Rui Sintra – IFSC/USP
Tecnologia desenvolvida entre pesquisadores do Instituto de Física de São Carlos (IFSC/USP) e do Peru, utiliza materiais de origem natural para criar películas com propriedades antibacterianas e antioxidantes, abrindo novas perspectivas para a conservação de alimentos e a redução do desperdício.
O desperdício de alimentos continua a representar um dos grandes desafios da sociedade contemporânea, não apenas pelas consequências econômicas que provoca, mas também pelos impactos ambientais e sociais associados à produção, ao transporte e à distribuição de produtos que acabam por não chegar à mesa dos consumidores. É neste contexto que uma pesquisa científica, desenvolvida com a participação de pesquisadores do Instituto de Física de São Carlos (IFSC/USP), apresenta uma alternativa promissora para o futuro das embalagens alimentares.
A pesquisa, publicada na revista científica internacional ACS Food Science & Technology, da American Chemical Society, apresenta o desenvolvimento de uma película biodegradável produzida a partir de quitosana, vanilina e nanopartículas de prata, capaz de combater determinadas bactérias, apresentar atividade antioxidante e dificultar a passagem de umidade.
O trabalho foi desenvolvido por Carol Ramos Vera, Fernanda Alves, Cristina Kurachi, Gustavo Adolfo Ruiz Pacco, César Fuertes Ruitón e Valtencir Zucolotto, reunindo pesquisadores da do Instituto de Física de São Carlos (IFSC/USP) e da Faculdade de Farmácia e Bioquímica da Universidad Nacional Mayor de San Marcos, no Peru.
Mais do que apresentar um novo material, a investigação procura responder a duas questões que se tornaram particularmente relevantes nos últimos anos: como prolongar a conservação de alimentos perecíveis e, simultaneamente, reduzir a dependência de embalagens produzidas a partir de plásticos convencionais?
Uma resposta científica ao desperdício alimentar
Frutas e hortaliças encontram-se entre os alimentos mais vulneráveis à deterioração. Desde a colheita até ao momento do consumo, estão sujeitos a alterações de temperatura, umidade, danos durante o transporte e contaminações por microrganismos que podem comprometer a sua qualidade.
Segundo dados internacionais apresentados no estudo, as perdas e o desperdício de alimentos atingem proporções preocupantes, com consequências diretas para a economia e para o ambiente.
A utilização de embalagens convencionais contribuiu significativamente para melhorar as condições de armazenamento e distribuição de produtos alimentares. Contudo, grande parte dessas embalagens continua a ser fabricada com materiais derivados do petróleo, cuja decomposição no ambiente pode prolongar-se durante centenas de anos.
Perante este cenário, a comunidade científica tem procurado desenvolver materiais que, para além de protegerem os alimentos, apresentem características ambientalmente mais favoráveis.
Foi precisamente essa preocupação que orientou a investigação realizada pela equipe que contou com a participação do IFSC/USP.
A proposta consistiu em produzir uma embalagem capaz de desempenhar uma função ativa na conservação dos alimentos. Ou seja, um material que não se limitasse a envolver ou proteger fisicamente o produto, mas que também pudesse contribuir para reduzir a presença de bactérias e limitar processos relacionados com a deterioração.
A combinação de três componentes
Para desenvolver a nova película, os pesquisadores recorreram a três componentes com propriedades distintas, mas complementares.
O primeiro é a quitosana, um material natural obtido a partir da quitina, substância presente, entre outras fontes, nas estruturas externas de crustáceos. A quitosana tem despertado grande interesse científico pela sua capacidade de formar películas e pelas suas propriedades que favorecem o desenvolvimento de materiais biodegradáveis.
O segundo componente é a vanilina, substância conhecida por ser responsável pelo aroma característico da baunilha e utilizada em diferentes setores industriais, incluindo o alimentar.
Neste estudo, a vanilina desempenha uma função que ultrapassa as suas características aromáticas. A sua incorporação contribuiu para melhorar a resistência mecânica da película e aumentar a sua capacidade antioxidante, uma propriedade importante para combater reações químicas associadas à deterioração dos alimentos.
O terceiro elemento é constituído por nanopartículas de prata, estruturas extremamente pequenas, cujas dimensões são medidas em nanômetros, ou seja, milionésimos de milímetro.
A prata é conhecida pelas suas propriedades antimicrobianas, mas a sua utilização em dimensões nanométricas permite explorar interações específicas com determinados microrganismos.
A combinação desses três componentes deu origem a uma película com características que poderão ser particularmente interessantes para futuras aplicações na conservação de frutas e hortaliças.
Nanopartículas de prata combatem bactérias
Um dos resultados mais relevantes da investigação está relacionado com a capacidade das nanopartículas de prata de combater bactérias que podem estar associadas à contaminação de alimentos.
Os pesquisadores avaliaram a atividade antimicrobiana contra duas espécies bacterianas: Escherichia coli e Staphylococcus aureus.
Nos ensaios realizados com as nanopartículas, foram observadas reduções entre 88,4% e 90,7% nas populações viáveis de Escherichia coli, após três horas de exposição, dependendo da concentração utilizada.
No caso de Staphylococcus aureus, a redução chegou a 71,5% após 24 horas, numa das concentrações analisadas.
Estes resultados demonstraram a capacidade das nanopartículas de interferir no desenvolvimento desses microrganismos.
Os pesquisadores também avaliaram o comportamento das bactérias quando colocadas diretamente em contato com as películas produzidas.
Neste caso, os materiais que continham nanopartículas de prata apresentaram atividade antibacteriana, com resultados que variaram de acordo com a espécie bacteriana e o tempo de exposição.
As películas contendo prata mostraram resultados particularmente relevantes contra Staphylococcus aureus após 24 horas, enquanto a resposta contra Escherichia coli foi mais evidente nos períodos iniciais de contato.
A diferença está relacionada, entre outros fatores, com as características das estruturas celulares das duas bactérias, que influenciam a maneira como interagem com as nanopartículas.
É importante salientar que os resultados foram obtidos em condições laboratoriais controladas. A eficácia observada não significa, por enquanto, que a embalagem esteja pronta para utilização comercial ou que seja capaz de eliminar todos os microrganismos presentes nos alimentos.
Uma película mais resistente e com maior proteção contra a umidade
A investigação não se limitou a avaliar a atividade antibacteriana do novo material.
Os cientistas procuraram igualmente compreender se a película apresentava características físicas adequadas para uma eventual utilização como embalagem alimentar.
Um dos desafios enfrentados pelos materiais biodegradáveis é a sua resistência mecânica, já que algumas alternativas aos plásticos convencionais podem apresentar fragilidade ou dificuldades em suportar determinadas condições de armazenamento e transporte.
Neste aspecto, a incorporação de vanilina revelou-se particularmente importante.
Os ensaios demonstraram que a resistência à tração da película de quitosana, inicialmente próxima de 38 MPa, aumentou para cerca de 48 MPa com a presença de vanilina.
Este resultado representa uma melhoria significativa na capacidade do material para resistir a esforços mecânicos.
Outra característica analisada foi a passagem de vapor de água através da embalagem.
A umidade desempenha um papel importante na deterioração de diversos alimentos, pelo que a capacidade de controlar a sua transferência pode contribuir para melhorar as condições de conservação.
Os resultados mostraram que a incorporação de nanopartículas de prata retardou a transmissão de umidade, com uma diferença de até 17,4 horas relativamente à película constituída apenas por quitosana, nas condições específicas do ensaio.
Esta característica poderá ser particularmente interessante para produtos sensíveis às alterações de umidade, embora ainda sejam necessários estudos diretamente realizados com alimentos para determinar o seu efeito sobre o tempo de conservação.
A importância da atividade antioxidante
Outro resultado relevante está associado à capacidade antioxidante da nova embalagem.
Determinadas reações químicas, especialmente as que envolvem processos de oxidação, podem contribuir para alterações na cor, no sabor e na qualidade nutricional dos alimentos.
A incorporação de vanilina na película aumentou significativamente a atividade antioxidante medida pelos pesquisadores.
Nos testes laboratoriais realizados, essa capacidade aumentou aproximadamente quatro vezes num dos métodos utilizados e sete vezes noutro, em comparação com a película produzida apenas com quitosana.
Os resultados indicam que a vanilina poderá desempenhar um papel importante na proteção contra determinados processos oxidativos.
Por outro lado, a incorporação das nanopartículas de prata contribuiu para modificar as propriedades ópticas da película, aumentando a sua capacidade de bloquear parte da radiação ultravioleta.
Esta característica também poderá ter interesse na conservação de alimentos sensíveis à exposição à luz.
Deste modo, a combinação dos diferentes componentes permitiu desenvolver um material com múltiplas funcionalidades, reunindo propriedades antibacterianas, antioxidantes e de proteção física.
Biodegradabilidade: uma vantagem que exige novos estudos
A preocupação ambiental constituiu um dos pontos centrais da investigação.
Para avaliar o comportamento das películas depois da sua utilização, os pesquisadores realizaram experiências de degradação em solo, acompanhando a perda de massa dos materiais ao longo de 30 dias.
Os resultados demonstraram que a película constituída apenas por quitosana apresentou degradação completa em aproximadamente 20 dias.
A película contendo quitosana e vanilina também apresentou elevada capacidade de degradação, atingindo cerca de 87,7% ao final de 30 dias.
Contudo, a incorporação das nanopartículas de prata tornou o processo mais lento.
Segundo os pesquisadores, este comportamento poderá estar relacionado com a própria atividade antimicrobiana da prata, que também pode interferir na ação dos microrganismos responsáveis pela decomposição dos materiais no solo.
Esta observação revela uma questão importante: desenvolver embalagens sustentáveis exige encontrar um equilíbrio entre a capacidade de proteger os alimentos e o comportamento ambiental dos materiais depois de descartados.
A presença de nanopartículas de prata, embora apresente vantagens antimicrobianas, exige igualmente uma avaliação cuidadosa dos seus possíveis efeitos sobre o ambiente.
Segurança alimentar continua a ser uma questão fundamental
Apesar dos resultados promissores, os pesquisadores reconhecem que ainda existem etapas importantes a cumprir antes de uma eventual aplicação comercial.
Uma das principais questões está relacionada com a possibilidade de migração de partículas ou íons de prata da embalagem para os alimentos.
Embora estudos anteriores tenham apresentado resultados favoráveis com materiais semelhantes, a segurança da formulação desenvolvida nesta investigação ainda necessita de avaliações específicas.
Os cientistas realizaram ensaios de toxicidade das nanopartículas em células humanas cultivadas em laboratório e verificaram que o efeito dependia da concentração utilizada.
Nas concentrações iguais ou inferiores a 12 microgramas por mililitro, a viabilidade celular manteve-se acima de 70%. Em concentrações superiores, verificou-se uma redução da sobrevivência das células.
Estes resultados reforçam a necessidade de aprofundar os estudos sobre a quantidade de prata que poderá ser libertada pelas películas e as condições em que o material poderá entrar em contato com os alimentos.
Assim, apesar do potencial apresentado, a tecnologia ainda não deve ser considerada uma alternativa comercialmente validada às embalagens convencionais.
O contributo do IFSC/USP para uma tecnologia com impacto social
A participação do Instituto de Física de São Carlos nesta investigação evidencia, uma vez mais, a importância da ciência desenvolvida na Universidade de São Paulo em áreas que ultrapassam os limites tradicionais da investigação acadêmica.
A investigação envolveu conhecimentos de nanotecnologia, química, ciência dos materiais e microbiologia, demonstrando como diferentes áreas científicas podem contribuir para enfrentar problemas concretos da sociedade.
Neste caso, o desafio não se resume à criação de uma nova embalagem.
Está também relacionado com a necessidade de encontrar soluções que permitam reduzir perdas alimentares, melhorar os processos de conservação e diminuir a utilização de materiais que contribuem para a poluição ambiental.
O trabalho demonstra ainda que a nanotecnologia, frequentemente associada a equipamentos sofisticados e aplicações de elevada complexidade, também pode encontrar espaço em produtos aparentemente simples, como uma película destinada a envolver alimentos.
É precisamente nesta aproximação entre conhecimento científico e necessidades cotidianas que reside uma das dimensões mais relevantes da investigação.
Os resultados mostram que a combinação de quitosana, vanilina e nanopartículas de prata pode constituir uma alternativa promissora para o desenvolvimento de embalagens alimentares com propriedades funcionais.
A formulação contendo 675 microgramas por mililitro de nanopartículas de prata apresentou, segundo os pesquisadores, o melhor desempenho biológico global entre as composições estudadas, mantendo características de biodegradabilidade.
Contudo, o caminho entre os resultados laboratoriais e a utilização prática ainda exige novos estudos, particularmente sobre a segurança do contato com alimentos, a migração de prata, a conservação efetiva de produtos perecíveis e a viabilidade de produção em escala industrial.
Não deixa, porém, de ser significativo que materiais de origem natural, associados a estruturas de dimensões nanométricas, possam contribuir para responder a desafios que envolvem simultaneamente alimentação, economia e ambiente.
Numa sociedade em que milhões de toneladas de alimentos são desperdiçadas e em que a acumulação de resíduos plásticos continua a preocupar governos, cientistas e organizações ambientais, investigações como esta representam um contributo importante para a procura de soluções mais sustentáveis.
A ciência não elimina, por si só, os problemas do desperdício alimentar ou da poluição. Mas pode desenvolver instrumentos que ajudem a enfrentá-los.
E é precisamente isso que esta investigação, com participação do IFSC/USP, procura demonstrar: que a combinação entre conhecimento científico, inovação tecnológica e responsabilidade ambiental poderá abrir novos caminhos para conservar melhor os alimentos e reduzir o impacto dos materiais utilizados no nosso cotidiano.
