Revisão: Principais Agentes
Antimicrobianos Utilizados em
Embalagens Plásticas
Review: Main Antimicrobial Agents Used
in Plastic Packaging
AUTORES
AUTHORS
)
Léa Mariza de OLIVEIRA
Engenheira de Alimentos, MSc. Pesquisadora CETEA-ITAL
Av. Brasil, 2880 - Jardim Brasil - 13070-178 Campinas-SP
e-mail: [email protected]
Paula Andrea P. L. V. de OLIVEIRA
Bióloga, MSc. Pesquisadora-bolsista CETEA–ITAL
Av. Brasil, 2880 - Jardim Brasil - 13070-178 Campinas–SP
e-mail: [email protected]
RESUMO
Embalagens ativas caracterizam-se por uma interação com o produto, tendo por
objetivo preservar sua qualidade e garantir sua segurança. A embalagem ativa procura
corrigir limitações da embalagem convencional. Nos últimos anos têm se destacado os
desenvolvimentos de embalagens com atividades antimicrobianas. A tecnologia baseia-se no
fato de que, na maioria dos alimentos sólidos e semi-sólidos, o crescimento microbiano é
superficial, daí a necessidade de um intenso contato entre o produto e o agente antimicrobiano.
Vários compostos naturais e sintéticos têm tido seu potencial antimicrobiano analisado
dentro deste conceito, a exemplo de íons metálicos, ácidos orgânicos, bacteriocinas e
fungicidas, como os benzoatos e sorbatos. Polímeros com atividade antimicrobiana natural,
como as quitosanas e as poliamidas, também estão sendo estudados. Um agente
antimicrobiano ideal deve ser efetivo em um largo espectro e em baixas concentrações, não
causar alterações nas características sensoriais do produto, ter um custo compatível e atender
à legislação vigente. Os maiores desafios da tecnologia têm sido a estabilidade térmica, a
eficácia a baixas temperaturas, o atendimento às exigências legais e o grau de alteração de
propriedades físicas, mecânicas e de maquinabilidade dos filmes.
SUMMARY
Active packaging systems are characterized by an interaction with the product,
aiming at preserving its quality, guaranteeing safety and correcting the limitations of
conventional packaging. Recently emphasis has been given to the development of packages
with antimicrobial activity. The technology is based on the fact that in the majority of solid
and semi-solid foods, microbial growth is superficial, requiring an intense contact between
the product and the anti-microbial agents. Within this concept the anti-microbial potential
of many natural and synthetic agents has been studied, such as metal ions, organic acids,
bacteriocins and anti-fungal agents such as benzoates and sorbates. Polymers with natural
anti-microbial activity such as the chitosans and polyamides are also being studied. An ideal
anti-microbial agent must be effective over a wide spectrum and in low concentrations,
causing no alterations to the sensorial characteristics of the product, showing a compatible
price and attending current legislation. The greatest technological challenges have been the
thermal stability, efficacy at low temperatures, the legal requirements, the effect on the
physical and mechanical properties and production line performance of the films.
PALAVRAS-CHAVE
KEY WORDS
Embalagem ativa; Embalagem plástica; Filmes
antimicrobianos; Compostos usados em filmes
antimicrobianos; Zeólito / Active packaging; Plastic
packaging; Anti-microbial films; Zeolite.
Braz. J. Food Technol., v.7, n.2, p.161-165, jul./dez., 2004
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Recebido / Received: 05/04/2004. Aprovado / Approved: 23/08/2004.
OLIVEIRA, L. M. de
OLIVEIRA, P. A. P. L. V. de
1. INTRODUÇÃO
É sabido que uma das funções da embalagem é
preservar ao máximo a qualidade do produto, criando
condições que minimizem alterações químicas, bioquímicas e
microbiológicas. Contudo, o conceito tradicional de que esta
função deve ser exercida por meio de uma mínima interação
entre a embalagem e o produto está superado frente às várias
tecnologias que vêm sendo desenvolvidas nas últimas
décadas, que têm por princípio justamente uma interação
embalagem/produto, como forma de preservar a qualidade e
a segurança do alimento, a exemplo dos absorvedores de
oxigênio ou etileno e os controladores de umidade.
Embalagens com estas características são conhecidas como
embalagens ativas, pois além de atuarem como uma barreira
a agentes externos, apresentam alguma outra função desejável.
A embalagem ativa procura corrigir deficiências presentes na
embalagem convencional. Neste segmento, nos últimos anos,
têm se destacado os desenvolvimentos envolvendo o uso de
agentes antimicrobianos na embalagem.
Na maioria dos alimentos sólidos e semi-sólidos, o
crescimento microbiano é superficial. A aplicação de fungicidas
em cêras e outros revestimentos comestíveis já são utilizados
em produtos como queijos e frutas.
Os filmes antimicrobianos são divididos em dois
grupos. No primeiro, o agente migra para a superfície do
produto, enquanto no segundo eles são efetivos contra o
crescimento microbiano superficial, sem a necessidade de
migração para o produto. Em ambos, um intenso contato
entre o produto e o agente antimicrobiano é necessário, logo,
alimentos acondicionados a vácuo apresentam grande
potencial de uso da tecnologia (VERMEIREN et al., 2002).
Vários compostos naturais e sintéticos têm sido
incorporados, a diferentes materiais como plásticos, fibras
têxteis e papel, a exemplo de íons metálicos, ácidos orgânicos,
bacteriocinas, isotiocianatos e fungicidas como os benzoatos,
sorbatos e imazalil.
O uso de embalagens com agentes antimicrobianos
tem como vantagem sobre a incorporação do agente
antimicrobiano diretamente no alimento, o fato de que
menores teores de conservante entram em contato direto com
o produto, atendendo uma tendência atual do consumidor
que é a busca por alimentos minimamente processados e livre
de conservantes.
Os agentes antimicrobianos podem ser incorporados
diretamente ao material de embalagem, em rótulos/etiquetas
ou estar contidos em sachês.
Deve-se considerar, na seleção do agente
antimicrobiano, seu mecanismo de inibição, natureza química,
cinética de migração e difusão do agente no alimento,
características físico-químicas do alimento como pH, umidade
e composição, tipo e população de microrganismos, fisiologia
do microrganismo-alvo, processo de fabricação do material
de embalagem, maquinabilidade e processabilidade do
material de embalagem e aspectos relacionados à legislação
(HAN, 2002).
Braz. J. Food Technol., v.7, n.2, p.161-165, jul./dez., 2004
Revisão: Principais Agentes
Antimicrobianos Utilizados em
Embalagens Plásticas
De acordo com BRODY; STRUPINSK; KLINE (2001),
dentre os agentes antimicrobianos, os de maior potencial
parecem ser aqueles contendo sais de prata, capazes de liberar
íons do metal. Íons de cobre também podem destruir
microrganismos, mas são considerados tóxicos quando em
contato com alimentos, além de serem catalisadores de
reações de oxidação, podendo, portanto, acelerar outras
reações de degradação. A prata metálica não libera o íon tão
facilmente como o cobre, mas é considerada segura e
relativamente inerte, sendo utilizada como agente
antimicrobiano na indústria farmacêutica e no tratamento de
água.
2. TIPOS DE AGENTES ANTIMICROBIANOS
Um dos produtos mais discutidos e estudados é o
zeólito (cristais de alumino-silicatos com elementos da primeira
e da segunda família de metais da tabela periódica como
sódio, potássio, magnésio ou cálcio), nos quais uma porção
dos íons sódio é substituída usualmente por íons prata (Agzeólito), o que confere atividade bactericida ao produto. Os
zeólitos apresentam poros que permitem a retenção, no
interior de sua rede cristalina, de moléculas de dimensões
inferiores às dimensões de seus poros e cavidades, criando
assim um fenômeno de adsorção seletiva.
O Ag-zeólito é incorporado ao material plástico,
ocorrendo uma liberação gradual dos íons prata para o
alimento. O íon prata atua sobre uma grande variedade de
bactérias, fungos e leveduras, por meio da alteração de
seus metabolismos, mas não demonstrou efetividade sobre
esporos de bactérias resistentes ao calor. Os íons prata
podem reagir com alguns constituintes do meio, formando
compostos inativos. Sulfatos, sulfetos de hidrogênio e
aminoácidos sulfurados, presentes em vários alimentos,
reagem com o íon prata, reduzindo sua atividade à
temperatura ambiente. Devido ao custo elevado, um filme
com 3 a 6µm, com 1 a 3% de Ag-zeólito, costuma ser
coextrusado ou laminado a outros substratos. Contudo,
quanto maior a concentração, maior a atividade
antimicrobiana. Estudos demonstraram que a incorporação
de 1% de Ag-zeólito em polietileno foi suficiente para
reduzir, na superfície do plástico, a contagem microbiana de
105 a 106 células/mL para menos de 10 células/mL em 24
horas. O aumento da espessura do filme pode não aumentar
a atividade antimicrobiana, pela dificuldade encontrada para
a migração do íon prata para a superfície, já que sua efetividade
depende de um contato direto com o microrganismo. Com
elevada resistência térmica, o Ag-zeólito resiste às
temperaturas de extrusão dos filme plásticos, podendo ser
incorporados por exemplo ao polietileno e ao polipropileno.
A quantidade de Ag-zeólito incorporada ao filme e o diâmetro
das partículas podem ter efeitos adversos nas propriedades
de termossoldagem e outras propriedades físicas, a exemplo
da transparência. Vários materiais incorporados de agentes
antimicrobianos, particularmente Ag-zeólito, estão
disponíveis comercialmente, principalmente no Japão
(BRODY; STRUPINSK; KLINE, 2001).
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O AlphaSan RC 5000 é um aditivo antimicrobiano
para filmes plásticos à base de fosfato de zircônio e uma resina
de troca iônica contendo prata. A porcentagem de prata neste
material é de 3,8%. Estável a altas temperaturas e com uma
tendência reduzida à formação de compostos coloridos, pode
ser utilizado em uma variedade de aplicações em teores de
até 2% em peso do material tratado (MILLIKEN CHEMICAL,
2003).
A
Irgaguard B é uma linha de aditivos
antimicrobianos à base de triclosan ou prata que pode ser
usada em uma grande variedade de polímeros. Os produtos
base prata apresentam-se na forma de um pó inodoro atóxico,
com partículas com 2 a 5µm e podem ter como suporte um
zeólito ou uma sílica. Possuem alta resistência ao calor, até
800ºC, atuam sobre amplo espectro microbiano, mantendo a
eficiência por longos períodos, sendo liberado da embalagem
para o produto lentamente e em baixa concentração (ppb). O
Irgaguard B 5000 tem como suporte um zeólito de prata e
recebeu aprovação do FDA (U S Food and Drug Administration)
para uso em materiais plásticos em contato com alimentos
(CIBA SPECIALTY CHEMICALS, 2003).
O triclosan (C12H7Cl3O2) é um composto não-iônico,
derivado de um difenil éter, capaz de bloquear a síntese de
ácidos graxos por meio de inibição enzimática, inibindo o
crescimento de bactérias gram-positivas e gram-negativas,
mofos e leveduras. Atualmente, o triclosan não é utilizado em
contato com alimentos, mas sim em outras áreas como por
exemplo aplicações médicas. De acordo com HEATH et al.
(1999) apud VERMEIREN et al. (2002), a E. coli pode adquirir
resistência ao triclosan por meio da mutação de um gene
específico, hipótese esta que deve ser confirmada por mais
estudos. O triclosan pode ser incorporado a vários tipos de
plásticos e precisa migrar para o alimento para exercer sua
ação antimicrobiana. Contudo, temperaturas acima de 250ºC
devem ser evitadas devido à volatilidade do produto. O
triclosan incorporado ao polietileno de baixa densidade (PEBD)
em concentração de 1000mg/kg apresentou alta atividade
nos estudos desenvolvidos in vitro. Entretanto, quando peito
de frango foi acondicionado a vácuo neste mesmo material e
mantido a 7ºC, não foram detectadas reduções nas contagens
de aeróbios e anaeróbios totais, bactérias do ácido láctico,
leveduras, L. monocytogenes e Enterobacteriaceae. Estudos
têm demonstrado que a presença de ácidos graxos ou gordura
podem reduzir a atividade antimicrobiana do triclosan
(VERMEIREN et al., 2002).
Dióxido de cloro (ClO 2 ) é um gás recentemente
aprovado como agente antimicrobiano capaz também de
controlar odores. O efeito antimicrobiano deste gás sobre
bactérias, fungos e vírus é bem conhecido na indústria de
alimentos. O dióxido de cloro tem ação rápida sobre um largo
espectro de microrganismos, não é irritante, é atóxico nas
concentrações permitidas e não forma dioxinas nem
trihalometanos (THM). A partir de um composto com cloro,
incorporado ao material de embalagem, o gás é liberado sob
determinadas condições ambientais, como por exemplo a
umidade. A quantidade e o período de geração do dióxido de
cloro podem ser controlados para destruir uma ampla gama
de microrganismos, incluindo esporos de fungos. O dióxido
de cloro tem ação oxidativa, destruindo vários processos
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Embalagens Plásticas
celulares necessários à vida, não permitindo a seleção de
microrganismos resistentes, e é efetivo em níveis baixos
(poucos ppm), que não promovem alterações sensoriais no
alimento. O dióxido de cloro tem como vantagem ser um dos
poucos agentes antimicrobianos cuja ação não exige um
contato direto entre a embalagem e o alimento.
WELLINGHOFF (1995) apud BRODY; STRUPINSK; KLINE (2001)
demonstrou que estes filmes podem ser efetivos na destruição
de Escheria coli em carne fresca moída. Contudo, apesar desta
eficácia, o gás promove alterações desfavoráveis na coloração
da carne vermelha fresca (BRODY, 2001). Diferentes métodos
têm sido desenvolvidos para aplicação de cloreto, o precursor
do dióxido de cloro, em filmes plásticos como, por exemplo, a
extrusão diretamente com o polímero, aplicação de um
coating por spray ou extrusão e a aplicação em etiquetas
fixadas internamente na embalagem. Como as partículas de
cloreto têm dimensões reduzidas, não há comprometimento
da transparência do filme (BRODY; STRUPINSK; KLINE, 2001).
As bacteriocinas são proteínas derivadas de
microrganismos que reúnem atividade bacteriostática e
bactericida, atuantes principalmente em ambientes com baixo
pH. A nisina, um destes compostos, aprovada como aditivos
para alimentos no Japão e pelo FDA, é uma proteína
hidrossolúvel, derivada de bactérias láticas, eficiente contra
bactérias gram-positivas, principalmente as formadoras de
esporos, mas ineficiente contra gram-negativas e fungos.
Portanto, estas bacteriocinas são microbiologicamente
específicas e pouco efetivas para a conservação da carne fresca,
deteriorada por espécies psicrotróficas gram-negativas, como
as Pseudomonas spp. Estudos comprovaram a eficiência da
nisina em combinação com um agente quelante, sobre a
Listeria monocytogenes, em alguns tipos de carnes
processadas e sobre bactérias lácticas e aeróbios totais em
presunto cozido e queijo fatiado acondicionados em atmosfera
modificada. Os estudos nesta área são muitos e tendem a
potencializar o efeito de antimicrobianos naturais com
diferentes compostos. A comprovação da efetividade das
bacteriocinas precisa ainda ser estabelecida em estudos
(BRODY; STRUPINSK; KLINE, 2001; HOTCHKISS, 1995;
SCANNELL et al., 2000).
Os japoneses desenvolveram um filme de polietileno
impregnado de alil-isotiocianato (AIT), um composto extraído
de raiz forte, encapsulado em um oligossacarídeo cíclico, o
qual inibe a proliferação de bactérias e fungos na superfície
de alimentos. O composto torna-se ativo por meio da umidade
do produto. O efeito antimicrobiano é significativamente
aumentado quando o AIT encontra-se na forma gasosa. A
maior limitação deste agente antimicrobiano é o odor intenso,
normalmente indesejável (BRODY; STRUPINSK; KLINE, 2001).
Enzimas com potencial para a produção de toxinas
para microrganismos podem ser incorporadas à superfície
interna do material de embalagem ou utilizadas em sachês, a
exemplo da glucose oxidase que forma peróxido de
hidrogênio. Contudo, o residual livre deste composto é
questionável sob o ponto de vista toxicológico, além de reagir
com muitos componentes dos alimentos, especialmente
lipídeos (BRODY; BUDNY, 1995). Outros pontos questionáveis
deste sistema são sua eficiência diretamente relacionada com
a temperatura de estocagem e comercialização, pH do
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produto, exigência da disponibilidade de glicose, relutância
do produtor de alimentos em adicionar glicose em alimentos
que não sejam doces (ADELL; MORETTI, 1995; LABUZA;
BREENE, 1989).
Alguns fungicidas também podem ser incorporados
ao material de embalagem. Contudo, a adição direta ao PEBD
de fungicidas ácidos tradicionais, como os ácidos propiônico,
benzóico e sórbico, não se mostrou viável. Como esta
incompatibilidade deve-se, provavelmente, a diferenças de
polaridade, o problema pode ser contornado pelo emprego
do ácido na forma de anidrido, o que reduz sua polaridade.
Os anidridos são relativamente estáveis termicamente e
quando secos. Quando entram em contato com o alimento, a
umidade do produto promove a sua hidrólise, e o ácido livre
formado migra para a superfície do produto, exercendo então
sua função antifúngica (HOTCHKISS, 1995). Filmes de acetato
de celulose incorporados de propionato de sódio (4%)
mostraram-se efetivos na inibição do desenvolvimento
microbiano em fatias de pão branco (SOARES et al. , 2002).
SEABROOK; HEYMANN (1996) apud BRODY;
STRUPINSK; KLINE (2001) descreveram como a vitamina E
incorporada ao plástico pode controlar a liberação do agente
antimicrobiano, impedindo que quantidades prejudiciais do
elemento ativo sejam liberadas.
Alguns polímeros apresentam atividade antimicrobiana
inerente, a exemplo das quitosanas e das poliamidas. A
quitosana é um biopolímero, obtido por desacetilação da
quitina (presente na crosta protetora de crustáceos e insetos).
Alguns estudos têm demonstrado seu efeito sobre algumas
bactérias e fungos (BRODY; STRUPINSK; KLINE, 2001).
As poliamidas são polímeros muito utilizados na área
de embalagens para produtos cárneos devido às suas boas
propriedades de barreira a gases e resistência mecânica.
Estudos têm demonstrado que na poliamida 6,6, a radiação
ultravioleta (UV) induz a conversão de grupos amida
superficiais a amina, aumentando a concentração dos mesmos,
o que leva a uma atividade antimicrobiana. COHEN et al.
(1995) apud SHEARER et al. (2000) demonstraram que na
poliamida com um nível de tratamento da ordem de 1 – 3J/
cm2 com luz ultravioleta a 193nm, há uma conversão de cerca
de 10% dos grupos amida em amina. Adicionalmente, o
tratamento com UV promove uma alteração na topografia
superficial, o que leva a um aumento da área de contato
embalagem/produto, não estando contudo comprovado que
este aumento de área leva a uma maior atividade
antimicrobiana. Por outro lado, o mecanismo de ação do grupo
amina sobre o microrganismo não está completamente
estabelecido, mas parece estar relacionado com a perda da
integridade celular. Contudo, estudos comprovam a eficiência
do material tratado sobre algumas bactérias, principalmente
as gram-positivas (PAIK et al., 1998; SHEARER et al., 2000).
De modo geral, um filme plástico incorporado de
agentes antimicrobianos ideal deve ser efetivo em um largo
espectro e a baixas concentrações, não causar alterações nas
características sensoriais do produto, ter um custo compatível
e atender à legislação vigente. Os maiores desafios da
tecnologia têm sido a estabilidade térmica, a eficácia a baixas
temperaturas e o atendimento às exigências legais (BRODY,
Braz. J. Food Technol., v.7, n.2, p.161-165, jul./dez., 2004
Revisão: Principais Agentes
Antimicrobianos Utilizados em
Embalagens Plásticas
2001b). Por outro lado, quando agentes antimicrobianos são
incorporados ao material de embalagem, as propriedades
físicas, as mecânicas e a maquinabilidade dos filmes podem
ser alteradas, o que precisa ser investigado.
3. COMENTÁRIOS
Os estudos têm demonstrado que o número de
agentes antimicrobianos passíveis de uso em materiais de
embalagem não pára de crescer e, enquanto alguns são ou
estão próximos de se tornarem realidade, para muitos a
distância entre as pesquisas e a realidade comercial é grande.
Para outros, faz-se necessário um maior foco da pesquisa na
realidade. Adicionalmente, muitas das pesquisas não têm sido
realizadas com sistemas alimentícios reais, o que gera dúvidas
quanto à destruição do componente ativo na extrusão do
polímero e à diluição dos mesmos por componentes do
alimento. Desta forma, apesar das inúmeras pesquisas e dados
disponíveis sobre a incorporação de aditivos antimicrobianos
em materiais plásticos, muito ainda precisa ser feito para que
este sistema realmente se torne comercial.
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