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

• Processo: 19/22799-7
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de fevereiro de 2021
• Data de Término da vigência: 27 de janeiro de 2026
• Área de 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
• Bolsa(s) vinculada(s): 22/09950-0 - Atividade antibiofilme de nanopartículas de quitosana funcionalizadas com carbon-dots de lignina e extratos de uva, BE.EP.PD
• Assunto(s): Biopolímeros Nanopartículas Extratos vegetais Uva Patógenos Quitosana Lignina Biofilmes
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: biofilme | extratos de uva | Lignina | patógenos alimentares | quitosana | Polímeros e Aplicações

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. (AU)

Publicações científicas

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(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

BERTOLO, MIRELLA ROMANELLI VICENTE; DIAS, LUCAS DANILO; FILHO, JOSEMAR GONCALVES DE OLIVEIRA; ALVES, FERNANDA; MARANGON, CRISIANE APARECIDA; AMARO MARTINS, VIRGINIA DA CONCEICA; FERREIRA, MARCOS DAVID; BAGNATO, VANDERLEI SALVADOR; PLEPIS, ANA MARIA DE GUZZI; BOGUSTZ JUNIOR, STANISLAU. Central composite design optimization of active and physical properties of food packaging films based on chitosan/gelatin/pomegranate peel extract. FOOD PACKAGING AND SHELF LIFE, v. 34, p. 11-pg., 2022-11-14. (13/07276-1, 14/50857-8, 19/13569-8, 18/22214-6, 18/24612-9, 19/22799-7, 19/18748-8)

MARANGON, CRISIANE A.; OTONI, CAIO G.; BERTUSO, PAULA C.; RODRIGUES, MURILO A. V.; BERTOLO, MIRELLA R. V.; MARTINS, VIRGINIA C. A.; NITSCHKE, MARCIA; PLEPIS, ANA MARIA G.; MATTOSO, LUIZ H. C.. Triple-action packaging: Food protection and monitoring enabled by agri-food side streams. FOOD HYDROCOLLOIDS, v. 133, p. 13-pg., 2022-07-21. (19/22799-7, 18/22214-6)

DOS SANTOS, DANILO MARTINS; MOON, JAE-I.; KIM, DA-SEUL; BASSOUS, NICOLE JOY; MARANGON, CRISIANE APARECIDA; CAMPANA-FILHO, SERGIO PAULO; CORREA, DANIEL SOUZA; KANG, MIN-HO; KIM, WOO-JIN; SHIN, SU RYON. Hierarchical Chitin Nanocrystal-Based 3D Printed Dual-Layer Membranes Hydrogels: A Dual Drug Delivery Nano-Platform for Periodontal Tissue Regeneration. ACS NANO, v. 18, n. 35, p. 22-pg., 2024-08-20. (18/22214-6, 19/22799-7, 17/20973-4)

BERTUSO, PAULA DE CAMARGO; MARANGON, CRISIANE APARECIDA; NITSCHKE, MARCIA. Susceptibility of Vegetative Cells and Endospores of Bacillus cereus to Rhamnolipid Biosurfactants and Their Potential Application in Dairy. MICROORGANISMS, v. 10, n. 9, p. 17-pg., 2022-09-01. (19/14405-9, 19/22799-7, 21/09935-9, 18/22214-6)

DE OLIVEIRA FILHO, JOSEMAR GONCALVES; VICENTE BERTOLO, MIRELLA ROMANELLI; VIGILATO RODRIGUES, MURILO ALISON; MARANGON, CRISIANE APARECIDA; SILVA, GUILHERME DA CRUZ; ALENCAR ODONI, FERNANDA CAMPOS; EGEA, MARIANA BURANELO. Curcumin: A multifunctional molecule for the development of smart and active biodegradable polymer-based films. TRENDS IN FOOD SCIENCE & TECHNOLOGY, v. 118, n. B, p. 840-849, DEC 2021. (19/22799-7, 18/22214-6, 18/24612-9)

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