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Explorando o potencial de nanopartículas de biopolímeros com extratos de frutas para controle de patógenos alimentares

Processo: 19/22799-7
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Vigência (Início): 01 de fevereiro de 2021
Vigência (Término): 31 de janeiro de 2023
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
Pesquisador responsável:Luiz Henrique Capparelli Mattoso
Beneficiário:Crisiane Aparecida Marangon
Instituição-sede: Embrapa Instrumentação Agropecuária. Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA). Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (Brasil). São Carlos , SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:18/22214-6 - Rumo à convergência de tecnologias: de sensores e biossensores à visualização de informação e aprendizado de máquina para análise de dados em diagnóstico clínico, AP.TEM
Assunto(s):Biofilmes   Lignina   Quitosana

Resumo

Existe uma demanda crescente para o desenvolvimento de novos materiais poliméricos com funcionalidades para serem empregados como embalagens que garantam a produção de alimentos mais seguros e saudáveis para prevenir a ameaça de bactérias resistentes aos antibióticos. Esse problema reduz o prazo de validade e aumenta o risco de doenças, diminuindo a produtividade e gerando perdas econômicas. O desenvolvimento de nanopartículas ativas de última geração compostas por mais de um agente antimicrobiano oferece uma estratégia promissora para potencializar o efeito e atingir múltiplos alvos concomitantemente. Nanopartículas que combinem biopolímeros como quitosana e lignina na incorporação de extratos de frutas à sua estrutura podem garantir uma estreita interação com a célula bacteriana e assegurar maior estabilidade dos bioativos, explorando a sinergia entre os materiais e as mudanças em suas propriedades ocasionadas pela redução do tamanho e modulação de suas cargas. Esses biopolímeros são promissores devido à estrutura química e às características como biocompatibilidade, biodegradabilidade, baixa citotoxicidade e mucoadesividade, com potencial para utilização como embalagens poliméricas ativas. Além disso, são uma alternativa natural, que não necessita de síntese química complexa e apresenta baixo custo e impacto ao meio ambiente, seguindo a tendência do setor em agregar valor a subprodutos da indústria. Resultados recentes demostraram que nanopartículas de quitosana/ramnolipídeo foram mais efetivas no controle de patógenos em condições ácidas. Assim, a combinação de quitosana, lignina e extratos de uva pode ser vantajosa, uma vez que, muitos alimentos são ácidos. Este projeto de pesquisa pretende avaliar o potencial antimicrobiano de nanopartículas de quitosana/lignina/extrato de uva frente a células planctônicas e sésseis de Staphylococcus aureus e Salmonella enterica. Os extratos da semente e casca de uva serão obtidos e caracterizados por cromatografia a gás acoplada a espectrômetro de massas de alta resolução e sua capacidade antioxidante avaliada por determinação do conteúdo total de fenólicos pelos métodos de Folin-Ciocalteu e do radical DPPH. As quitosanas serão de duas fontes: comercial e obtida a partir de gládios de lula para efeito de comparação e, sua massa molar média e grau de acetilação serão determinados por viscosimetria capilar e ressonância magnética nuclear de hidrogênio. A lignina utilizada será comercial e as nanopartículas de quitosana/lignina e quitosana/lignina/extrato de uva serão preparadas considerando-se vários parâmetros. As nanopartículas serão caracterizadas por espectroscopia na região do infravermelho , potencial zeta, espalhamento de luz dinâmico, índice de polidispersividade, microscopias de força atômica e eletrônica de transmissão. Serão feitos ensaios de estabilidade em função do pH e tempo de armazenamento e, a concentração das nanopartículas será quantificada por cromatografia líquida de alta performance. A atividade antimicrobiana contra as células planctônicas será avaliada através da técnica de microdiluição em caldo para a determinação da concentração inibitória mínima, concentração bactericida mínima e contagem de células viáveis. Os biofilmes serão formados em microplacas adaptadas (peg-lids), determinando-se a concentração inibitória mínima, a concentração de erradicação mínima e quantificando-se o número de células viáveis. A análise por microscopia confocal de varredura a laser será feita para verificar-se a interação nanopartícula-bactéria e propor o possível mecanismo de ação, além de visualizar as células viáveis nos biofilmes após o tratamento. Por fim, a citotoxicidade das nanopartículas será mensurada. Busca-se compreender e modular as interações químicas e físicas entre os compostos, melhorar as propriedades e incrementar características adicionais a essas nanopartículas, permitindo ampliar o controle de bactérias de importância alimentar.