Filmes Ativos Biodegradáveis de Fécula de Mandioca com Carvacrol Livre ou Nanoencapsulado para Conservação de Carne Moída

Abstract

O desenvolvimento de filmes biodegradáveis com compostos ativos naturais surge como uma alternativa promissora às embalagens convencionais não biodegradáveis e aos aditivos sintéticos. Este estudo teve como objetivo desenvolver e avaliar filmes de fécula de mandioca incorporados com diferentes concentrações de carvacrol, tanto na forma livre quanto nanoencapsulada em mucilagem de chia (2%, 5% e 8%, em ambos), visando a aplicação da melhor formulação como embalagem ativa para a conservação de carne bovina moída refrigerada. Os filmes foram produzidos pela técnica de casting e caracterizados quanto às propriedades físico-químicas, térmicas, morfológicas, mecânicas e de barreira, além de sua eficácia contra patógenos de origem alimentar. As melhores formulações (8% de carvacrol, tanto livre como nanoencapsulada em mucilagem de chia) foram selecionadas para análises adicionais, incluindo retenção de carvacrol, ângulo de contato com a água, densidade, biodegradabilidade em solo e identificação de grupos funcionais. Posteriormente, os filmes foram aplicados como embalagem de carne bovina moída, e o produto foi avaliado quanto à atividade de água (aw), pH, parâmetros de cor, contagem de micro-organismos mesófilos e psicrotróficos e oxidação lipídica pelo método TBARS. A adição de carvacrol (livre e nanoencapsulado) aos filmes melhorou a hidrofilicidade e afinidade com a matriz polimérica. Os filmes com carvacrol livre apresentaram maior hidrofilicidade, menor resistência mecânica, estrutura heterogênea com microfissuras, maior permeabilidade ao vapor de água (PVA) e menor elasticidade. Já os filmes com carvacrol nanoencapsulado foram mais homogêneos, com melhor interação com a matriz, maior estabilidade térmica, melhor alongamento até a ruptura, menor transmissão de luz e maior densidade, sugerindo melhor barreira (continua). Ambos reduziram a solubilidade, mantiveram alta biodegradabilidade (85% em 20 dias) e demonstraram ação antimicrobiana contra Salmonella enterica e Listeria monocytogenes na concentração de 8%. A análise FTIR confirmou a presença do composto, evidenciando sua proteção na forma nanoencapsulada, já que comparado com o filme com carvacrol livre (FC) não foram observadas as mesmas bandas no filme com nanocápsulas de mucilagem de chia contendo carvacrol (CMNC). Ao revestir carne bovina moída refrigerada, os filmes ativos preservaram o produto, embora tenha ocorrido mudança na coloração da carne. A formulação dos filmes não afetou significativamente a aw das carnes mantidas nas mesmas condições de armazenamento. O filme CMNC destacou-se pela maior ação antimicrobiana e antioxidante, inibindo o aumento do pH, reduzindo micro-organismos mesófilos e psicrotróficos e retardando a deterioração microbiológica da carne. Além disso, os valores reduzidos de TBARS comprovaram sua eficácia contra a oxidação lipídica. O filme CMNC8% surge como uma alternativa inovadora e sustentável para a indústria alimentícia, sugerindo que esta formulação tem potencial de liberação controlada do composto bioativo, por sua maior eficiência em um tempo prolongado. Assim, os resultados demonstram que a incorporação de carvacrol, especialmente na forma nanoencapsulada, melhora a eficiência antimicrobiana e antioxidante dos filmes de fécula de mandioca, proporcionando maior proteção à carne bovina moída e possivelmente a outros produtos perecíveis.

The development of biodegradable films containing natural active compounds has emerged as a promising alternative to conventional non-biodegradable packaging and synthetic additives. This study aimed to develop and evaluate cassava starch-based films incorporated with different concentrations of carvacrol, in both free and nanoencapsulated forms using chia mucilage (2%, 5%, and 8% in each case), with the goal of applying the most effective formulation as an active packaging system for the preservation of refrigerated ground beef. The films were prepared using the casting technique and characterized for their physicochemical, thermal, morphological, mechanical, and barrier properties, as well as their efficacy against foodborne pathogens. The most effective formulations (8% carvacrol, both free and nanoencapsulated in chia mucilage) were selected for further analyses, including carvacrol retention, water contact angle, density, soil biodegradability, and functional group identification. Subsequently, the films were applied as packaging for ground beef, and the packaged meat was evaluated for water activity (aw), pH, color parameters, mesophilic and psychrotrophic microbial counts, and lipid oxidation using the TBARS method. The incorporation of carvacrol (free and nanoencapsulated) improved the hydrophilicity and compatibility with the polymeric matrix. Films containing free carvacrol exhibited higher hydrophilicity, lower mechanical strength, a heterogeneous structure with microcracks, greater water vapor permeability (WVP), and reduced elasticity. In contrast, films with nanoencapsulated carvacrol were more homogeneous, exhibited better interaction with the polymer matrix, greater thermal stability, improved elongation at break, lower light transmission, and higher density, suggesting enhanced barrier performance (continue). Both film types showed reduced solubility, maintained high biodegradability (85% in 20 days), and demonstrated antimicrobial activity against Salmonella enterica and Listeria monocytogenes at the 8% concentration. FTIR analysis confirmed the presence of the compound and revealed its protection in the nanoencapsulated form, as the same characteristic bands observed in the film containing free carvacrol (FC) were not present in the film containing chia mucilage nanocapsules with carvacrol (CMNC). When applied to refrigerated ground beef, the active films helped preserve the product, although changes in meat coloration were observed. Film formulation did not significantly affect the aw of the meat stored under the same conditions. The CMNC film stood out for its greater antimicrobial and antioxidant activity, inhibiting pH increase, reducing mesophilic and psychrotrophic microbial counts, and delaying the microbiological spoilage of the meat. Additionally, reduced TBARS values confirmed its effectiveness against lipid oxidation. The CMNC8% film emerges as an innovative and sustainable alternative for the food industry, suggesting that this formulation offers potential for controlled release of the bioactive compound, ensuring prolonged effectiveness. Overall, the results demonstrate that the incorporation of carvacrol, especially in its nanoencapsulated form, enhances the antimicrobial and antioxidant efficacy of cassava starch films, providing greater protection for ground beef and potentially for other perishable products.