Development of bioactive gelatin and propolis based polymeric materials

O interesse na aplicação de embalagens ativas para conservação de alimentos tem aumentado, bem como uma maior demanda por substâncias antimicrobianas naturais, devido à maior consciência dos consumidores quanto aos potenciais riscos à saúde ocasionados pelo consumo de compostos sintéticos. Entre os aditivos naturais, a própolis, por suas propriedades antibacteriana, antioxidante e antifúngica, tem despertado o interesse dos pesquisadores. Portanto, o objetivo deste trabalho foi investigar o efeito da adição do extrato etanólico de própolis (EEP) em filmes à base de gelatina plastificados com citrato de acetiltributila (CA) ou sorbitol (S), nas propriedades funcionais (propriedades mecânicas, solubilidade, permeabilidade ao vapor de água, parâmetros de cor e opacidade) e a atividade antimicrobiana dos filmes contra Staphylococcus aureus. Para a produção do EEP, 30g de resina de própolis (tipo 12) foram misturadas com 100mL de álcool etílico 80%, e a solução foi mantida sob agitação mecânica (500rpm, 30minutos) a 50ºC, e filtrada após 24horas sob refrigeração. Os filmes foram produzidos por casting com 2g de gelatina/100g de solução filmogênica, 30g de CA ou S/100g de gelatina, 35g de lecitina/100g de plastificante e o EEP nas concentrações de 0, 5, 40 ou 200g/100g de gelatina, e avaliados quanto às suas propriedades mecânicas (tração e perfuração), solubilidade em água (Sol), cor e opacidade, permeabilidade ao vapor de água (PVA), espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e microscopia eletrônica de varredura, após acondicionamento (5 dias, UR = 58%, T = 25ºC). A atividade antimicrobiana dos filmes contra Staphylococcus aureus foi analisada pelo método da difusão em ágar. A incorporação de EEP causou variação na tensão (T) dos filmes com CA (58,7 a 66,4MPa), mas afetou mais intensamente os filmes com S (31,7 a 50,4MPa). Quanto à elongação (%), os filmes (CA e S) também apresentaram variações. Na perfuração, verificou-se que a adição de EEP não afetou significativamente a força máxima para ambos os plastificantes. Para a solubilidade em água, o filme com CA apresentou aumento significativo (Sol = 18,6%) para 200% de EEP, contudo, os filmes com S praticamente não variaram. Quanto à cor, para ambos os plastificantes estudados (CA e S) o aumento da concentração de EEP promoveu alterações significativas de L*, a*, b*, ΔE* e opacidade. As análises de PVA dos filmes (CA e S) mostraram que o aumento na concentração de EEP aumentou a propriedade de barreira dos filmes. Segundo a análise de FTIR, os filmes aditivados não apresentaram mudanças estruturais em relação ao controle, o que sugere que o EEP encontra-se disperso na matriz. As micrografias mostraram que a adição de EEP causou alterações, principalmente, nos filmes plastificados com S. A atividade contra S. aureus foi observada para os filmes (CA e S) com 40 e 200% de EEP, com aumento significativo do diâmetro de inibição em função do aumento da concentração de EEP. Os filmes mantiveram sua atividade antimicrobiana durante 177 dias de armazenamento. Estes resultados demonstraram a capacidade antimicrobiana dos filmes de gelatina aditivados com própolis, bem como sua estabilidade em função do tempo.The interest in the use of active packaging for food conservation has increased, along with a higher demand for natural antimicrobial substances, due to higher consumer awareness of the potential health risks caused by synthetic compounds consumption. Among natural additives, propolis, has awaken the interest of the researchers for its antibacterial, antioxidant and antifungal properties. Thus, the aim of this work was to investigate the effect of the addition of an ethanolic propolis extract (EPE) to gelatin-based films plasticized with acetyltributyl citrate (AC) or sorbitol (S), on the functional properties (mechanical properties, solubility, water vapor permeability, color parameters and opacity) and the antimicrobial activity of the films against Staphylococcus aureus. For the EPE production, 30g for the propolis resin (type 12) were mixed with 100mL ethyl alcohol (80%), and the solution was maintained under mechanical stirring (500rpm, 30minutes) at 50°C, and filtered after 24hours under refrigeration. The films were produced by casting, using 2g of gelatin/100g of film forming solution, 30g of AC or S/100 g of gelatin, 35g of lecithin/100g of plasticizer and EPE in the concentrations of 0, 5, 40 or 200g/100g of gelatin, and evaluated for their mechanical properties (traction and puncture tests), water solubility (Sol), color and opacity, water vapor permeability (WVP), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscopy, after storage (5 days, relative humidity = 58%, temperature = 25°C). The antimicrobial activity of the films against Staphylococcus aureus was analyzed by agar diffusion method. The EPE addition caused variation of the tensile strength (T) of the films with AC (58.7 a 66.4MPa), but affected more intensely the films with S (31.7 a 50.4MPa). The films (AC and S) also presented variations for the elongation (%). For the puncture force, the addition did not affect significantly the maximum force for any of the plasticizers. For the water solubility, the films with AC presented significant increase (Sol = 18,6%) for 200% of EPE, however the films with S did not vary. For both plasticizers studied (AC and S), the increase of EPE concentration promoted significant changes of the color parameters, L*, a*, b*, ΔE* and opacity. The WVP analysis of the films (AC and S) showed that the increase of the EPE concentration increased the barrier property of the films. According to FTIR analysis, the EPE addition in the films did not present structural changes compared to the control, suggesting that the EPE was disperse in the protein matrix. The micrographs showed that the EPE addition caused changes mainly in films plasticized with S. The activity against S. aureus was observed for the films containing 40 and 200% of EPE, with significant increase of inhibition diameter with increase of EPE concentration. The films kept their antimicrobial activities during 177 days of storage. These results demonstrated the antimicrobial capacity of gelatin-based films added of propolis, and their stability in time