Filmes de fécula de batata funcionalizados com extrato de erva-mate (Ilex paraguariensis) e ácido málico para embalagens bioativas

Abstract

A crescente demanda por alternativas sustentáveis aos plásticos convencionais tem impulsionado o desenvolvimento de polímeros biodegradáveis funcionais. Entre as matrizes mais promissoras, a fécula de batata (FB) destaca-se por sua disponibilidade, baixo custo e capacidade de formar filmes, embora apresente limitações que restringem seu uso. Nesse contexto, a incorporação de aditivos surge como estratégia para otimizar seu desempenho. Este trabalho desenvolveu filmes biodegradáveis à base de FB, incorporando ácido málico (AM) como agente reticulador e extrato de erva-mate (Ilex paraguariensis) (EM) como fonte antioxidante, visando aplicações em embalagens bioativas. Os filmes foram produzidos por casting, contendo diferentes teores de EM (1%, 10% e 20% m/m), na presença ou ausência de AM (0,5% m/m). A incorporação de EM aumentou o ângulo de contato dos filmes, enquanto o AM promoveu superfícies mais homogêneas e com maior brilho. A formulação AM20EM apresentou efeito sinérgico, reduzindo a absorção de umidade em até 75%, o intumescimento em 80% e a solubilidade em 75% em relação ao controle. A análise por FTIR-ATR confirmou a reticulação da matriz pela formação de ligações éster entre AM e FB, bem como a permanência dos compostos fenólicos do EM nos filmes. Nas propriedades mecânicas, maiores teores de EM aumentaram a deformação na ruptura e tenacidade, com ganhos de até 130% na presença de AM. O EM e AM isolados não promoveram melhoria da estabilidade térmica, entretanto, a formulação AM20EM apresentou expressiva elevação da T10% (203,6 °C), Tonset (313,6 °C) e Tpmáx (327,4 °C). O processo de biodegradação foi retardado pelo AM, por restringir a absorção de umidade, e acelerado pelo EM, por tornar os filmes mais suscetíveis à ação de microrganismos. As amostras FB20EM e AM20EM demonstraram atividade antioxidante significativa (67,8% - 70,8%), próxima à do EM puro (78,7%), com liberação controlada dos compostos bioativos pelo AM. Em aplicação alimentícia, o filme AM20EM manteve a oxidação lipídica da carne inferior ao controle até o 9º dia e preservou a sua coloração por mais tempo. Esses resultados evidenciam que a associação entre EM e AM pode produzir filmes com propriedades otimizadas, destacando-se a formulação AM20EM como a mais promissora para o estudo de embalagens alimentícias sustentáveis.

The growing demand for sustainable alternatives to conventional plastics has driven the development of functional biodegradable polymers. Among the most promising matrices, potato starch (PS) stands out for its availability, low cost, and film-forming ability, although it has limitations that restrict its use. In this context, incorporating additives is a strategy to optimize its performance. This work developed biodegradable films based on PS, incorporating malic acid (MA) as a crosslinking agent and yerba mate (Ilex paraguariensis) extract (YM) as an antioxidant source, aiming for bioactive packaging applications. The films were produced by solvent casting, containing different YM contents (1, 10, and 20 wt%), with or without MA (0.5 wt%). The incorporation of YM increased the films' contact angle, while MA promoted more homogeneous and glossier surfaces. The MA20YM formulation showed a synergistic effect, reducing moisture absorption by up to 75%, swelling by 80%, and solubility by 75% compared to the control. FTIR-ATR analysis confirmed the crosslinking of the matrix by the formation of ester bonds between MA and PS, as well as the permanence of YM phenolic compounds in the films. Regarding mechanical properties, higher YM contents increased the elongation at break and toughness, with gains of up to 130% in the presence of MA. YM and MA alone did not improve thermal stability; however, the MA20YM formulation showed a significant increase in T10% (203.6 °C), Tonset (313.6 °C), and Tpmax (327.4 °C). The biodegradation process was delayed by MA, due to restricted moisture absorption, and accelerated by YM, by making the films more susceptible to microorganism action. The PS20YM and MA20YM samples demonstrated significant antioxidant activity (67.8% - 70.8%), close to that of pure YM (78.7%), with controlled release of bioactive compounds provided by MA. In a food application, the MA20YM film kept the lipid oxidation of meat lower than the control until the 9th day and preserved its color for longer. These results demonstrate that the association between YM and MA can produce films with optimized properties, highlighting the MA20YM formulation as the most promising candidate for the study of sustainable food packaging.