Desenvolvimento de nanocompósitos contendo peptídeos antimicrobianos para uso em alimentos

Abstract

Nanocompósitos antimicrobianos foram desenvolvidos a partir de bacteriocinas (nisina e pediocina), nanoargilas (montmorilonita e haloisita) e polímeros sintético (polipropileno) e biodegradável (amido de milho). A caracterização foi feita quanto a propriedades antimicrobianas, por difusão em ágar; estruturais, por meio de microscopia eletrônica de varredura e difração de raios-X; propriedades mecânicas, cujos parâmetros foram resistência à tração, deformação da ruptura e módulo de Young; propriedades térmicas, por análise termogravimétrica e, conforme o caso, calorimetria diferencial de varredura. Independentemente das diferentes técnicas e formulações empregadas para o preparo dos filmes, os resultados obtidos para essas propriedades demostraram que a incorporação de nisina e pediocina alterou a matriz polimérica original, com perda parcial de homogeneidade e cristalinidade e modificação do desempenho dos materiais. A adição de argilas foi importante para melhorar ou manter as propriedades funcionais dos filmes resultantes, enquanto que a capacidade de inibição de bactérias Gram-positivas in vitro (Listeria monocytogenes, Clostridium perfringens e Staphylococcus aureus) foi alcançada em todas as formulações, porém influenciada pela presença do nanoreforço. Nos filmes de polipropileno/montmorilonita adicionados de nisina, propriedades de barreira foram também avaliadas e os resultados mostraram que a presença do antimicrobiano não influenciou a permeabilidade ao vapor d‘água, mas aumentou a permeabilidade ao oxigênio. Além disso, a migração de nisina a partir dos nanocompósitos ativos de polipropileno ocorreu durante 48 h em soluções simulantes de alimentos. Com relação aos filmes de amido, a análise complementar de espectroscopia de infravermelho evidenciou poucas interações químicas entres os aditivos nos nanocompósitos obtidos por extrusão, mas grandes alterações de bandas devido a ligações de hidrogênio estabelecidas entre os componentes durante o preparo dos filmes pela técnica de casting. A análise de cor refletiu a aparência dos filmes de amido, com destaque ao parâmetro b, o qual expressou em valores significativamente mais elevados o aspecto escuro adquirido pelos nanocompósitos devido à presença de haloisita e bacteriocinas. Algumas formulações tiveram a incorporação das bacteriocinas previamente adsorvidas em haloisita, já que paralelamente este estudo mostrou que nisina e pediocina foram capazes de adsorver em três diferentes tipos de nanoargilas. A técnica de adsorção dos peptídeos mostrou-se interessante por melhorar a cor e as propriedades estruturais, mecânicas e térmicas, apesar de afetar negativamente a transparência e atividade antimicrobiana. Finalmente, a real aplicação dos nanocompósitos em alimento foi realizada empregando-se os filmes de amido contendo nisina elaborados por extrusão para controle de L. monocytogenes em queijo Minas Frescal. Estes resultados apontaram o potencial de utilização dos nanocompósitos visto que o patógeno foi eficientemente inibido após 4 dias de estocagem do alimento modelo a 4ºC. Portanto, os nanocompósitos antimicrobianos desenvolvidos a partir de polipropileno e amido de milho oferecem inovação tecnológica com perspectiva de aplicação como embalagem de alimentos.

Antimicrobial nanocomposites were developed using bacteriocins (nisin and pediocin), nanoclays (montmorillonite and halloysite) and synthetic (polypropylene) and biodegradable (corn starch) polymers. The characterization was carried out in relation to antimicrobial properties, by agar diffusion assay; structural properties, by scanning eletron microscopic and X-ray diffraction; mechanical properties, which parameters was tensile strength, deformation at break and Young‘s modulus; thermal properties, by thermogravimetric analysis, and where applicable, scanning differential colorimetric. Regardless of different thecniques and formulations used for preparation of films, the results obtained for these properties showed that incorporation of nisin and pediocin altered the polymer matrix, with partial loss of homogeneity and cristallinity and performance modification of materials. The addition of clays was important to improve or maintain the functional properties of resultant films, whereas the inhibiton of Gram-positive bacteria in vitro (Listeria monocytogenes and Clostridium perfringens) was achieved in all formulations, but influenced by the presence of the nanoreinforcement. In polypropylene/montmorillonite films added with nisin, barrier properties were also evaluated and the results showed that the antimicrobial did not influence the water vapor permeability, but increased the oxygen permeability. Moreover, the nisin migration from active polypropylene nanocomposites occurred during 48 h in food simulants. In relation to starch films, the complementary analysis of infrared spectroscopy evidenced minimal chemical interactions between additives and polymer in nanocomposites obtained by extrusion, however major changes of bands due to hydrogen bonds established between components during preparation of the films by the casting technique. The color analysis reflected the appearance of starch films, especially for b parameter which expressed in significantly higher values the darker aspect of nanocomposites because of the presence of halloysite and bacteriocins. Some formulations was incorporated with bacteriocins previously adsorbed on halloysite, since this study showed parallel that nisin and pediocin were able to adsorb in three different types of nanoclays. The adsorption thecnique was interesting because improved color and structural, mechanical and termal properties, although it negativelly affected the transparency and antimicrobial activity. Finally, the real application of nanocomposites in food was conducted using starch films with nisin developed by extrusion to control L. monocytogenes in Minas Frescal cheese. These results indicated the potential use of the nanocomposites since the pathogen was effectivelly inhibited after 4 days of storage at 4ºC. Therefore, the antimicrobial nanocomposites developed with polypropylene and starch offer technological innovation with application perspective as food packaging.