Embalagem alimentar ativa à base de proteína de Soro de Leite com propriedades antioxidantes e antimicrobianas: desenvolvimento, segurança e eficácia

Dissertação de mestrado em Biologia Humana e Ambiente, apresentada à Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, 2016Concebidas para transpor as limitações das embalagens tradicionais, as embalagens ativas oferecem uma proteção adicional ao alimento em relação aos vários fatores que o podem afetar. As embalagens ativas podem ser agrupadas em embalagens absorvedoras e embalagens libertadoras ou emissoras. As embalagens libertadoras ou emissoras são embalagens que libertam compostos ativos, de forma controlada, para que estes possam interagir com os alimentos embalados. Estas embalagens, podem retardar ou mesmo inibir processos de deterioração dos alimentos, tais como a oxidação lipídica, ou o crescimento de microrganismos patogénicos, permitindo aumentar o tempo de vida útil dos alimentos. Na sua grande maioria, as embalagens tradicionais, são fabricadas a partir de materiais não biodegradáveis que, para além de representarem um grave problema ambiental, podem interagir de forma não intencional com a matriz alimentar que protegem, passando para os alimentos compostos potencialmente tóxicos para a Saúde Humana. Este fenómeno de transferência de massa é denominado migração. Quando aplicado às embalagens ativas trata-se de um processo desejado, já que se trata de substâncias destinadas a prolongar a vida útil do alimento. As propriedades biológicas das plantas aromáticas são conhecidas desde a antiguidade e utilizadas em diversas áreas, como a culinária, a medicina e a cosmética. A aplicação de extratos e óleos essenciais de plantas aromáticas como aditivos alimentares tem sido muito estudada pela comunidade científica e testada pela indústria alimentar. De facto, alguns deles já se encontram autorizados pela Food and Drug Administration (FDA) e pela Comissão Europeia (CE). O objetivo principal deste trabalho foi o desenvolvimento de uma embalagem ativa edível, à base de proteína de soro de leite incorporada com extratos de plantas aromáticas, de modo a retardar ou mesmo inibir a oxidação lipídica de alimentos com alto teor lipídico. No âmbito deste trabalho foi também estudada a capacidade antimicrobiana da embalagem ativa e realizada uma análise sensorial para avaliação do efeito da embalagem num alimento modelo e sua potencial aceitação comercial. Inicialmente foi comparada a capacidade antioxidante de extratos de duas plantas aromáticas (alecrim e tomilho), provenientes de três marcas comerciais, e das suas combinações através de dois métodos (sistema de inibição do radical livre DPPH e teste do branqueamento do β-caroteno). O extrato escolhido para ser incorporado no filme à base de proteína de soro de leite foi o extrato etanólico de alecrim da marca C. Esta escolha foi baseada não só nos resultados obtidos pelos dois ensaios de capacidade antioxidante utilizados, mas também com base na menor toxicidade do solvente de extração. Os três extratos de alecrim foram posteriormente estudados quanto à sua composição em ácido rosmarínico, ácido carnósico e carnosol, tendo o extrato da proveniente da marca comercial C mostrado o maior conteúdo da soma de ácido carnósico e carnosol. Relativamente à capacidade antimicrobiana, o extrato escolhido demonstrou ter a capacidade antimicrobiana contra os microrganismos S. aureus, L. monocytogenes e C. perfringens. Posteriormente foi otimizado o processo de elaboração do filme ativo à base de proteína de soro de leite. Foram testadas diferentes concentrações de plastificante (glicerol) e de extrato ativo. O alimento modelo escolhido para ser embalado com a embalagem ativa foi o salame por apresentar um alto teor lipí dico. As fatias de salame foram embaladas com o filme ativo e um filme controlo (sem extrato) durante 7, 15, 30, 60 e 90 dias, a temperatura de 5 ᵒC, protegidas da luz. O estado de oxidaça o lipí dica deste foi avaliada atrave s de quatro métodos: o índice de peróxidos, o valor da p-anisidina, o teste de TBARS e o ensaio do hexanal. Para todos os ensaios, com exceção do ensaio da p-anisidina, verifica-se que o filme ativo tende a proteger o alimento da oxidação lipídica em relação ao filme controlo (sem extrato ativo). Os resultados do valor de p-anisidina foram inconclusivos. No que diz respeito à avaliação da capacidade antimicrobiana, a embalagem ativa inibiu as estripes analisadas, L. monocytogenes e S. aureus. Na análise sensorial realizada, o painel de provadores definiu as fatias de salame embaladas com a embalagem ativa como ligeiramente amargas, de aspeto apelativo, macias e suculentas. A apreciação geral do painel foi positiva. Os resultados obtidos neste trabalho indicam que a embalagem à base de proteína de soro de leite com extrato de alecrim tende a inibir a oxidação lipídica do salame e inibe o crescimento dos microrganismos L. monocytogenes e S. aureus. Outros estudos são necessários para melhorar a incorporação do extrato de alecrim na embalagem à base de proteína de soro de leite e para testar a eficácia frente à oxidação lipídica durante períodos de armazenamento mais longos e em relação a outros alimentos com alto teor lipídico.Designed to overcome the limitations of traditional packaging, active packaging offers additional protection from the various factors that might affect food. Active packaging can be divided into absorbing/scavenging packaging and releasing packaging. The releasing packaging allows controlled release of active compounds that can interact with the packaged food. These packages may delay or inhibit the deterioration processes of foods such as lipid oxidation, or the growth of pathogenic microorganisms, allowing to extend food shelf life. In its vast majority, traditional packages are manufactured from non-biodegradable materials which, in addition to represent a serious environmental concern, they may interact unintentionally with the food matrix they protect, passing potentially toxic compounds foods to Human health. This mass transfer phenomenon is called migration. When applied to the active packaging it is a desired process, since the substances are intended to extend food shelf life. The biological properties of aromatic plants are known since ancient times and are used in various fields such as cookery, medicine and cosmetics. The application of extracts and essential oils from aromatic plants as food additives has been studied by the scientific community and tested by food industry. In fact, some have already been authorized by the Food and Drug Administration (FDA) and the European Commission (EC). The main aim of this work was the development of an edible active packaging, whey protein-based incorporated with aromatic plants extracts, to delay or even inhibit lipid oxidation of foods with high lipid content. In this work it was also studied the antimicrobial capacity of the active packaging and a sensory analysis was carried to evaluation the effect of packaging in a food model and its potential commercial acceptance. Initially the antioxidant capacity of two aromatic plant extracts (rosemary and thyme), from three brands and their combinations was compared by two methods (free radical DPPH inhibition system and the β-carotene bleaching test). The extract selected to be incorporated in the whey protein based film was the ethanolic rosemary extract from the C brand. This choice was based not only on the results obtained by the two antioxidant capacity assays but also on the lower toxicity of the extraction solvent. The three rosemary extracts were subsequently studied regarding their composition in rosmarinic acid, carnosic acid and carnosol. The extract from the C brand showed the highest content of the sum of carnosic acid and carnosol. Regarding the antimicrobial capacity, the chosen extract demonstrated antimicrobial properties against the microorganisms S. aureus, L. monocytogenes and C. perfringens. Afterwards the process to produce the active film based on whey protein was optimized. Different concentrations of plasticizer (glycerol) and active extract were tested. The model food chosen to be packaged with the active film was salami which presents a high lipid content. Slices of salami were packaged with the active film and the control film (without extract) for 7, 15, 30, 60 and 90 days at a temperature of 5 ᵒC, protected from light. The lipid oxidation status of the salami slices was evaluated by four methods: peroxide value, p-anisidine value, TBARS test and hexanal assay. All tests, with the exception of the p-anisidine test, indicate the active film tends to protect salami slices against lipid oxidation when compared to the control film. The results of p-anisidine value were inconclusive. Regarding the antimicrobial capacity, the active film inhibited the strains, L. monocytogenes and S. aureus. In the sensorial analysis, the sensory panel defined the salami slices packaged with the active film as slightly bitter, appealing, soft and juicy. The overall assessment of the panel was positive. The results of this study indicate the new active whey protein packaging with the rosemary extract tends to inhibit lipid oxidation of salami and inhibits the growth of the x microorganisms L. monocytogenes and S. aureus. Further studies are required to improve the incorporation of rosemary extract in the whey protein based packaging and to test its effectiveness against the lipid oxidation during longer periods of storage and over other high fatty foods.N/