, one of the promising alternatives is using biopolymers, which can be employed in several applications, including in the food industry in the formulation of food packaging. Food packaging is used to provide protection to the product and, depending on its functional characteristics, it can extend its shelf life. The development of biopolymeric films that perform some functions is increasing and the use of microalgae and cyanobacteria are gaining visibility due to their availability and biological properties, conferring important active properties to the films. Additionally, polysaccharides such as pectin, arrowroot starch, psyllium and hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) are also being studied by food science researchers, particularly for their gel-forming capacity. Objectives: In this context, this work aimed to screen films formulated with different biopolymers incorporated with different concentrations of integral and residual Spirulina biomass and to select the best film obtained according to their physical and visual characteristics for further characterization. Methods: 38 filmogenic formulations were elaborated by casting method and the films with (0, 1, 3 and 5% Spirulina incorporated in pectin and the same concentrations in HPMC) were submitted to analyses to evaluate the physicochemical, optical, mechanical, thermal, barrier and surface properties, functional groups, as well as antioxidant activity. Results: The best formulations developed were with the pectin and HPMC matrix. By adding integral Spirulina biomass to these polymeric matrices, all film samples formulated exhibited reduction in solubility and moisture and increase in opacity. The films elaborated from HPMC, added with integral Spirulina biomass showed to be superior to pectin films in terms of mechanical, thermal and barrier properties, besides presenting a higher antioxidant activity. Significant differences were evidenced related to the antioxidant activity between the concentrations of integral biomass incorporated, being found the highest averages at concentrations of 5%, both in films of HPMC (320.08 ± 35.7 µmol of TE/g of film) and pectin (36.92 ± 7.63 µmol of TE/g of film). Conclusion: The films were successfully developed and the HPMC films showed promising results regarding mechanical, thermal, barrier properties, and antioxidant properties for the food packaging area, and can be applied to light-sensitive and oxidation-susceptible foods. The addition of integral Spirulina biomass in these films provided better barrier properties and higher antioxidant activity to the films.