Filmes de poli (ácido lático) - PLA, incorporados com quitosana e nanopartículas de ZnO, para aplicação em embalagens alimentícias: Propriedades microbiológicas e funcionais

Abstract

Os biopolímeros têm se tornado cada vez mais relevantes na indústria de embalagens alimentícias devido às suas características funcionais e ao menor impacto ambiental em relação aos polímeros convencionais. Derivados de fontes renováveis, eles são biodegradáveis, o que contribui para a redução de resíduos plásticos. Além de apresentar atividades antimicrobianas e antioxidantes, esses materiais atuam como barreira contra umidade, oxigênio e agentes externos, auxiliando na preservação dos alimentos. As embalagens funcionais são desenvolvidas pela combinação de materiais a determinadas substâncias, com o intuito de aprimorar suas propriedades, destacando-se entre elas as nanopartículas (NPs) de óxidos metálicos. O óxido de zinco (ZnO) possui atributos significativos para o uso em embalagens, pois apresenta aparência física uniforme, alta estabilidade química, ação antimicrobiana e poder de absorção das radiações UV e IV, além de ser atóxico. Quando associado a filmes plásticos, o ZnO contribui para a redução da entrada de oxigênio e umidade, retardando a deterioração dos alimentos. A síntese de ZnO NPs foi executada pelo método Pechini, o qual exibe resultados com boa homogeneidade, permite o controle estequiométrico, opera a baixas temperaturas de calcinação, é de simples execução e possui custo reduzido. A quitosana, conhecida por sua atividade antimicrobiana, é extraída de subprodutos da pesca, tornando-se uma opção econômica e viável em aplicações biológicas. O ácido polilático (PLA), um biopolímero de origem biodegradável e biocompatível, proveniente de fontes vegetais, foi empregado como matriz polimérica no desenvolvimento dos filmes, combinado às ZnO NPs à quitosana. A caracterização foi realizada por Difração de Raios X (DRX), Espectroscopias de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) e Raman, Espectrofotometria UV-VIS, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Potencial Zeta (PZ). Os resultados confirmaram a obtenção de ZnO NPs com alta cristalinidade. Os testes de atividade antimicrobiana, feitos pelo método de difusão em disco de ágar, para quatro diferentes cepas, demonstraram a eficácia dos filmes de PLA incorporados com ZnO., pela inibição às bactérias gram-positivas, evidenciando seu potencial antimicrobiano.

Biopolymers have become increasingly important in the food packaging industry due to their functional characteristics and lower environmental impact compared to conventional polymers. Derived from renewable sources, they are biodegradable, which contributes to the reduction of plastic waste. In addition to presenting antimicrobial and antioxidant activities, these materials act as a barrier against moisture, oxygen and external agents, helping to preserve food. Functional packaging is developed by combining materials with certain substances, with the aim of improving their properties, among which are nanoparticles (NPs) of metal oxides. Zinc oxide (ZnO) has significant attributes for use in packaging, as it has a uniform physical appearance, high chemical stability, antimicrobial action and power to absorb UV and IR radiation, in addition to being non-toxic. When associated with plastic films, ZnO helps to reduce the entry of oxygen and moisture, delaying food spoilage. The synthesis of ZnO NPs was performed by the Pechini method, which shows results with good homogeneity, allows stoichiometric control, operates at low calcination temperatures, is simple to perform and has a reduced cost. Chitosan, known for its antimicrobial activity, is extracted from fishing by-products, making it an economical and viable option for biological applications. Polylactic acid (PLA), a biodegradable and biocompatible biopolymer from plant sources, was used as a polymeric matrix in the development of the films, combined with ZnO NPs and chitosan. The characterization was performed by X-ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared (FTIR), UV-Vis and Raman Spectroscopies, Scanning Electron Microscopy (SEM) and Zeta Potential (ZP). The results confirmed the production of ZnO NPs with high crystallinity. Antimicrobial activity tests, performed using the agar disc diffusion method for four different strains, demonstrated the effectiveness of PLA films incorporated with ZnO, by inhibiting Gram-positive bacteria, demonstrating their potential potential.