JBCS

INTRODUÇAO

O aumento da demanda por produtos saudáveis e ecologicamente corretos, assim como a preocupaçao com segurança alimentar e ambiental têm estimulado pesquisas de desenvolvimento de filmes a partir de biopolímeros.^1-3 Atualmente, grande parte das embalagens utilizadas sao de fontes nao-renováveis de energia, como o petróleo, e por levarem um longo tempo para se degradarem no ambiente, causam sérios problemas de acúmulo de resíduos.^4,5

Nesse contexto, é de grande interesse a busca pela substituiçao de embalagens convencionais por outras que sejam biodegradáveis e até mesmo comestíveis.^2,6 Diversos sao os materiais obtidos de recursos renováveis que possibilitam tais inovaçoes. Entre eles, os mais utilizados para formaçao de filmes comestíveis sao determinados polissacarídeos, proteínas e lipídeos.⁷

Em relaçao às proteínas, a gelatina tem se mostrado promissora para formaçao de filmes, além de ser abundante, ter baixo custo, excelente biocompatibilidade e biodegradabilidade.⁸ Seu processamento é feito a partir da hidrólise controlada de colágeno fibroso insolúvel, extraído de ossos e peles de animais durante o abate.^9,10 A gelatina é um biopolímero composto por sete aminoácidos diferentes, possui estrutura de tripla-hélice e temperatura de desnaturaçao proteica em torno de 40 ºC.^11,12

Em geral, filmes comestíveis sintetizados a partir de proteínas possuem melhores propriedades mecânicas do que filmes de lipídeos e polissacarídeos.¹³ No entanto, devido à elevada natureza higroscópica e baixo ponto de fusao da gelatina a adiçao de outros componentes como, por exemplo, polissacarídeos, proteínas, lipídeos ou polímeros naturais geram filmes compostos que podem combinar vantagens e melhorias em suas propriedades.^13-15 O óleo essencial de limao (Citrus limon L.) adicionado a um filme polimérico pode alterar determinadas características físicas e influenciar positivamente nas características sensoriais. Além disso, os terpenos presentes no óleo essencial de limao possuem atividade antimicrobiana e antifúngicas, e também há comprovaçao de sua eficácia na aromaterapia contra sintomas de náusea durante a gravidez.^16-19

Considerando que o óleo essencial possui propriedades hidrofóbicas, ou seja, é imiscível em água, sua incoporaçao nos filmes é facilitada através da formaçao de uma emulsao, que se caracteriza por apresentar uma fase aquosa, uma fase oleosa e um agente tensoativo. As nanoemulsoes possuem como vantagem o tamanho de partícula em escala nanométrica, o que pode aumentar a açao contra micro-organismos nos filmes e também melhorar suas propriedades físicas e químicas.²⁰

O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da nanoemulsao de óleo essencial de limao dispersa em matriz polimérica de gelatina quanto às propriedades mecânicas e de permeabilidade ao vapor de água para aplicaçao em embalagem de alimentos.

PARTE EXPERIMENTAL

Materiais

Gelatina em pó incolor de fonte comercial (Royal^®). Oleo essencial de limao siciliano comercializado pela Ferquima (Vargem Grande Paulista - SP). Tween 80 obtido da Sigma-Aldrich.

Preparo da nanoemulsao

A nanoemulsao foi produzida pela adiçao de 1% (massa/volume) de óleo essencial de limao e 0,75% (massa/volume) de Tween 80 em 100 mL de água destilada. Em seguida, a soluçao foi agitada em um homogeneizador T25 Ultra-Turrax^® (IKA^® Werke GmbH & Co, Staufen, Germany) em velocidade de 15000 rpm no tempo de 5 minutos. As suspensoes foram avaliadas visualmente quanto à opalescência, homogeneidade, presença ou nao de sedimentos e separaçao de fase após o repouso da soluçao.

Tamanho médio e potencial zeta das partículas nas nanoemulsoes

As medidas da carga superficial e o tamanho médio das partículas presentes na nanoemulsao foram determinadas em triplicata na temperatura de 25 ºC no equipamento Zetasier Nano Series (Malvern Instruments Ltd. Malvern, Worcestershire, U.K.), utilizando o princípio da difraçao de raio laser.

Preparo dos filmes

Os filmes foram produzidos pela técnica de "casting" através da hidrataçao de 5 g de gelatina em 100 mL de água na temperatura de 20 ºC a 25 ºC. Posteriormente, a mistura foi aquecida em agitador magnético até atingir 60 ºC. No segundo tipo de filme a gelatina foi hidratada diretamente na nanoemulsao de óleo essencial de limao (5% massa/volume). Em seguida, 50 mL de cada soluçao filmogênica foram espalhados em um suporte retangular nas dimensoes de 15 cm x 20 cm e secadas em temperatura ambiente (25 ºC a 30 ºC) por 24 horas.

Determinaçao das espessuras

As espessuras dos filmes foram medidas com um micrômetro digital (No. 7326, Mitutoyo Corp., Kanogawa, Japan) em cinco posiçoes ao redor do filme. Os valores obtidos foram empregados para os cálculos de permeabilidade ao vapor de água e propriedades mecânicas.

Permeabilidade ao vapor de água (WVP)

Para determinaçao da permeabilidade ao vapor de água dos filmes utilizou-se o método adaptado da norma ASTM E96-8020²¹ descrito na literatura por McHugh et al.²² Os filmes foram cortados em formato circular com diâmetro de 6 cm e fixadas em cima de cinco células padronizadas de Teflon® contendo 6 mL de água destilada por meio de uma segunda placa parafusada. Em seguida, as placas foram mantidas a 25 ºC em estufa contendo sílica gel para controle da umidade relativa interna. Determinou-se a quantidade de água permeada pelos filmes através de seis pesagens periódicas das células no intervalo de 25 horas. Os valores das massas foram usados para calcular a WVP.

Determinaçao do ângulo de contato

As análises do ângulo de contato (q) dos filmes foram realizadas através de um medidor de ângulo de contato (KSV Instruments - Helsinki, Finlândia) para investigar as características superficiais hidrofílicas/hidrofóbicas dos filmes. Uma gota de água destilada com volume estimado de 5 a 7 μL foi depositada na superfície de cada filme. Foram realizadas seis repetiçoes a 25 ºC.

Solubilidade dos filmes em água

A determinaçao da solubilidade dos filmes em água foi realizada de acordo com o método modificado por Gontard et al.²³ Primeiramente, três discos de 2 cm de diâmetro de cada amostra foram cortados e secos em estufa a 100 ºC por 24 horas e pesados em balança analítica para a determinaçao da porcentagem inicial de matéria seca. Em seguida, as amostras foram imersas em 50 mL de água destilada e mantidas sob agitaçao lenta constante em temperatura ambiente por 24 horas.

Posteriormente, filtrou-se as soluçoes e as amostras retidas foram secas novamente em estufa a 100 ºC por 24 horas e pesadas para determinaçao da quantidade de matéria seca nao solubilizada. Calculou-se a massa do filme que solubilizou em água com base na equaçao 1 abaixo:

em que % MS é a porcentagem de material solubilizado, mi é o peso inicial do material seco e mf é o peso final do material seco nao solubilizado.

Propriedades mecânicas

As propriedades mecânicas dos filmes foram determinadas pelos testes de tensao x deformaçao sob traçao, de acordo com o método ASTM D882-97.²⁴ O equipamento utilizado para a análise foi o Instron Universal Testing Machine (Modelo 3369, Instron Corp., Canton, Mass., U.S.A.), a uma velocidade de tracionamento de 10 mm por minuto e célula de carga de 100 N. Os filmes foram acondicionados a 25 ºC em ambiente com 30% de umidade durante 24 horas antes dos testes. Pelos menos oito amostras de cada filme nas dimensoes de (100 mm comprimento x 13 mm largura) foram cortadas e analisadas.

Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)

Os filmes foram analisados utilizando um microscópio eletrônico de varredura Carl Zeiss (Alemanha) modelo Philips XL 30 FEG, da Embrapa Instrumentaçao de Sao Carlos. Para análise das fraturas criogênicas utilizou-se um microscópio eletrônico de varredura (MEV), da marca Zeiss (EVO LS15), da UNESP campus de Ilha Solteira, operando com voltagem de 5,00 kV a 10,00 kV. Uma fina camada de ouro foi depositada sobre as amostras utilizando um Sputter Coater.

RESULTADOS E DISCUSSAO

Uma nanoemulsao óleo em água (O/A) consite em gotículas de óleo com tamanho médio de 20 a 200 nm dispersas em meio aquoso por um tensoativo. A nanoemulsao obtida apresentou tamanho médio de partícula de 170,6 nm ± 0,5 nm e mostrou-se visualmente opalescente, sem separaçao de fase e precipitaçao após a preparaçao, características similares a outros estudos publicados.^25,26

A nanoemulsao apresentou potencial zeta de, aproximadamente, -10,9 ± 0,1 mV. De modo geral, a carga elétrica das gotículas de óleo é direcionada pela carga de tensoativos adsorvidos ao seu redor, que podem ser de natureza catiônica, aniônica ou nao iônica. Neste estudo utilizou-se um tensoativo nao iônico (Tween 80), o que leva a se esperar uma carga elétrica próxima a zero. Quando o valor é suficientemente elevado, as gotículas sao impedidas de se agregarem devido à repulsao eletrostática entre elas.²⁶

Os filmes formados foram analisados subjetivamente, apresentando boa homogeneidade (coloraçao uniforme e ausência de partículas insolúveis, a olho nu), continuidade (ausência de fraturas após a secagem) e maneabilidade (capacidade de manipulaçao dos filmes).²⁷ Além disso, os filmes contendo óleo essencial de limao apresentaram características sensoriais desejáveis, como cor e odor, mesmo após determinado tempo de estocagem.

A adiçao do óleo essencial de limao à rede polimérica de gelatina refletiu em um aumento da espessura média do filme, conforme Tabela 1. Esses resultados sugerem que, com a adiçao do óleo, há um aumento da hidrofobicidade, o que pode dificultar com que as cadeias peptídicas de gelatina formem uma estrutura compacta, contribuindo para formaçao de uma matriz com espessura maior.^9,15

Ainda na Tabela 1 observa-se que ocorreu um aumento da permeabilidade ao vapor de água (WVP) dos filmes de gelatina com nanoemulsao de óleo essencial de limao em comparaçao aos filmes de gelatina pura. Demais estudos têm relatado que, para filmes contendo óleo essencial, o valor de WVP está relacionado ao tipo de relaçao hidrófilo-hidrófobo dos componentes presente. O óleo essencial de limao localizado entre as cadeias peptídicas adjacentes age como um plastificante, dificultando a interaçao entre as cadeias de gelatina através da diminuiçao das suas forças intermoleculares, o que aumenta o volume livre do sistema, favorecendo a mobilidade das cadeias da matriz e a passagem de moléculas de água, resultado que pode ser favorável dependendo da aplicaçao.^16,26

A natureza hidrofílica/hidrofóbica dos filmes foi avaliada através das medidas do ângulo de contato. Para o filme de gelatina pura o ângulo de contato inicial (t = 0 s) da superfície foi de 85 ± 4º e diminuiu para 50 ± 1º com a adiçao de 1% de óleo essencial de limao, conforme Tabela 1. Se os valores do ângulo de contato entre o material e a gotícula de água sao inferiores a 90º a superfície é hidrofílica, valores superiores a 90º indicam uma superfície hidrofóbica.²⁶ Desta forma, a adiçao da nanoemulsao de óleo essencial de limao aumentou a hidrofilicidade do filme de gelatina, caracterísitca observada no teste de permeabilidade ao vapor de água. Córdoba e Sobral²⁸ desenvolveram filmes de gelatina com quitosana e óleo essencial de alho e também observaram que com a adiçao da nanoemulsao os valores do ângulo de contato e de WVP dos filmes foram menores.

A adiçao de nanoemulsao em uma matriz polimérica também pode influenciar nas propriedades mecânicas. A tensao (s) máxima na ruptura e a elongaçao (%) dos filmes com e sem a nanoemulsao sao descritas na Figura 1 e 2, respectivamente.

Figura 1. Diferentes valores de tensao máxima na ruptura dos filmes de gelatina e gelatina com nanoemulsao de óleo essencial de limao

Figura 2. Valores de elongaçao dos filmes de gelatina e gelatina com nanoemulsao de óleo essencial de limao

Foi possível observar que a incorporaçao da nanoemulsao de óleo essencial de limao na matriz de gelatina diminuiu o valor de tensao e aumentou o de elongaçao. Esse comportamento pode ser atribuído à capacidade de o óleo essencial de limao interagir com a matriz do biopolímero, acarretando uma heterogeneidade ao filme por reduzirem a interaçao cadeia-cadeia e aumentarem a interaçao cadeia-nanoemulsao, provocando descontinuidade e diminuindo sua coesao, resultados que vao de encontro com os valores obtidos no teste de permeabilidade ao vapor de água. Além disso, o aumento da elongaçao de determinados filmes e a melhora da sua tenacidade sao características interessantes dentro da área de embalagens.^6,28-33

Na Figura 3-A observa-se que o filme controle (FG) possui uma superfície compacta, lisa e homogênea sem estrutura granulada e porosa, sem a presença de separaçoes de fase, sugerindo que uma matriz mais ordenada foi formada. Nos filmes elaborados com a nanoemulsao de óleo essencial de limao (Figura 3-B) também nao foi observada a separaçao da fase oleosa. Entretanto, foi possível notar superfícies relativamente mais rugosas e mais heterogêneas.²⁶ Tais modificaçoes na microestrututura dos filmes após a adiçao da nanoemulsao podem ter ocorrido devido às mudanças nos arranjos das moléculas de proteína durante a formaçao do filme, uma vez que as composiçoes das soluçoes poliméricas sao diferentes, além de se tratar da incorporaçao de um material de caráter hidrofóbico em uma matriz hidrofílica. A presença de gotículas de óleo na matriz polimérica também pode estar causando uma menor interaçao proteína-proteína entre as cadeias, dificultando, dessa forma, o seu alinhamento ordenado.^30,34

Figura 3. A - Micrografia obtida por MEV da superfície do filme de gelatina. B - Micrografia obtida por MEV da superfície do filme de gelatina com nanoemulsao de óleo essencial de limao. As micrografias possuem magnificaçao de 150000 X

Nas imagens de MEV de fratura, Figura 4, também foi possível notar uma diferença significativa na microestrutura dos filmes quando na presença da nanoemulsao. Além da aparência mais irregular, foi possível verificar a ocorrência de poros nos filmes nanoestruturados. Tais resultados corroboram com os de propriedades mecânicas e de barreira ao vapor de água, visto que matrizes contendo nanoemulsao de óleo essencial de limao apresentaram decréscimo da tensao máxima na ruptura e diminuiçao nos valores de WVP. Isso pode estar relacionado com uma menor compactaçao da matriz pela existência de poros, o que a torna mais susceptível à passagem de vapores de água e uma menor resistência quando tracionada.

Figura 4. A - Micrografia de fratura obtida por MEV do filme de gelatina. B - Micrografia de fratura obtida por MEV do filme de gelatina com nanoemulsao de óleo essencial de limao. As micrografias possuem magnificaçao de 2000 X

CONCLUSAO

Obteve-se boa compatibilidade entre a matriz polimérica de gelatina com o óleo essencial de limao, com melhora das propriedades sensoriais subjetivas. As partículas formadas na emulsao apresentaram tamanho satisfatório dentro da escala nanométrica. Com a análise de WVP, observou-se que a presença do óleo essencial de limao aumentou a permeabilidade ao vapor de água e a elongaçao do filme e diminuiu a tensao máxima na ruptura de 94 ± 5 MPa para 82 ± 6 MPa, sendo ainda um valor elevado de tensao comparado a outros filmes de polímeros naturais.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem à CNPq, UNESP, CAPES, FAPESP e EMBRAPA.

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