Desenvolvimento de revestimentos de nanofibras de quitina para prolongar a vida útil e inibir o crescimento bacteriano em pepinos frescos

Aug 08, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 13195 (2023) Citar este artigo

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O uso generalizado de polímeros à base de petróleo como embalagens descartáveis ​​teve efeitos prejudiciais ao meio ambiente. Aqui, desenvolvemos revestimentos sustentáveis ​​de nanofibras de quitina (ChNF) que prolongam a vida útil de pepinos frescos e retardam o crescimento de bactérias patogênicas em suas superfícies. ChNFs com vários graus de acetilação foram preparados com sucesso via desacetilação usando NaOH com tempos de tratamento de 0 a 480 min e desfibrilados usando mistura mecânica. Com tempos de reação de desacetilação mais longos, mais grupos acetamido (–NHCOCH3) nas moléculas de quitina foram convertidos em grupos amino (–NH2), que conferiram propriedades antibacterianas aos ChNFs. As morfologias do ChNF foram afetadas pelo tempo de reação de desacetilação. ChNFs desacetilados por 240 min tinham uma largura média de 9,0 nm e comprimentos de até vários μm, enquanto ChNFs estruturados em forma de bastonete com largura média de 7,3 nm e comprimento médio de 222,3 nm foram obtidos com o tempo de reação de 480 min. Além disso, demonstramos um revestimento independente de ChNF para prolongar a vida útil dos pepinos. Em comparação com os ChNFs estruturados em forma de bastonete, os ChNFs desacetilados de 120 e 240 minutos exibiram uma estrutura semelhante a uma fibrila, que retardou consideravelmente a perda de umidade dos pepinos e a taxa de crescimento de bactérias em suas superfícies externas durante o armazenamento. Pepinos revestidos com esses ChNFs desacetilados de 120 e 240 minutos demonstraram uma taxa de perda de peso menor de ⁓ 3,9% dia-1 em comparação com os pepinos não revestidos, que exibiram uma taxa de perda de peso de 4,6% dia-1. Este efeito protetor proporcionado por estes ChNFs renováveis ​​tem um potencial promissor para reduzir o desperdício de alimentos e o uso de materiais de embalagem à base de petróleo.

As embalagens de alimentos, que geralmente são feitas de polímeros à base de petróleo, como polietileno (PE), polipropileno (PP) e poli(tereftalato de etileno) (PET), desempenham um papel importante na proteção dos alimentos contra influências físicas, microbiológicas e químicas externas. dano1,2,3. Consequentemente, a qualidade e a frescura dos alimentos são preservadas e o desperdício alimentar é reduzido4,5. Devido a estes benefícios, que se tornaram mais essenciais à luz da pandemia da COVID-19, estima-se que a indústria global de embalagens de alimentos valerá 464 mil milhões de dólares até 20276,7. O elevado consumo de embalagens fósseis e a sua cinética de degradação demorada afetaram negativamente o ambiente e a vida selvagem sob a forma de resíduos em aterros, emissões de gases com efeito de estufa e microplásticos4,8,9,10. Portanto, o desenvolvimento de materiais de embalagem ecologicamente corretos e biodegradáveis ​​tem atraído considerável atenção como uma alternativa prática6,9,11,12,13. Biopolímeros, como polissacarídeos, lipídios e proteínas, são materiais promissores no setor de embalagens devido à sua biodegradabilidade, biocompatibilidade e não toxicidade3,7,9.

A quitina (poli(β-(1-4)-N-acetil-d-glucosamina)) é o segundo biopolímero mais abundante na Terra depois da celulose14,15,16 e é de considerável interesse devido à sua estabilidade química, biocompatibilidade, biodegradabilidade, não toxicidade e propriedades mecânicas17,18. A quitina é um polímero semicristalino com arquitetura microfibrilar embutido em uma matriz protéica encontrada em exoesqueletos de artrópodes, incluindo camarões, caranguejos e lagostas10,14,15,19. Cada microfibrila de quitina compreende nanofibras com largura de 2–5 nm e comprimentos de até vários μm20,21,22. Nanofibras de quitina (ChNFs) exibem desempenho superior com módulo de Young de ⁓ 40 GPa, resistência de 1,6 GPa e densidade de 1–1,3 kg m-3. Além disso, foi relatado que os filmes de ChNF possuem propriedades de barreira muito melhores (O2 e CO2) do que os filmes comerciais de PP, PE e PET devido à estrutura altamente cristalina dos ChNFs . Devido a essas excelentes propriedades associadas à biodegradabilidade e sustentabilidade, os ChNFs têm sido amplamente utilizados em diversas aplicações, como nanocompósitos, membranas, medicamentos, revestimentos e alimentos funcionais2,20,22,26.