Cientistas desenvolveram um material de embalagem ‘inteligente’ para alimentos que é biodegradável, sustentável e que mata micróbios prejudiciais aos humanos. Também pode estender a vida útil de frutas frescas em dois ou três dias.
Pela Universidade Tecnológica de Nanyang publicado por Phys.
Em um experimento, os morangos que foram embrulhados na embalagem desenvolvida pela NTU-Harvard University permaneceram frescos por sete dias antes de desenvolver o molde, em comparação com as contrapartes que foram mantidas em caixas plásticas de frutas convencionais, que permaneceram frescas por quatro dias. Crédito: Universidade Tecnológica de Nanyang
A embalagem para alimentos à prova d’água desenvolvida pela equipe de cientistas da Universidade Tecnológica de Nanyang, Cingapura (NTU Cingapura) e da Escola de Saúde Pública Harvard TH Chan, nos Estados Unidos, é feita de um tipo de proteína de milho chamada zeína, amido e outros biopolímeros derivados naturalmente, infundidos com um coquetel de compostos antimicrobianos naturais. Isso inclui óleo de tomilho, uma erva comum usada na culinária, e ácido cítrico, que é comumente encontrado em frutas cítricas.
Em experimentos de laboratório, quando expostas a um aumento de umidade ou enzimas de bactérias nocivas, as fibras da embalagem liberam os compostos antimicrobianos naturais, matando também bactérias perigosas comuns que contaminam os alimentos, como E. Coli e Listeria. como fungos.
A embalagem é projetada para liberar as quantidades mínimas necessárias de compostos antimicrobianos apenas em resposta à presença de umidade adicional ou bactérias. Isso garante que a embalagem possa resistir a várias exposições e durar meses.
Como os compostos combatem qualquer bactéria que cresça na superfície da embalagem, bem como no próprio produto alimentício , eles têm potencial para serem usados em uma grande variedade de produtos, incluindo alimentos prontos para consumo, carne crua, frutas, e vegetais.
Em um experimento, os morangos que foram embrulhados na embalagem permaneceram frescos por sete dias antes de desenvolverem mofo, em comparação com as contrapartes que foram mantidas em caixas plásticas de frutas convencionais, que permaneceram frescas por apenas quatro dias.
A invenção é o resultado da colaboração de cientistas da Escola de Saúde Pública NTU-Harvard TH Chan Iniciativa para Nanotecnologia Sustentável (NTU-Harvard SusNano), que reúne pesquisadores da NTU e da Harvard Chan School para trabalhar em aplicações de ponta na agricultura e alimentos, com ênfase no desenvolvimento de nanomateriais atóxicos e ambientalmente seguros.
O desenvolvimento deste material de embalagem de alimentos avançado faz parte dos esforços da Universidade para promover soluções de tecnologia de alimentos sustentáveis, que está alinhado com o plano estratégico NTU 2025, que visa desenvolver soluções sustentáveis para enfrentar alguns dos grandes desafios urgentes da humanidade.
A professora Mary Chan, diretora do Centro de Bioengenharia Antimicrobiana da NTU, que co-liderou o projeto, disse que “esta invenção serviria como uma opção melhor para embalagens na indústria de alimentos, pois demonstrou qualidades antimicrobianas superiores no combate a uma miríade de bactérias e fungos relacionados aos alimentos que podem ser prejudiciais aos humanos. A embalagem pode ser aplicada a vários produtos, como peixes, carnes, vegetais e frutas. A liberação inteligente de antimicrobianos apenas quando houver presença de bactérias ou alta umidade, fornece proteção apenas quando necessário minimizando assim o uso de produtos químicos e preservando a composição natural dos alimentos embalados. “
O professor Philip Demokritou, professor adjunto de Saúde Ambiental da Harvard Chan School, que também é Diretor do Centro de Nanotecnologia e Nanotoxicologia e codiretor da NTU-Harvard Initiative on Sustainable Nanotechnology, que co-liderou o estudo, disse que “segurança alimentar e resíduos tornaram-se um grande desafio para a sociedade de nossos tempos, com imenso impacto econômico e de saúde pública que compromete a segurança alimentar. Uma das maneiras mais eficientes de melhorar a segurança alimentar e reduzir a deterioração e o desperdício é desenvolver materiais de embalagem de alimentos biodegradáveis e não tóxicos eficientes. Neste estudo , usamos compostos derivados da natureza, incluindo biopolímeros, solventes não tóxicos, e antimicrobianos inspirados na natureza e desenvolver sistemas escaláveis para sintetizar materiais antimicrobianos inteligentes que podem ser usados não apenas para melhorar a segurança e qualidade dos alimentos, mas também para eliminar os danos ao meio ambiente e à saúde e reduzir o uso de plásticos não biodegradáveis em nível global e promover sistemas agroalimentares sustentáveis. “
Fornecendo uma avaliação independente do trabalho realizado pela equipe de pesquisa da NTU, o Sr. Peter Barber, CEO da ComCrop, uma empresa de Cingapura pioneira na agricultura urbana em telhados, disse que “o material de embalagem de alimentos da NTU-Harvard Chan School serviria como uma solução sustentável para empresas como nós, que desejam reduzir o uso de plástico e adotar alternativas mais ecológicas. À medida que a ComCrop busca aumentar a capacidade de produção de alimentos de Cingapura, o volume de embalagens de que precisamos aumentará em sincronia e mudará para um material como isso nos ajudaria a ter o dobro do impacto. As propriedades antimicrobianas da embalagem, que poderiam estender a vida útil de nossos vegetais, nos serviriam bem. O material de embalagem é uma promessa para a indústria,e estamos ansiosos para aprender mais sobre a embalagem e, possivelmente, adotá-la para nosso uso algum dia. “
Os resultados do estudo foram publicados na revista acadêmica ACS Applied Materials & Interfaces em outubro.
Reduzindo o desperdício de embalagens
A indústria de embalagens é o maior e crescente consumidor de plásticos sintéticos derivados de combustíveis fósseis, com os plásticos para embalagens de alimentos sendo responsáveis pela maior parte dos resíduos plásticos que estão poluindo o meio ambiente.
Em Cingapura, as embalagens são a principal fonte de lixo, com dados da Agência Nacional do Meio Ambiente de Cingapura mostrando que, dos 1,76 milhões de toneladas de resíduos descartados por fontes domésticas em 2018, um terço deles eram resíduos de embalagens e mais da metade deles ( 55 por cento) era de plástico.
O material de embalagem inteligente para alimentos, quando ampliado, pode servir como alternativa para reduzir a quantidade de resíduos plásticos, por ser biodegradável. Seu principal ingrediente, a zeína, também é produzida a partir da farinha de glúten de milho, um subproduto residual do uso de amido ou óleos de milho para a produção de etanol.
O material de embalagem de alimentos é produzido eletrofixando a zeína, os compostos antimicrobianos com celulose, um polímero de amido natural que compõe as paredes das células vegetais, e ácido acético, que é comumente encontrado no vinagre.
A professora Mary Chan acrescentou que “a embalagem sustentável e biodegradável de alimentos ativos, que tem tecnologia embutida para manter bactérias e fungos afastados, é de grande importância para a indústria de alimentos. Ela poderia servir como uma alternativa ambientalmente correta aos polímeros à base de petróleo usados em embalagens comerciais de alimentos, como plástico, que têm um impacto ambiental negativo significativo. “
O Prof Demokritou acrescentou que “devido à globalização do fornecimento de alimentos e mudança de atitude em direção a um estilo de vida mais saudável e embalagens de alimentos ecologicamente corretas, há uma necessidade de desenvolver materiais biodegradáveis, não tóxicos e inteligentes / responsivos para melhorar a segurança e qualidade dos alimentos. Desenvolvimento de plataformas de síntese escalonáveis para o desenvolvimento de materiais de embalagem de alimentos que são compostos de biopolímeros biodegradáveis e derivados da natureza e antimicrobianos inspirados na natureza, juntamente com abordagens acionadas por estímulos, atenderão às necessidades emergentes da sociedade para reduzir o desperdício de alimentos e aumentar a segurança e qualidade dos alimentos. “
A equipe de pesquisadores da NTU e da Harvard Chan School esperam expandir sua tecnologia com um parceiro industrial, com o objetivo de comercialização nos próximos anos.
Eles também estão atualmente trabalhando no desenvolvimento de outras tecnologias para desenvolver materiais de embalagem de alimentos inteligentes baseados em biopolímeros para melhorar a segurança e a qualidade dos alimentos .
Mais informações: Zeynep Aytac et al, Enzyme- and Relative Humidity-Responsive Antimicrobial Fibers for Active Food Packaging, ACS Applied Materials & Interfaces (2021). DOI: 10.1021 / acsami.1c12319
