Preparação de filmes de Etil(hidroxietil) celulose (EHEC) contendo antocianinas derivadas de extrato de amoras para aplicação em embalagens inteligentes para alimentos

Abstract

Embalagens inteligentes têm se tornado foco de vários estudos, devido à sua vasta aplicabilidade no setor de alimentos, facilitando a compra e a verificação da qualidade do produto antes de ser consumido. Essas características podem ser obtidas por meio da utilização de filmes poliméricos atóxicos, não solúveis em água, contendo indicadores de frescor, pH ou temperatura. Nesse sentido, embalagens formadas por filmes poliméricos contendo antocianinas podem ser uma opção interessante. Antocianinas são compostos presentes em frutas, verduras e vegetais, que possuem um poder de alteração de coloração em diferentes pHs, além de possuírem propriedades antioxidantes e antimicrobianas. No entanto, após extraídas, as antocianinas apresentam baixa estabilidade, podendo essa ser aumentada, por exemplo, pela esterificação de um ou mais de seus grupamentos hidroxila. O objetivo do presente estudo foi realizar a esterificação das antocianinas derivadas de extrato de amoras diretamente em filmes de etil-hidroxietil celulose (EHEC) bio-oxidados, a fim de utilizá-los no desenvolvimento de embalagens inteligentes para alimentos. A ligação covalente das antocianinas em filmes não é comum, apesar de poder ajudar na estabilidade e durabilidade do filme. Inicialmente, foi preparado um extrato de amoras através da sonicação das frutas congeladas em uma mistura de etanol e HCl (80:20). O extrato foi analisado por espectroscopia de UV-VIS em diferentes valores de pH e, o teor de antocianinas totais foi de 0,42 mg por mL de extrato. A segunda etapa foi a produção de filmes de EHEC insolúveis em água através da otimização do processo de reticulação, que levou à produção de um filme ótimo através da reação em água utilizando o agente reticulante glioxal (10% m/m) em 4 h de reação a 80°C. Para que fosse possível realizar a ligação covalente das antocianinas, o filme de EHEC foi bio-oxidado utilizando a enzima lacase (Pleurotus ostreatus) e o mediador TEMPO (2,2,6,6-tetrametilpiperidina-1-oxil). O tempo de oxidação padronizado foi de 2 horas, em sistema oxigenado à temperatura ambiente. Após a bio-oxidação, o extrato contendo antocianinas foi reagido com o filme para formação de ligações éster. A reação foi conduzida a 25 °C, na presença ou ausência de agentes copigmentantes (ácido cafeico, ácido ascórbico e anidrido maleico). O filme com melhor desempenho foi obtido após 2 horas de reação, na presença de ácido ascórbico como agente. As caracterizações do filme, realizadas por espectroscopia UV-Vis e FTIR, confirmaram o sucesso do processo, evidenciando a presença das antocianinas no filme mesmo após diversas lavagens, além de demonstrar que o material é capaz de sofrer variações de cor em função do pH. Os filmes produzidos se mantiveram estáveis por 90 dias. Por fim, a análise de monitoramento de degradação do alimento mostrou que o filme desenvolvido possui potencial para ser utilizado em embalagens alimentícias, oferecendo uma alternativa sustentável para o controle da qualidade do produto ao longo do tempo.

Abstract: Intelligent packaging has garnered attention in numerous studies due to its wide ranging potential in the food industry, facilitating product purchase and quality verification before consumption. These features can be achieved using non-toxic, water-insoluble polymer films embedded with freshness, pH, or temperature indicators. In this context, packaging made from polymer films containing anthocyanins may be a promising option. Anthocyanins are compounds found in fruits, vegetables, and plants, which can change color at different pH levels. However, after extraction, anthocyanins tend to be unstable; however, this instability can be improved, for example, by esterifying one or more hydroxyl groups. This study aimed to covalently attach anthocyanins derived from blackberry extract to biooxidized ethyl-hydroxyethyl cellulose (EHEC) films for the development of smart food packaging. Covalent bonding of anthocyanins in films is rare but could enhance the stability and durability of the material. First, a blackberry extract containing anthocyanins was prepared by sonication of frozen fruits in a mixture of ethanol and HCl (80:20). UV-VIS analysis at different pH values revealed a total anthocyanin content of 0.42 mg/mL in the extract. Next, water-insoluble EHEC films were produced through optimized crosslinking, resulting in an optimal film by reacting the water-solubilized EHEC polymer with glyoxal (10% m/m) for 4 hours at 80°C. To enable covalent bonding with anthocyanins, the EHEC film was biooxidized using the enzyme laccase (Pleurotus ostreatus) and the mediator TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl). The optimal oxidation time was 2 hours in an oxygenated system at room temperature. After biooxidation, the anthocyanin-containing extract was reacted with the film to form ester bonds. This reaction was conducted at room temperature (25°C) with or without additives, including caffeic acid, ascorbic acid, and maleic anhydride. The best results were obtained after 2 hours at room temperature, using ascorbic acid. UV and FTIR analysis of the film confirmed the successful incorporation and stability of anthocyanins, showing the material?s capacity to change color in response to pH. Finally, food degradation monitoring demonstrated that the developed film has potential for use in food packaging, offering a sustainable alternative to maintain product quality over time.