Extractos de plantas derivados de biomasa en matrices de quitosano macromoleculares como un recubrimiento verde para películas de PLA
Autores: Zemlji, Lidija Fras; Glaser, Tjaa Kraevac; Plohl, Olivija; Anel, Ivan; imat, Vida; agalj, Martina; Menar, Eva; Malin, Valentina; Sternia, Meta; Moina, Sonja Smole
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Extractos de plantas derivados de biomasa en matrices de quitosano macromoleculares como un recubrimiento verde para películas de PLA
Categoría
Ciencias de los Materiales
Subcategoría
Materiales para aplicaciones biomédicas
Palabras clave
Alimentos
Residuos de envases
Conciencia ambiental
Envases activos
Quitosano
Extractos de plantas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 18
Citaciones: Sin citaciones
Debido al creciente problema de los residuos de alimentos y envases, la conciencia ambiental y los requisitos de los clientes para la seguridad alimentaria, existe una gran necesidad de desarrollar envases innovadores y funcionales. Entre estos desarrollos, el concepto de envases activos está a la vanguardia. La deficiencia en este área es que aún falta conceptos multifuncionales, así como enfoques ecológicos. Por lo tanto, este trabajo se centra en el desarrollo de sustancias químicas activas de origen natural aplicadas como recubrimiento en películas de ácido poliláctico (PLA). Se seleccionaron en este trabajo el quitosano, un biopolímero, y extractos de plantas ricos en compuestos fenólicos (hojas de mora-Rubus fruticosus, agujas de enebro espinoso-Juniperus oxycedrus) obtenidos de biomasa vegetal del sureste de Europa. Con el fin de aumentar la efectividad de las sustancias individuales e introducir multifuncionalidad, se combinaron en forma de diferentes formulaciones estructurales coloidales. Los extractos de plantas se incorporaron en partículas de quitosano y se dispersaron en una solución macromolecular de quitosano. Además, se aplicó un recubrimiento de dos capas, la primera de una solución macromolecular de quitosano y la segunda de una dispersión de los extractos incorporados en partículas de quitosano, a las películas de PLA como un enfoque novedoso. El éxito de los recubrimientos se monitoreó mediante espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS) y espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier de reflexión total atenuada (ATR-FTIR), y la humectabilidad se evaluó mediante mediciones de ángulo de contacto. La microscopía electrónica de barrido (SEM) siguió la morfología y homogeneidad del recubrimiento. La antioxidación se estudió mediante pruebas espectrofotométricas DPPH y ABTS, y se realizó un análisis microbiológico de las películas de acuerdo con la norma ISO 22196. La desorción del recubrimiento del PLA se monitoreó reduciendo la composición elemental de las propias películas. Se demostró la funcionalización exitosa del PLA, mientras que los análisis XPS y ATR-FTIR mostraron claramente los picos de composición elemental de los extractos y el quitosano en la superficie del PLA. Además, en todos los casos, el ángulo de contacto de los recubrimientos de doble capa disminuyó en más del 35-60% y contribuyó a las propiedades antiempañantes. Los experimentos de desorción, debido a la disminución de la concentración del elemento típico específico (nitrógeno), indicaron cierta migración de sustancias desde la superficie del PLA. Las nuevas películas desarrolladas también exhibieron propiedades antioxidantes, con eficiencias antioxidantes ABTS que oscilaban entre el 83.5 y el 100% y una inhibición bastante alta de bacterias Gram-positivas, promediando más del 95%. La funcionalización actual del PLA confiere simultáneamente propiedades antiempañantes, antioxidantes y antimicrobianas y impulsa el desarrollo de un material compuesto biodegradable y ecológico utilizando principios de química verde.
Descripción
Debido al creciente problema de los residuos de alimentos y envases, la conciencia ambiental y los requisitos de los clientes para la seguridad alimentaria, existe una gran necesidad de desarrollar envases innovadores y funcionales. Entre estos desarrollos, el concepto de envases activos está a la vanguardia. La deficiencia en este área es que aún falta conceptos multifuncionales, así como enfoques ecológicos. Por lo tanto, este trabajo se centra en el desarrollo de sustancias químicas activas de origen natural aplicadas como recubrimiento en películas de ácido poliláctico (PLA). Se seleccionaron en este trabajo el quitosano, un biopolímero, y extractos de plantas ricos en compuestos fenólicos (hojas de mora-Rubus fruticosus, agujas de enebro espinoso-Juniperus oxycedrus) obtenidos de biomasa vegetal del sureste de Europa. Con el fin de aumentar la efectividad de las sustancias individuales e introducir multifuncionalidad, se combinaron en forma de diferentes formulaciones estructurales coloidales. Los extractos de plantas se incorporaron en partículas de quitosano y se dispersaron en una solución macromolecular de quitosano. Además, se aplicó un recubrimiento de dos capas, la primera de una solución macromolecular de quitosano y la segunda de una dispersión de los extractos incorporados en partículas de quitosano, a las películas de PLA como un enfoque novedoso. El éxito de los recubrimientos se monitoreó mediante espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS) y espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier de reflexión total atenuada (ATR-FTIR), y la humectabilidad se evaluó mediante mediciones de ángulo de contacto. La microscopía electrónica de barrido (SEM) siguió la morfología y homogeneidad del recubrimiento. La antioxidación se estudió mediante pruebas espectrofotométricas DPPH y ABTS, y se realizó un análisis microbiológico de las películas de acuerdo con la norma ISO 22196. La desorción del recubrimiento del PLA se monitoreó reduciendo la composición elemental de las propias películas. Se demostró la funcionalización exitosa del PLA, mientras que los análisis XPS y ATR-FTIR mostraron claramente los picos de composición elemental de los extractos y el quitosano en la superficie del PLA. Además, en todos los casos, el ángulo de contacto de los recubrimientos de doble capa disminuyó en más del 35-60% y contribuyó a las propiedades antiempañantes. Los experimentos de desorción, debido a la disminución de la concentración del elemento típico específico (nitrógeno), indicaron cierta migración de sustancias desde la superficie del PLA. Las nuevas películas desarrolladas también exhibieron propiedades antioxidantes, con eficiencias antioxidantes ABTS que oscilaban entre el 83.5 y el 100% y una inhibición bastante alta de bacterias Gram-positivas, promediando más del 95%. La funcionalización actual del PLA confiere simultáneamente propiedades antiempañantes, antioxidantes y antimicrobianas y impulsa el desarrollo de un material compuesto biodegradable y ecológico utilizando principios de química verde.