Desenvolvimento de bioplásticos e aplicações em embalagens inteligentes e ativas: inovações para a sustentabilidade e segurança alimentar

A crescente preocupação com o desperdício de alimentos e o impacto ambiental causado por embalagens derivadas de petróleo tem impulsionado o desenvolvimento de alternativas sustentáveis que contribuam para a conservação dos alimentos. Neste contexto, foram desenvolvidas duas embalagens inovadoras: uma inteligente, com sensor indicador de frescor, e outra ativa, com propriedades antimicrobianas. A embalagem inteligente foi produzida a partir de filmes compostos por fibroína da seda (FS) e celulose bacteriana (CB). Filmes com diferentes porcentagens de FS e CB foram combinados. O aumento da concentração de FS elevou a espessura dos filmes, que apresentaram estruturas com nanofibras e alta área superficial, conforme evidenciado por micrografias de MEV. Espectros de FTIR não indicaram alterações químicas e os ensaios de opacidade e análise mecânica dinâmica revelaram que o filme FS/CB-3 (60% FS e 40% CB) apresentou características adequadas para aplicação como sensor. O uso do corante halocrômico pyrylazo (Pyr) mostrou ser uma boa escolha para compor o sensor indicador de frescor, uma vez que os ensaios de citotoxicidade e mutagenicidade revelaram ser seguros para aplicação desejada. Além disso, o corante mostrou boa interação com os diferentes filmes e composições de FS e CB, com baixa liberação do Pyr para o meio aquoso. As propriedades químicas e halocrômicas do Pyr foram mantidas mesmo após ser inserido no filme FS/CB-3. Testes com aminas biogênicas e produtos cárneos indicaram que o filme FS/CB-3 combinado com o Pyr (FS/CB-3-Pyr) mostrou-se promissor na detecção de componentes voláteis básicos decorrentes da degradação da carne, sendo evidenciada pela sua mudança de cor. Quanto à embalagem ativa, foram desenvolvidos filmes de amido de milho com glicerol (AG) e com adição de semente de abacate Persea americana em pó (AGA). Ambos apresentaram características físico-químicas semelhantes quanto à espessura e à permeabilidade ao vapor d’água. Além disso, os espectros de FTIR não mostraram alteração química nos filmes AG e AGA. A adição da semente de abacate contribuiu para maior homogeneidade superficial do filme e proteção à radiação UV, além de conferir atividade antimicrobiana comprovada pela prova de conceito com potencial aplicação na conservação de frutas, como morangos. Conclui-se que o uso de biopolímeros renováveis, como FS, CB, amido de milho e resíduos como a semente do abacate demonstram viabilidade para serem bioplásticos aplicados no desenvolvimento de embalagens inteligentes e ativas. Tais materiais apresentaram potencial para monitorar e prolongar a vida útil de alimentos, reduzir o desperdício e promover a sustentabilidade na cadeia alimentar.

Resumo (inglês)

Growing concern about food waste and the environmental impact of petroleum-based packaging has driven the development of sustainable alternatives that contribute to food preservation. In this context, two innovative packaging solutions were developed: one smart, with a freshness indicator sensor, and the other active, with antimicrobial properties. The smart packaging was produced from films composed of silk fibroin (SF) and bacterial cellulose (BC). Films with different percentages of SF and BC were combined. Increasing the SF concentration increased the thickness of the films, which presented nanofiber structures and a high surface area, as evidenced by SEM micrographs. FTIR spectra did not indicate chemical changes and opacity tests and dynamic mechanical analysis revealed that the SF/BC-3 film (60% SF and 40% BC) presented suitable characteristics for application as a sensor. The halochromic dye pyrylazo (Pyr) proved to be a good choice for the freshness indicator sensor, as cytotoxicity and mutagenicity tests revealed it to be safe for the desired application. Furthermore, the dye demonstrated good interaction with the different SF and BC films and compositions, with low Pyr release into the aqueous medium. The chemical and halochromic properties of Pyr were maintained even after being added to the SF/BC-3 film. Tests with biogenic amines and meat products indicated that the SF/BC-3 film combined with Pyr (SF/BC-3-Pyr) showed promise in detecting basic volatile components resulting from meat degradation, as evidenced by its color change. For active packaging, cornstarch films with glycerol (AG) and with the addition of Persea americana avocado seed powder (AGA) were developed. Both presented similar physicochemical characteristics in terms of thickness and water vapor permeability. Furthermore, FTIR spectra showed no chemical alteration in the AG and AGA films. The addition of avocado seeds contributed to greater film surface homogeneity and UV radiation protection, in addition to conferring antimicrobial activity, as demonstrated by the proof of concept, with potential application in the preservation of fruits such as strawberries. The conclusion is that the use of renewable biopolymers such as SF, BC, cornstarch, and waste materials such as avocado seeds demonstrate viability as bioplastics for use in the development of smart and active packaging. These materials have the potential to monitor and extend the shelf life of food, reduce waste, and promote sustainability in the food chain.