Embalagens funcionais são aposta para conservar alimentos e diminuir resíduos industriais

Pesquisadora da Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos (FZEA) da USP desenvolveu embalagens com filmes de camadas duplas com propriedades antioxidantes e antimicrobianas.

As embalagens de alimentos são produzidas para proteger os produtos de contaminantes e danos causados pela exposição ao ambiente externo. Os materiais empregados para a fabricação dessas embalagens vão desde metais e cerâmicas, até papéis e polímeros, mas o uso deles têm sido questionado devido à sua baixa biodegradabilidade e ao grande volume de resíduos que geram. 

Frente a esse dilema, a pesquisadora Beatriz Guevara Guerrero, doutora pelo Programa de Pós-Graduação Interunidades em Sistemas Integrados em Alimentos da Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos (FZEA) da USP, desenvolveu embalagens com filmes de camadas duplas que, em conjunto, possuem características complementares e que podem ser usadas em grande escala, sem prejudicar o meio ambiente.

A primeira camada, composta de poli(ácido láctico) (PLA) – um biopolímero produzido a partir do ácido lático com propriedades hidrofóbicas – forma uma barreira à água, protegendo o produto embalado. Já a segunda camada, formada por gelatina, uma proteína produzida por hidrólise do colágeno, incorpora compostos ativos, como a rutina (também conhecida como vitamina P, encontrada em vegetais folhosos, frutas cítricas e trigo-sarraceno) e o carvacrol (abundante em óleos essenciais de plantas como orégano e tomilho), com propriedades antioxidantes e antimicrobianas que prolongam a conservação de alimentos suscetíveis a processos de oxidação.

A hidrólise do colágeno é um processo industrial que “quebra” as moléculas da proteína do colágeno (obtida de ossos e cartilagens animais, por exemplo) em moléculas menores, chamadas peptídeos.

“Os filmes de proteína têm propriedades de barreira que são muito boas para o oxigênio, mas elas são fracas em relação ao vapor de água”, explica Beatriz Guevara Guerreiro.  “Pensamos em filmes bicamada, que são uma tendência mundial, para que as camadas se complementem.”

A caminho da biodegradabilidade

Beatriz Guerrero relatou ao Jornal da USP que o início do estudo foi focado na encapsulação da rutina e do carvacrol em emulsões de Pickering, bem como em sua caracterização. As emulsões de Pickering representam uma plataforma importante para encapsular e liberar compostos bioativos de forma eficiente em sistemas alimentares funcionais, com vantagens técnicas e ambientais, quando comparadas aos emulsificantes convencionais.

A encapsulação de alimentos é uma tecnologia que envolve ingredientes ativos — como vitaminas, probióticos e aromas — em uma camada protetora, preservando esses compostos contra luz, oxigênio e umidade, por exemplo. Essa técnica faz com que esses ingredientes ativos sejam liberados no momento ou no local mais adequado para sua ação. Além disso, quando compostos hidrofóbicos são encapsulados em emulsões óleo-em-água, eles são melhor dispersos em matrizes hidrofílicas.

Nesta etapa, a pesquisadora analisou o tamanho das gotículas e sua estabilidade, para garantir que os compostos ativos fossem encapsulados de forma eficiente, permitindo uma liberação mais lenta e controlada no tempo. “Identificamos que a incorporação das emulsões de Pickering nos filmes reduziu a permeabilidade ao vapor de água e, especificamente no caso dos filmes de gelatina, aumentou a resistência mecânica”, avalia Beatriz.

Para construir um filme bicamada ideal, foram necessários inúmeros testes rigorosos de performance. Inicialmente, a equipe experimentou o polímero PHBV, que também é biodegradável, unido à gelatina. Embora inovador e passível de publicação rápida por sua raridade na literatura científica, o material falhou em um critério técnico essencial: a força de selagem. As camadas se separavam com muita facilidade, o que inviabilizaria seu uso comercial.

A solução definitiva veio com o PLA, que demonstrou uma maior adesão e garantiu a integridade da embalagem, criando um material íntegro e resistente. Além da força mecânica, essa combinação apresentou o melhor desempenho de barreira contra o oxigênio e a umidade.

“A capacidade de barreira ao oxigênio foi melhorada nos filmes bicamadas, e a resistência de selagem obtida nos filmes bicamadas à base de PLA é um fator relevante para que esse material tenha grande potencial de aplicação em embalagens de alimentos”, reitera a pesquisadora.

Da academia à realidade

Para aproximar a pesquisa das condições encontradas na indústria, Beatriz utilizou a técnica de termocompressão para unir as camadas do filme. O método, que combina calor e pressão, apresenta maior potencial de aplicação em escala industrial do que o tradicional casting – processo de secagem em moldes amplamente empregado em pesquisas de laboratório.

Embora as altas temperaturas da termocompressão possam degradar parte dos compostos ativos, o estudo demonstrou que a quantidade remanescente de rutina e carvacrol foi suficiente para preservar as propriedades funcionais da embalagem.

Agora, no pós-doutorado, a pesquisadora quer aprimorar a técnica de fabricação das embalagens utilizando o mesmo método. O objetivo é desenvolver soluções sustentáveis capazes de chegar ao mercado, contribuindo para a conservação dos alimentos e a redução dos impactos ambientais.

A pesquisadora ressalta, ainda, que apesar desses filmes não superarem o desempenho técnico dos plásticos tradicionais, como o PVC, eles são uma alternativa em construção. “A gente não tem o melhor produto agora, mas estamos no caminho para dar uma alternativa biodegradável aos filmes derivados do petróleo”, conclui.

O estudo deu origem a três artigos diferentes. O primeiro, intitulado Applying Pickering Emulsion Encapsulating Active Compounds to Produce Active Gelatin and/or Sodium Caseinate-Based Films, foi publicado no Journal of Macromolecuar Science; o segundo, Active bilayer films based on poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate)(PHBV) and proteins containing rutin and carvacrol encapsulated in Pickering emulsion, na Polymer; e o mais recente, Developing Active Bilayer Films Based on Poly(Lactic Acid) and Gelatin or Sodium Caseinate, na Polymers for Advanced Technologies.

Mais informações: e-mail beatriz.guevara@usp.br, com Beatriz Guevara Guerrero

Texto: Luana Mendes - Em https://jornal.usp.br/ciencias/embalagens-funcionais-sao-aposta-para-conservar-alimentos-e-diminuir-residuos-industriais/

Por Welson Gonçalves Barbosa Junior

Comunicação Institucional FZEA