Nanoemulsões contendo carvacrol: desenvolvimento, caracterização e aplicação na sanitização de alfaces

Abstract

Os compostos antimicrobianos naturais, como os ácidos orgânicos e os óleos essenciais, têm demonstrado ser promissores na sanitização de vegetais visando a segurança destes alimentos. Nanoemulsões podem aumentar a estabilidade e permitir a liberação controlada destes compostos, porém se tem pouco conhecimento sobre seus efeitos na sanitização de vegetais. Diante disso, foi realizada uma revisão bibliográfica utilizando artigos publicados em inglês, entre 2012 a 2022, com o objetivo de identificar fatores que influencia a aplicação de nanoemulsões (NE) antimicrobianas em vegetais. As publicações (17 no total) reportaram que a ação da NE em vegetais frescos depende da composição e dos métodos de produção, bem como da técnica de aplicação sob a superfície vegetal. Posteriormente, neste trabalho, foram desenvolvidas nanoemulsões de carvacrol por ultrassom de ponteira utilizando surfactante natural (saponina - NCS) ou sintético (polisorbato 80 - NCP) com quantidades variáveis de triglicerídeos de cadeira média (TCM): 5,50 mg/mL de TCM (NCP1 e NCS1) e 22,0 mg/mL de TCM (NCP2 e NCS2). Todas as formulações apresentaram diâmetros médios apropriados (de 74,7 nm a 168,2 nm) e alta eficiência de encapsulação do carvacrol (EE) (de 89,5% a 91,5%). As nanoemulsões de carvacrol com saponina (NCS1 e NCS2) demonstraram ter distribuição de gotas adequada (índice de PDI < 0,22) e apresentaram alta carga superficial (potencial zeta < -30 mV) em comparação com àquelas que continham polisorbato 80. A Concentração de Inativação Bacteriana (CIB) é uma metodologia adaptada da Concentração Bactericida Mínima (CBM). As nanoemulsões de carvacrol tiveram CIB contra o coquetel de Salmonella de 5,51 a 0,69 mg/mL e para o coquetel de E. coli de 1,84 a 0,69 mg/mL. As formulações com baixo teor de TCM (NCP1 e NCS1) tiveram efeito bactericida em baixas CIB (1,15 a 0,69 mg/mL). Entre todas as nanoemulsões testadas, NCS1 mostrou a menor CIB (0,69 mg/mL) contra ambos os coquetéis bacterianos. Na sanitização de alfaces, o CNS1 mostrou efeito semelhante ao do carvacrol não-encapsulado com uma alta redução bacteriana (> 3 log CFU/g) após a imersão da alface por 15 min a 2×CIB. A NCS1 demonstrou melhor eficácia na redução dos coquetéis bacterianos (> 3 log UFC/g) quando comparada com ácido acético e ácido cítrico (que reduziu < 3 log UFC/g para os dois coquetéis bacterianos). Enquanto isso, NCS1 (2×CIB), comparada à solução de hipoclorito de sódio (150 ppm), obteve reduções superiores para Salmonella (> 3 log CFU/g) e similares para E. coli (≅ 3 log CFU/g) após a imersão da alface por 15 min. A imersão de alface em NCS1 durante 15 min, para ambas concentrações de carvacrol (CIB e 2×CIB) não teve impacto significativo na cor e na firmeza das amostras. Por outro lado, o tratamento das alfaces com carvacrol não-encapsulado na 2×CIB escureceu e reduziu a firmeza das alfaces tratadas. Consequentemente, a nanoemulsão de carvacrol-saponina (NCS1) provou ser um sanitizante potencial para a alface.

Natural antimicrobial compounds, such as organic acids and essential oils, can be promising sanitizers for vegetables. Encapsulation of these compounds in nanoemulsions can increase their stability and allow controlled release of the bioactive compound. However, some factors may influence the antimicrobial activity of nanoemulsions applied on vegetables. For this reason, a review of articles published between 2012 and 2022 was conducted with the aim of investigating the application of antimicrobial nanoemulsions (NE) applied to vegetables. The publications (17 in total) reported that the action of NE on fresh vegetables depends on the composition and production methods, as well as, the technique of NE application on the vegetable surface. Subsequently, in this work, carvacrol nanoemulsions were developed by probe sonication using natural surfactant (saponin - CNS) or synthetic (polysorbate 80 - CNP) with varying amounts of medium-chair triglycerides (MCT): 5.50 mg/mL of MCT (CNP1 and CNS1) and 22.0 mg/mL of TCM (CNP2 and CNS2). All formulations showed appropriate droplet sizes (from 74.7 nm to 168.2 nm) and high encapsulation efficiency of carvacrol (EE) (from 89.5% to 91.5%). Carvacrol nanoemulsion with saponin (CNS1 and CNS2) demonstrated to have adequate droplet distribution (PDI index < 0.22) and presented high surface charge (zeta potential < -30 mV) compared to those containing polysorbate 80. The Bacterial Inactivation Concentration (BIC) is a methodology adapted from the Minimum Bactericidal Concentration (MBC). Carvacrol nanoemulsions had BIC against Salmonella cocktail from 5.51 to 0.69 mg/mL and for E. coli cocktail from 1.84 to 0.69 mg/mL. Formulations with low MCT content (CNP1 and CNS1) had bactericidal effect at low BIC (1.15 to 0.69 mg/mL). Among all tested nanoemulsions, CNS1 showed the lowest BIC (0.69 mg/mL) against both bacterial cocktails. For lettuce sanitization, CNS1 showed similar effect to unencapsulated carvacrol with a high bacterial reduction (> 3 log CFU/g) after lettuce immersion for 15 min at 2×BIC. The CNS1 demonstrated better efficacy in reducing both tested bacterial cocktails (> 3 log CFU/g) when compared to acetic and citric acids (that reduced < 3 log CFU/g for bacterial cocktails). Meanwhile, CNS1 (2×BIC), compared to sodium hypochlorite solution (150 ppm), achieved superior reductions for Salmonella (> 3 log CFU/g) and similar for E. coli (≅ 3 log CFU/g) after immersion of lettuce for 15 min. Immersion of lettuce in CNS1 for 15 min for both concentrations of carvacrol (BIC and 2×BIC) had no significant impact on the color and firmness of the samples. On the other hand, treating lettuce with non-encapsulated carvacrol at 2×BIC darkened and reduced the firmness of the treated lettuce. Consequently, the carvacrol-saponin nanoemulsion (CNS1) proved to be a potential sanitizer for lettuce.