Aspectos antimicrobianos, antioxidantes e toxicológicos de carvacrol encapsulado em nanocápsulas de mucilagem de chia para aplicação em produtos lácteos

Abstract

A eficácia do carvacrol (CAR) como aditivo alimentar tem sido amplamente reconhecida devido às suas propriedades antimicrobianas e antioxidantes. No entanto, limitações como alta volatilidade, aroma intenso e baixa solubilidade em água restringem sua aplicação direta em alimentos. Nesse contexto, a nanoencapsulação de CAR em mucilagem de chia, surge como estratégia para contornar essas limitações, promovendo liberação controlada, maior estabilidade e potencialização da atividade biológica do composto. O objetivo do presente trabalho foi avaliar a atividade antibacteriana, antioxidante e possível toxicidade de nanocápsulas de CAR produzidas com mucilagem de chia (CMNP), visando à aplicação como agente antimicrobiano em produtos lácteos. Em um primeiro momento, foi conduzida uma revisão narrativa da literatura sobre aspectos tecnológicos e toxicológicos do CAR e o papel da nanotecnologia em melhorar tais aspectos. Em um segundo momento, foram conduzidos experimentos para avaliar a concentração inibitória bactericida (CIB) de CMNP e de CAR em solução (CS) contra um coquetel de Escherichia coli in vitro, seguido de suas aplicações em leite desnatado e integral e da contagem de E. coli. Além disso, a quantificação do CAR em função do tempo nas amostras tratadas com CMNP e CS, bem como a atividade antioxidante das amostras de leite, também foram investigados. Em uma terceira etapa, foram conduzidos experimentos para avaliar a CIB de CMNP e CS contra um coquetel de Listeria monocytogenes in vitro, seguidos da aplicação das CMNP e CS em queijo Minas Frescal. As amostras de queijo foram submetidas às análises microbiológicas, físico-químicas, de textura e cor, bem como à análise toxicológica usando o nematoide Caenorhabditis elegans como modelo experimental. Os resultados da revisão narrativa mostraram que nanopartículas carregadas com CAR exibem atividade antimicrobiana e antioxidante aprimorada, representando uma nova abordagem para a conservação de alimentos. No entanto, os dados toxicológicos são limitados, particularmente para as formas nanoencapsuladas de CAR, ressaltando a necessidade de avaliações de segurança mais abrangentes. O estudo com amostras de leite mostrou que CMNP inibiu E. coli em leite integral e desnatado a 37 ºC, mesmo em concentrações reduzidas (½ CIB, 0,42 mg mL-1), ao passo que CS exigiu maiores concentrações para efeito semelhante. A 5 ºC, a CIB de CMNP (0,83 mg mL-1) foi necessária para reduzir E. coli a níveis indetectáveis no leite integral, enquanto ½ CIB (0,42 mg mL-1) foi suficiente em leite desnatado. Além disso, a presença de CMNP e CS em leite resultou em um aumento na atividade antioxidante em ambas as amostras. A quantificação de CAR nas amostras mostrou que as CMNP promoveram liberação gradual do composto. O pico de liberação ocorreu após 6 horas em leite integral e 12 horas em leite desnatado, quando armazenados a 37 ºC, e após 2 dias durante o armazenamento a 5 ºC. Por outro lado, CS apresentou níveis elevados de CAR no primeiro dia a 37 ºC e a 5 ºC, seguido de queda ao longo do tempo em ambos os tipos de leite. A aplicação de CMNP em queijo Minas Frescal resultou em redução significativa nas contagens de L. monocytogenes e nas contagens bacterianas totais durante 30 dias de armazenamento a 7 ºC. Além disso, os queijos adicionados de CMNP foram considerados seguros no modelo C. elegans. Paralelamente, as análises físico-químicas indicaram alterações na umidade e textura dos queijos adicionados de CMNP. Em conjunto, os resultados sugerem que a nanoencapsulação do CAR em mucilagem de chia é uma abordagem promissora para melhorar a segurança microbiológica e prolongar a vida útil de produtos lácteos, como o queijo Minas Frescal, potencializando suas propriedades antioxidantes e antimicrobianas. Ao mesmo tempo, o presente estudo aponta a necessidade de avaliar cuidadosamente os impactos do CAR nanoencapsulado sobre atributos sensoriais, físico-químicos e de segurança dos alimentos, de modo a atender às exigências legais e do mercado consumidor.

The effectiveness of carvacrol (CAR) as a food additive has been widely recognized due to its antimicrobial and antioxidant properties. However, limitations such as high volatility, intense aroma, and low water solubility restrict its direct application in foods. In this context, the nanoencapsulation of CAR in chia mucilage emerges as a strategy to overcome these limitations, promoting controlled release, greater stability, and enhancement of the compound's biological activity. The objective of this study was to evaluate the antibacterial and antioxidant activity and possible toxicity of CAR nanocapsules produced with chia mucilage (CMNP), aiming at their application as an antimicrobial agent in dairy products. First, a narrative review of the literature on the technological and toxicological aspects of CAR and the role of nanotechnology in improving these aspects was conducted. Second, experiments were conducted to evaluate the bactericidal inhibitory concentration (BIC) of CMNP and CAR in solution (CS) against a cocktail of Escherichia coli in vitro, followed by their applications in skimmed and whole milk and the counting of E. coli. In addition, the quantification of CAR over time in samples treated with CMNP and CS, as well as the antioxidant activity of milk samples, were also investigated. In a third stage, experiments were conducted to evaluate the BIC of CMNP and CS against a cocktail of Listeria monocytogenes in vitro, followed by the application of CMNP and CS in Minas Frescal cheese. The cheese samples were subjected to microbiological, physicochemical, texture, and color analyses, as well as toxicological analysis using the nematode Caenorhabditis elegans as an experimental model. The results of the narrative review showed that CAR-loaded nanoparticles exhibit enhanced antimicrobial and antioxidant activity, representing a novel approach to food preservation. However, toxicological data are limited, particularly for nanoencapsulated forms of CAR, highlighting the need for more comprehensive safety assessments. The study with milk samples showed that CMNP inhibited E. coli in whole and skim milk at 37°C, even at reduced concentrations (½ BIC, 0.42 mg mL-1), whereas CS required higher concentrations for a similar effect. At 5 °C, the BIC of CMNP (0.83 mg mL⁻¹) was necessary to reduce E. coli to undetectable levels in whole milk, while ½ BIC (0.42 mg mL⁻¹) was sufficient in skim milk. In addition, the presence of CMNP and CS in milk resulted in an increase in antioxidant activity in both samples. The quantification of CAR in the samples showed that CMNP promoted gradual release of the compound. Peak release occurred after 6 hours in whole milk and 12 hours in skim milk when stored at 37 °C, and after 2 days during storage at 5 °C. On the other hand, CS showed high levels of CAR on the first day at 37 °C and 5 °C, followed by a decrease over time in both types of milk. The application of CMNP in Minas Frescal cheese resulted in a significant reduction in L. monocytogenes counts and total bacterial counts during 30 days of storage at 7 °C. In addition, cheeses with added CMNP were considered safe in the C. elegans model. At the same time, physicochemical analyses indicated changes in the moisture and texture of the cheeses with added CMNP. Together, the results suggest that nanoencapsulation of CAR in chia mucilage is a promising approach to improving microbiological safety and extending the shelf life of dairy products, such as Minas Frescal cheese, enhancing their antioxidant and antimicrobial properties. At the same time, this study points to the need to carefully evaluate the impacts of nanoencapsulated CAR on sensory, physicochemical, and food safety attributes in order to meet legal and consumer market requirements.