Development of chitosan packaging films with carvacrol and grape seed extract as antimicrobial and antioxidant agents

In order to produce packaging films with a broad spectrum of action on microorganisms, the effect of two antimicrobial (AM) to be included in the films, carvacrol and GSE were studied separately on different microorganisms. Carvacrol was more effective against the grampositive bacteria than against the gram-negative bacterium. GSE was not effective against yeast. Subsequently, a search for optimal combinations of carvacrol, GSE and the addition of chitosan (as a third component with film forming properties) was carried out. Response surface analysis showed several synergetic effects and three optimal AM combinations (OAMC) were obtained for each microorganism. The experimental validation confirmed that the optimal solutions found can successfully predict the response for each microorganism. The optimization of mixtures of the three components, but this time, using the same concentration for all microorganisms, was also studied to obtain an OAMC with wide spectrum of activity. The results of the response surface analysis showed several synergistic effects for all microorganisms. Three OAMC, OAMC-1, OAMC-2, OAMC-3, were found to be the optimal mixtures for all microorganisms. The radical scavenging activity (RSA) of the different agents was then compared with a standard antioxidant (AOX) BHT, at different concentrations; as also at the OAMC. The RSA increased in the following order: chitosan<carvacrol<BHT<GSE and for the OAMC: OAMC-2<OAMC-1<OAMC-3. The best AOX solution, OAMC-3 was applied as a coating in food. P. aeruginosa was the more sensitive and S. aureus was the most resistant to the action of OAMC-3. The physico-mechanical properties of 3 films, film-1 with OAMC-1, film-2 with OAMC-2 and film-3 with OAMC-3 were studied. Film-3 presented the lowest WVP, CO2P and TS values and the highest O2P whereas film-1 presented the highest WVP and the lowest crystallinity, CO2P, TS and luminosity. Being one of the components of GSE, gallic acid (GA) release in water from film-1, film-2 and film-3 was next studied over a 30 day period. The mathematical model for the release of GA based on Fick’s law successfully fitted the experimental data and GA diffusion coefficients, assumed to be Arrhenius temperature dependent were obtained for each film. This work will contribute to the development of environmentally friendly packaging films, resulting in improved food preservation and shelf-life extension.

Hoje em dia, as embalagens fazem parte da vida do próprio alimento. Existem embalagens passivas ou activas. A embalagem passiva (EP) pretende somente isolar (embalagem tradicional), pelo que é essencial cuidar do material e da sua composição para conhecer as suas limitações e riscos potenciais. Nesta categoria incluem-se a maior parte das embalagens tradicionais. Existem inovações nas EP’s que aumentam a função de barreira, como a selecção de materiais impermeáveis ou de permeabilidade selectiva para que as embalagens se ajustem a produtos que "respiram". Na maioria dos casos, as inovações recentes estão ligadas ao custo e à optimização do desempenho da função de barreira da embalagem. Pelo contrário, a embalagem activa (EA) é algo completamente diferente. Na realidade, na aparência são como as embalagens clássicas com uma diferença notável: o conhecimento do comportamento dos materiais nomeadamente a sua capacidade de incluir compostos na sua estrutura molecular que migrem através desta, permite impregna-los com substâncias antimicrobianas que possam actuar como conservantes, ser potenciadoras de algumas características interessantes do produto ou melhoradoras do produto desde o ponto de vista de qualidade ou de segurança do mesmo. Com excepção de um número muito limitado de alimentos, todos os outros se deterioram a uma determinada velocidade após embalamento e durante a armazenagem. O princípio da EA com propriedades antimicrobianas (AM) e antioxidantes (AOX) baseia-se no facto de que, na maioria dos alimentos sólidos ou semi-sólidos, o crescimento microbiano ou reacção de oxidação ocorrer à superfície do alimento, e através do seu contato com o filme de embalagem, se conseguir um prolongamento do período de latência com consequente redução da velocidade de crescimento microbiano ou a sequestração dos radicais livres no caso das reacções de oxidação aumentando o prazo de validade. As EA com propriedades antimicrobianas são actualmente uma das áreas mais desenvolvidas e com futuro na conservação de alimentos perecíveis depois dos absorvedores de oxigénio. O objectivo deste trabalho foi desenvolver, caracterizar e estudar o efeito de EA com diferentes combinações de extracto de graínha de uva (EGU), carvacrol e quitosano, com propiedades antimicrobianas e antioxidantes. Este trabalho contribuirá para o desenvolvimento de embalagens amigas do ambiente, com uma melhoria na preservação dos alimentos e aumento do seu tempo de prateleira.

Universidade do Algarve, Faculdade de Ciências e Tecnologia