Incorporação de inseticidas botânicos em sistemas de embalagens ativas para farináceos
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Data
2019-09-13
Autores
Silva, Mariangela De Fatima [UNIFESP]
Orientadores
Yoshida, Cristiana Maria Pedroso [UNIFESP]
Tipo
Tese de doutorado
Título da Revista
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Título de Volume
Resumo
Active packaging systems for food products are characterized by the potential industrial application, sustainability and positive impact on food quality and safety. The aim of this work was the development, characterization and application of a new and sustainable material with potential application in grain and flour packaging based on a chitosan coating incorporating botanical insecticide. The use of botanical insecticides against weevil proliferation in farinaceous can be a sustainable, ecological and natural alternative of low toxicity to humans by reducing the use of pesticides in food. The attack of Sitophilus zeamais on cereals and flour products is a problem well known worldwide due to commercial and nutritional losses. The study was divided into 3 main steps: 1) evaluation of insecticidal efficiency of neem (Azadirachta indica) and lemongrass (Cymbopogon citratus) oil, individually and/or mixed based on Experimental Design (22), and chemical composition and cytotoxicity analyses; 2) development and characterization of the active material: chitosan coating incorporating oil with insecticide action (defined in Step 1) on cardboard sheets based on an Experimental Design (23). The active materials were charcaterized by insecticidal efficiency, mechanical properties, color, barrier, microstructure, thermal analogs, contact angle; 3) The more eficiente active material defined in Step 2 was applied in a real system, studying the insecticidal efficiency, the acceptance and sensory analysis, storage stability (100 days) and cytotoxicity. The insecticidal effect of lemongrass essential oil (weevil mortality = 95.5%) was verified after 144h of test, attributed to the mixture of geranial (47.03%) and neral (41.11%) monoterpenes. A slower insecticidal effect of neem oil (23.5%) was observed after 144h, containing azadiractin content = 1071μg.mL-1. Similar results were observed in the cytotoxicity of botanical oils in Balb 3T3 ATCC fibroblasts. Then, the lemon grass essential oil was selected. The active systems presented estimated value of total coating solids in the range of 13.13 to 134.38 gm-2 which caused an increase in moisture content, thickness, weight, forming continuous surface (SEM images). The active coating improved the air and water vapor barrier, reduced the water absorption capacity and promoted microbial impermeability and fat resistance. Increasing the number of layers of coating, tensile strength reduced significantly (transversal and longitudinal directions) and increasing the oil concentration, reduced significantly the Taber stiffness (transversal direction). Thermogravimetric analyzes of the active systems indicated that coating tests with higher concentration of lemon grass essential oil altered the thermal stability. Contact angle values were characteristic of hydrophobic materials. The more efficient formulation of the active material was defined as 1% (w/v) chitosan, 40% (v/v) oil and 5 layers, with 100% insecticidal efficiency for 360h of bioassay. This material was applied in Step 3 as tagliatelle storage pouch package simulating a real system, observing 100% of weevil mortality after 720h of storage. The tagliatelli packed in active pouch material showed no significant difference (p <0.05) with the control and were positive for overall acceptability and purchase intention. The stability of active material (100 days) indicated significant variations in color parameters (L *, Hue) and by FTIR analysis, no changes in functional groups were observed. The cellular viability index of the active material suggests the limitation of lemongrass essential oil concentration versus insecticide efficiency. In this way, the active papercard-chitosan-lemongrass essencial oil is efficient in reducing weevil infestation for farinaceous products, safe in food contact, accepted for human consumption and environmentally sustainable.
O desenvolvimento de materiais de embalagens ativas apresenta grande interesse devido ao seu potencial de aplicação industrial, sustentabilidade e impacto positivo na qualidade e segurança dos alimentos. O objetivo deste trabalho consistiu em desenvolver e aplicar um novo e sustentável material ativo de embalagens para grãos e farináceos a partir de revestimento de quitosana contendo inseticida botânico em papel cartão. O uso de inseticidas botânicos contra proliferação de gorgulhos em farináceos pode ser uma alternativa sustentável, ecológica e natural de baixa toxicidade para seres humanos diminuindo uso de agrotóxicos nos alimentos. O ataque de Sitophilus zeamais em alimentos a base de cereais e farinhas é um problema mundialmente conhecido pelos prejuízos comerciais, econômicos e nutricionais. O trabalho foi dividido em 3 etapas principais: 1) avaliação da eficiência inseticida de óleos botânicos de nim (Azadirachta indica) e capim-limão (Cymbopogon citratus) de forma individual e/ou conjuntamente utilizando Planejamento Experimental (22), análise da composição química e citotoxicidade; 2) desenvolvimento e caracterização do material ativo: solução filmogȇnica de quitosana com o óleo inseticida com ação comprovada na Etapa 1, em folhas de papel cartão utilizando Planejamento Experimental (23). Os materiais ativos foram avaliados quanto a eficiência inseticida in vivo e caracterizados quanto às propriedades mecânica, cor, barreira, micróleo essencialstrutura, análises térmicas, ângulo de contato e composição química; 3) o material ativo de melhor desempenho determinado na Etapa 2 foi aplicado para avaliação em sistema real, como embalagem contendo massa alimentícia tipo talharim e sua eficiência inseticida in vivo com gorgulhos. Análise sensorial de aceitação e intenção de compra foram estudadas, assim como a estabilidade do material por 100 dias e citotoxicidade. Os resultados da Etapa 1 indicaram efeito inseticida do óleo essencial de capim-limão (mortalidade dos gorgulhos =95,5%) após 144h de ensaio, atribuída à mistura de monoterpenos geranial (47,03%) e neral (41,11%) e um efeito mais lento do óleo de nim (23,5%) após 144h, com teor de azadiractina = 1071μg.mL-1. Resultados similares foram observados na citotoxicidade dos óleos botânicos em fibroblastos Balb 3T3 ATCC. Para a Etapa 2, o óleo de capim- limão reconhecido como seguro (GRAS) foi selecionado. Os materiais ativos de papel-filme apresentaram valor estimado de sólidos totais de revestimento na faixa de 13,13 a 134,38 g.m-2 que provocou aumento na umidade, espessura, gramatura, formando superfície do material mais contínuo. A aplicação do revestimento ativo quitosana-capim-limão melhorou barreiras ao ar e vapor d’água, reduziu a capacidade de absorção de água e promoveu impermeabilidade microbiana e resistência a gordura do papel cartão. Ao aumentar o número de camadas houve redução significativa na resistência a tração (direções transversal e longitudinal) e ao aumentar a concentração de óleo, reduziu significativamente a rigidez Taber (direção transversal). Análises termogravimétricas dos materiais indicaram que revestimentos com maior concentração de óleo essencial capim-limão, alteraram a estabilidade térmica do papel cartão revestido. Os valores de ângulos de contato foram característicos de materiais hidrofóbicos. A melhor formulação do material foi definida em 1% (m/v) quitosana, 40% (v/v) óleo e 5 camadas, com 100% de eficiência inseticida para 360h de biosensaio. Este material foi aplicado na Etapa 3. Na forma de cartuchos, o material simulou um sistema real no desempenho como embalagem de macarrão tipo talharim, observando 100% da mortalidade dos gorgulhos após 720h de armazenamento. O teste de simulação de armazenamento de macarrão tipo talharim acondicionado no material de embalagem ativa não apresentou diferença significativa (p< 0,05) com o controle e foram positivos para a aceitabilidade geral e intenção de compra. A estabilidade do material ativo (100 dias) indicou variações significativas nos parâmetros de cor (L*, hab) e pela análise de FTIR, não se observou mudanças nos grupos funcionais. A viabilidade celular do material de embalagem ativa sugeriu ajustes na concentração de óleo essencial de capim-limão e eficiência inseticida. Desta forma, o material de embalagem ativa a partir revestimento de quitosana contendo óleo essencial de capim-limão em papel cartão é eficiente na redução de infestação de gorgulhos para produtos farináceos, seguro no contato com alimentos, aceito para consumo humano e sustentável para o meio ambiente.
O desenvolvimento de materiais de embalagens ativas apresenta grande interesse devido ao seu potencial de aplicação industrial, sustentabilidade e impacto positivo na qualidade e segurança dos alimentos. O objetivo deste trabalho consistiu em desenvolver e aplicar um novo e sustentável material ativo de embalagens para grãos e farináceos a partir de revestimento de quitosana contendo inseticida botânico em papel cartão. O uso de inseticidas botânicos contra proliferação de gorgulhos em farináceos pode ser uma alternativa sustentável, ecológica e natural de baixa toxicidade para seres humanos diminuindo uso de agrotóxicos nos alimentos. O ataque de Sitophilus zeamais em alimentos a base de cereais e farinhas é um problema mundialmente conhecido pelos prejuízos comerciais, econômicos e nutricionais. O trabalho foi dividido em 3 etapas principais: 1) avaliação da eficiência inseticida de óleos botânicos de nim (Azadirachta indica) e capim-limão (Cymbopogon citratus) de forma individual e/ou conjuntamente utilizando Planejamento Experimental (22), análise da composição química e citotoxicidade; 2) desenvolvimento e caracterização do material ativo: solução filmogȇnica de quitosana com o óleo inseticida com ação comprovada na Etapa 1, em folhas de papel cartão utilizando Planejamento Experimental (23). Os materiais ativos foram avaliados quanto a eficiência inseticida in vivo e caracterizados quanto às propriedades mecânica, cor, barreira, micróleo essencialstrutura, análises térmicas, ângulo de contato e composição química; 3) o material ativo de melhor desempenho determinado na Etapa 2 foi aplicado para avaliação em sistema real, como embalagem contendo massa alimentícia tipo talharim e sua eficiência inseticida in vivo com gorgulhos. Análise sensorial de aceitação e intenção de compra foram estudadas, assim como a estabilidade do material por 100 dias e citotoxicidade. Os resultados da Etapa 1 indicaram efeito inseticida do óleo essencial de capim-limão (mortalidade dos gorgulhos =95,5%) após 144h de ensaio, atribuída à mistura de monoterpenos geranial (47,03%) e neral (41,11%) e um efeito mais lento do óleo de nim (23,5%) após 144h, com teor de azadiractina = 1071μg.mL-1. Resultados similares foram observados na citotoxicidade dos óleos botânicos em fibroblastos Balb 3T3 ATCC. Para a Etapa 2, o óleo de capim- limão reconhecido como seguro (GRAS) foi selecionado. Os materiais ativos de papel-filme apresentaram valor estimado de sólidos totais de revestimento na faixa de 13,13 a 134,38 g.m-2 que provocou aumento na umidade, espessura, gramatura, formando superfície do material mais contínuo. A aplicação do revestimento ativo quitosana-capim-limão melhorou barreiras ao ar e vapor d’água, reduziu a capacidade de absorção de água e promoveu impermeabilidade microbiana e resistência a gordura do papel cartão. Ao aumentar o número de camadas houve redução significativa na resistência a tração (direções transversal e longitudinal) e ao aumentar a concentração de óleo, reduziu significativamente a rigidez Taber (direção transversal). Análises termogravimétricas dos materiais indicaram que revestimentos com maior concentração de óleo essencial capim-limão, alteraram a estabilidade térmica do papel cartão revestido. Os valores de ângulos de contato foram característicos de materiais hidrofóbicos. A melhor formulação do material foi definida em 1% (m/v) quitosana, 40% (v/v) óleo e 5 camadas, com 100% de eficiência inseticida para 360h de biosensaio. Este material foi aplicado na Etapa 3. Na forma de cartuchos, o material simulou um sistema real no desempenho como embalagem de macarrão tipo talharim, observando 100% da mortalidade dos gorgulhos após 720h de armazenamento. O teste de simulação de armazenamento de macarrão tipo talharim acondicionado no material de embalagem ativa não apresentou diferença significativa (p< 0,05) com o controle e foram positivos para a aceitabilidade geral e intenção de compra. A estabilidade do material ativo (100 dias) indicou variações significativas nos parâmetros de cor (L*, hab) e pela análise de FTIR, não se observou mudanças nos grupos funcionais. A viabilidade celular do material de embalagem ativa sugeriu ajustes na concentração de óleo essencial de capim-limão e eficiência inseticida. Desta forma, o material de embalagem ativa a partir revestimento de quitosana contendo óleo essencial de capim-limão em papel cartão é eficiente na redução de infestação de gorgulhos para produtos farináceos, seguro no contato com alimentos, aceito para consumo humano e sustentável para o meio ambiente.