Produção de nanopartículas de quitosana/amido/β-caroteno e incorporação em filmes de amido termoplástico para aplicação em embalagens inteligentes

Abstract

As embalagens inteligentes, com funções indicadoras, possuem recursos integrados que resultam em um sistema de monitoramento do frescor e da qualidade dos alimentos em tempo real. O β-caroteno, que é um micronutriente com propriedades antioxidantes e responsivas ao pH, é um exemplo de composto que pode ser integrado na embalagem indicadora. No entanto, este composto apresenta algumas limitações, como a sensibilidade à luz UV e ao calor, o que prejudica sua aplicação em certas condições. Neste contexto, o encapsulamento do β-caroteno torna-se uma estratégia que pode melhorar sua estabilidade. Este trabalho teve como objetivo produzir filmes de amido termoplástico (TPS) contendo nanopartículas de quitosana/amido/β-caroteno para aplicação em sistemas inteligentes e biodegradáveis. As nanopartículas foram produzidas utilizando uma metodologia que integra os métodos de dispersão e gelificação iônica, com duas variações (denominadas MA e MB), que se diferenciam pela ordem de adição do agente reticulante – tripolifosfato de sódio (TPP), e foram incorporadas (20% m/m) em filmes de TPS obtidos em solução (solution casting). A análise da morfologia indicou que as nanopartículas MA possuem formato esférico com β-caroteno aderido na superfície, enquanto que a amostra MB possui formato poliédrico com o composto incorporado homogeneamente. A eficiência de incorporação (EI) das amostras MA foi maior que MB (81,5 ± 4,1% e 66,3 ± 8,1%, respectivamente). A morfologia da superfície de fratura dos filmes de TPS com nanopartículas incorporadas apresentou rugosidade e o surgimento de microtrincas. As análises de permeabilidade ao vapor de água e absorção de água em imersão mostraram que a incorporação das nanopartículas nos filmes resultou no efeito de barreira, especialmente na amostra MA20%. Na avaliação da resposta ao pH, tanto o β-caroteno puro quanto os filmes apresentaram alterações de cor em pH ácido e básico, indicando o potencial deste material para a aplicação proposta.

Smart packaging with indicator function has integrated features that result in a real-time monitoring system for food freshness and quality. β-carotene, a micronutrient with antioxidant and pH-responsive properties, is an example of a compound that can be integrated into indicator packaging. However, this compound has some limitations, such as sensitivity to UV light and heat, which hinders its application under certain conditions. In this context, encapsulation of β-carotene becomes a strategy that can improve its stability. This work aimed to produce thermoplastic starch (TPS) films containing chitosan/starch/β-carotene nanoparticles for application in smart and biodegradable systems. The nanoparticles were produced using a methodology which integrate dispersion and ionic gelation methods, with two variations (called MA and MB), which differ on the order of addition of the crosslinking agent – sodium tripolyphosphate (TPP), and were incorporated (20% w/w) into TPS films obtained by solution casting. MA nanoparticles exhibited a spherical shape with β-carotene adhered to the surface, while the MB sample showed a polyhedral shape with the compound incorporated homogeneously. The incorporation efficiency (EI) of the MA particles was higher than MB (81.5 ± 4.1% and 66.3 ± 8.1%, respectively). The fracture surface morphology of the TPS films with incorporated nanoparticles presented some microtracks and a higher roughness when compared with pure TPS. Water vapor permeability and water absorption analyses showed that the incorporation of nanoparticles into the films resulted in a barrier property, especially in the MA20% sample. Finally, both pure β-carotene and the films showed color changes at acidic and basic pH, evidencing the potential of this material for the proposed application.