CARACTERIZAÇÃO DE FILMES COMESTÍVEIS DE FÉCULA DE MANDIOCA ADICIONADOS DE ÓLEO ESSENCIAL DE CASCA DE CANELA OU ERVA DOCE

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1 CARACTERIZAÇÃO DE FILMES COMESTÍVEIS DE FÉCULA DE MANDIOCA ADICIONADOS DE ÓLEO ESSENCIAL DE CASCA DE CANELA OU ERVA DOCE V. B. ORIANI 1, M. T. C. MACHADO 1 e M. D. HUBINGER 1 1 Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos, Departamento de Engenharia de Alimentos, Laboratório de Engenharia de Processos para contato: vivianboriani@yahoo.com.br RESUMO Filmes comestíveis de fécula de mandioca (2% m/v) foram adicionados de óleo essencial de casca de canela ou erva doce (0; 0,10 e 0,30% v/v) a fim de conferir propriedades antioxidante e antimicrobiana. As soluções filmogênicas foram secas e analisadas como filmes comestíveis, sendo que as propriedades mecânicas (tensão e elongação) e a solubilidade dos filmes diminuíram com a adição de óleo essencial. Os parâmetros de cor (a* e b*) tiveram maiores valores conforme o aumento da concentração de óleo essencial no filme e a opacidade apresentou maior intensidade para os filmes com óleo essencial de erva doce. A superfície dos filmes foi avaliada por microscopia de força atômica e verificou-se que o óleo essencial de casca de canela pode ter influenciado na descontinuidade da matriz filmogênica. A adição de 0,30% (v/v) de óleo essencial de casca de canela apresentou halo de inibição para Staphylococcus aureus e Salmonella choleraesuis, além de proporcionar maior atividade antioxidante. 1. INTRODUÇÃO Filmes comestíveis são caracterizados como matrizes contínuas preparadas a partir de materiais comestíveis a base de proteínas, polissacarídeos e lipídios. As formulações de filmes comestíveis devem obedecer a alguns requisitos, tais como: permeabilidade e seletividade para gases, vapor de água, compostos voláteis e solutos. Além disso, as substâncias utilizadas para elaboração de filmes comestíveis têm que ser de grau alimentício (Falguera et al., 2011). A aplicação conjunta de materiais à base de proteínas/polissacarídeos e lipídios pode melhorar a funcionalidade e a eficiência dos filmes (Lin; Zhao, 2007). Os polissacarídeos, como o amido, são usados na elaboração de filmes e geralmente apresentam boas barreiras aos gases e compostos voláteis, aderindo bem nas superfícies de frutas ou hortaliças. Uma das interessantes propriedades de filmes comestíveis é a capacidade de incorporar ingredientes na matriz polimérica para aprimorar a funcionalidade. A adição de antioxidantes naturais e ingredientes antimicrobianos nos filmes têm sido estudada com o propósito de melhorar a qualidade da película e aumentar a proteção do material interno contra oxidação e deterioração. Tais características podem ser promovidas por óleos

2 essenciais, que são ingredientes naturais ativos e muitos destes são conhecidos como "geralmente reconhecido como seguro" (GRAS); portanto, podem ser usados em filmes comestíveis (Rojas-Graü et al., 2006; Rojas-Graü et al., 2009). Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de diferentes concentrações de óleo essencial de casca de canela ou erva doce na formação de filmes comestíveis a base de fécula de mandioca. Foram verificadas as propriedades antimicrobiana e antioxidante das soluções filmogênicas e as características físicas dos filmes, como propriedades mecânicas, microscopia de força atômica, solubilidade em água e cor. 2. MATERIAL E MÉTODOS 2.1. Materiais A fécula de mandioca foi fornecida pela Dutch Starches International (Americana, Brasil), os óleos essenciais de casca de canela (Cinnamomum zeylanicum) e erva doce (Foeniculum vulgare L.) foram fornecidos pela NATUREX (São Paulo, Brasil). O glicerol foi usado como agente plastificante para a formação de filmes comestíveis Formação dos filmes comestíveis A fécula de mandioca (2% m/v) foi dispersa em água destilada. A solução foi aquecida até a temperatura de 70 C sob agitação constante. Ao atingir a temperatura, esta e a agitação foram mantidas durante 15 minutos. A proporção de glicerol em relação à fécula de mandioca foi de 0,25:1, sendo adicionado após a gelatinização da fécula. As soluções filmogênicas adicionadas de óleo essencial (0,10 e 0,30% v/v) foram homogeneizadas através de um homogeneizador modelo MA 102 (Marconi Equipamentos para Laboratórios Ltda., Piracicaba, Brasil), com velocidade de rpm durante 5 minutos, para garantir a completa homogeneização das formulações. Para a elaboração dos filmes, a solução filmogênica foi colocada em placa retangular de teflon (18 x 21 cm) de modo a obter uma espessura constante, o que correspondeu a uma gramatura de peso seco de 0,02 g/cm². Os filmes comestíveis foram secos à 40 C e 60% UR, usando uma câmara climática com circulação de ar e controlo de temperatura (Modelo MA 415UR, Marconi, Piracicaba, Brasil). Em seguida, os filmes comestíveis secos foram armazenados durante 72 h em dessecadores contendo uma solução saturada de NaBr a 25 C, antes de prosseguir para os testes. A espessura dos filmes comestíveis foi medida, através de medições em 15 posições aleatórias sobre o filme Propriedades antioxidante e antimicrobiana das soluções filmogênicas Propriedade Antioxidante DPPH e FRAP: A metodologia utilizada foi descrita por Rufino et al. (2006) com leitura das absorbâncias das amostras em espectrofotômetro (modelo SP-220, marca Biospectro, Merse, São Paulo, Brasil) a 517 nm. Para a análise de FRAP foi utilizada a metodologia descrita por Rufino et al. (2006) foi realizada a leitura a 595 nm em espectrofotômetro (modelo SP- 220, marca Biospecto, Merse, São Paulo, Brasil). Para a quantificação da atividade antioxidante por

3 ambos os métodos foi construída uma curva padrão de Trolox, expressando o resultado em mol de Trolox/mL de solução filmogênica. A análise foi realizada em triplicata. Atividade antimicrobiana: Os ensaios de halo de inibição foram realizados como um teste qualitativo para a atividade antimicrobiana das soluções filmogênicas, como apresentado em Oriani et al. (2014). Como método de comparação dos resultados de formação do halo obtido a partir dos filmes, foi utilizada a mesma metodologia para analisar a ação somente dos óleos essenciais de casca de canela e erva doce Caracterização dos filmes comestíveis Propriedades mecânicas: As propriedades mecânicas foram determinadas usando um texturomêtro modelo TA-TX plus (Stable Micro Systems, Surrey, Inglaterra). As medições foram obtidas de acordo com o método ASTM D (ASTM, 2005). Os filmes foram cortados em tiras de largura de 25 mm e comprimento de 115 mm e foram submetidos à tração com velocidade de 1,0 mm/s e uma separação inicial entre as hastes do equipamento de 80 mm. A tensão (MPa) e a elongação (%) na ruptura foram determinadas diretamente da curva de tensão em função da elongação, usando o software Texture Expert versão 1.22 (SMS). Foram avaliados, no mínimo, cinco amostras de cada filme. Microscopia de força atômica: A análise da morfologia da superfície dos filmes foi baseada no trabalho de Atarés et al. (2010), com modificações, no qual os filmes foram analisados em triplicata utilizando microscópio de força atômica (modelo EasyScan2 Flex, marca NanoSurf) localizado no laboratório LAMULT do Instituto de Física Gleb Wataghin (Unicamp, Brasil). A leitura foi feita por toda a área da superfície do filme (50 m x 50 m) usando tapping mode. As imagens obtidas no microscópio foram transformadas em imagem de 3D pelo programa Gwyddion Solubilidade em água: Três discos de cada filme com 2 cm de diâmetro, foram cortados com auxilio de um molde cilíndrico; a solubilidade em água dos filmes foi realizada conforme descrito por Gontard et al. (1992). A solubilidade (%S) foi calculada como a relação entre a matéria seca final (m f ) e a matéria seca inicial (m i ), através da Equação 1. mi m f 100 % M. S. (1) mi Cor: A cor dos filmes comestíveis foi analisada por transmitância total, através de colorímetro Ultra Scan Vis 1043 (Hunter Lab, Reston, EUA), utilizando escala CIELab. As análises foram realizadas à 25 C, utilizando o iluminante D-65 e um ângulo de observação de 10 (modo RSEX). As medidas realizadas em triplicata foram expressas em termos dos parâmetros L* (Luminosidade), a* (+a*=vermelho e -a*=verde) e b* (+b*=amarelo e -b*=azul) para avaliação da influência da adição de óleo essencial na coloração dos filmes. Foi verificada também a opacidade (haze) das amostras.

4 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 3.1. Atividade antioxidante das soluções filmogênicas As soluções filmogênicas com atividade antioxidante podem ser benéficas tanto para a dieta humana como também proporcionar maior vida útil para os produtos alimentícios (Oriani et al., 2014). Foi verificado que as soluções filmogênicas com óleo essencial de casca de canela apresentaram maior atividade antioxidante, conforme observado na Tabela 1, podendo relacionar esse fato ao óleo conter maiores proporções de compostos fenólicos que o óleo de erva doce, conforme constatado no trabalho de Oriani et al. (2014). Muchuweti et al. (2007) relataram a canela entre o grupo de especiarias e ervas que apresenta a maior concentração de compostos fenólicos. Tabela 1 Atividade antioxidante das soluções filmogênicas contendo óleo essencial de casca de canela (C) ou erva doce (E) Óleo essencial na solução filmogênica (%v/v) DPPH (mg Trolox equivalente/ ml) FRAP (mg Trolox equivalente/ ml) 0,10 C 36,11 ± 2,64 b 79,44 ± 6,54 b 0,30 C 77,49 ± 13,61 a 216,48 ± 20,80 a 0,10 E 8,16 ± 1,35 c 3,49 ± 0,29 c 0,30 E 10,07 ± 1,32 c 12,67 ± 1,15 c a, b, c Média na mesma coluna que não apresentam uma mesma letra são significativamente diferentes (p 0,05). À medida que o óleo essencial de casca de canela ou erva doce foi adicionado, a atividade antioxidante das soluções filmogênicas aumentou. No presente estudo, o mesmo ensaio resultou em diferentes valores para a atividade antioxidante, dependendo do método utilizado (FRAP ou DPPH), o que pode ser atribuído aos mecanismos de ação dos antioxidantes de cada teste utilizado. Na metodologia FRAP, somente são detectados os compostos antioxidantes com capacidade de transferir elétrons. Já o DPPH, que é um radical livre estável, aceita um elétron ou um radical hidrogênio podendo ser reduzido na presença de um antioxidante Atividade antimicrobiana das soluções filmogênicas A partir dos resultados coletados, verificou-se que o óleo essencial de erva doce apresentou os menores halos de inibição para os microrganismos testados, sendo 2,36 mm, 4,82 mm e 1,67 mm para Staphylococcus aureus, Escherichia coli e Salmonella choleraesius, respectivamente. O óleo essencial de casca de canela mostrou melhor efeito inibitório para os microrganismos com 46,71 mm, 42,53 mm e 39,96 mm para Staphylococcus aureus, Escherichia coli e Salmonella choleraesius, respectivamente. A atividade antimicrobiana das soluções filmogênicas está relacionada com atividade antioxidante observada. Os principais responsáveis pelas propriedades antibacterianas nos óleos

5 essenciais são os compostos fenólicos, que também são os compostos que conferem sua capacidade antioxidante. O óleo essencial de casca de canela possui como ativo predominante o cinamaldeído (>50% de sua composição), que apresenta compostos fenólicos em sua estrutura. Para o óleo essencial de erva doce, o trans-anetol, que também possui anel fenólico, é o composto mais abundante. Estudos mostraram que a diferença entre os óleos essenciais está nas estruturas químicas ligadas ao anel fenólico; esses compostos associados ao anel fenólico atuam sobre o microrganismo (Burt, 2004). Conforme apresentado por Oriani et al. (2014), nos ensaios de atividade antimicrobiana para as soluções filmogênicas foi observada a formação de um pequeno halo de inibição para Staphylococcus aureus e Salmonella cholerasius nas formulações com maior concentração de óleo essencial de casca de canela, enquanto que a formulação com a maior concentração de óleo essencial de erva doce apresentou a formação de um pequeno halo apenas para o microrganismo Staphylococcus aureus. Nas formulações com menores concentrações de ambos os óleos essenciais não foi constatada a formação de halo para nenhum dos patógenos testados. O filme controle, formulado apenas com 2% de fécula de mandioca e sem a adição de óleo essencial, comprovou a importância dos mesmos para a atividade antimicrobiana, pois não foi verificado nenhum efeito de inibição dos patógenos, conforme visualizado na Figura 1a. (a) (b) (c) Figura 1 Teste de sensibilidade antimicrobiana. Filmes sem óleo essencial (a) e sem inibição antimicrobiana. Filmes com óleo de casca de canela (b) e erva doce (c) com inibição antimicrobiana Propriedades mecânicas e microscopia de força atômica dos filmes comestíveis Observou-se que os filmes com óleo essencial de erva doce apresentaram valores de tensão na ruptura variando de 1,46 MPa para 1,84 MPa, sendo maiores que os valores observados para os filmes comestíveis com óleo essencial de casca de canela, que variaram entre 1,39 MPa para 1,56 MPa. Os maiores valores de tensão na ruptura verificados para os filmes comestíveis com óleo essencial de erva doce podem ser explicados por este óleo apresentar melhor capacidade de interagir com a fécula de mandioca do que o óleo essencial de casca de canela, consequentemente, tendo os primeiros maiores valores de tensão na ruptura. Atares et al. (2010) observaram que a adição de óleo essencial de gengibre (0,2% a 0,8% m/m) em filme de isolado proteico de soja promoveu valores mais baixos para a tensão na ruptura comparado a filmes de óleo essencial de canela; os autores explicam que a descontinuidade na matriz de proteína pode ter resultado na diminuição da resistência à ruptura de filmes com óleo de gengibre.

6 O aumento da concentração de óleo essencial de erva doce em filmes comestíveis aumentou a elongação. Comportamento oposto foi observado em formulações com o óleo essencial de casca de canela. Este fato confirma a melhor interação do óleo de erva doce com a matriz filmogênica, enquanto a incorporação do óleo de canela provocou descontinuidade na matriz. Tabela 2 Tensão na ruptura (TR) e elongação (Elo) dos filmes comestíveis com fécula de mandioca (FM), adicionado de óleo essencial de casca de canela (C) ou erva doce (E) FM (%) Óleo essencial (%v/v) TR (MPa) Elo (%) 2-2,60±0,15 a 68,20±2,71 a 2 0,05C 1,56±0,07 b,c 49,27±4,82 b 2 0,10C 1,46±0,12 c 46,22±3,74 b,c 2 0,20C 1,48±0,11 c 39,09±3,84 c 2 0,30C 1,39±0,13 c 38,18±4,40 c 2 0,05E 1,84±0,14 b 43,91±2,98 b,c 2 0,10E 1,60±0,27 b,c 44,80±5,97 b,c 2 0,20E 1,40±0,23 c 45,25±4,87 b,c 2 0,30E 1,46±0,23 c 49,67±6,50 b a, b, c Média na mesma coluna que não apresentam uma mesma letra são significativamente diferentes (p 0,05). Os filmes adicionados de óleo essencial de casca de canela apresentaram-se mais rugosos quando comparados aos filmes com óleo de erva doce, conforme observado na Figura 3. Relacionando a rugosidade da superfície com as propriedades mecânicas dos revestimentos comestíveis, pode-se considerar que os filmes comestíveis com óleo essencial de casca de canela, por apresentarem menores valores de tensão na ruptura, redução da elongação com o aumento da sua concentração na solução filmogênica e maior rugosidade em comparação às formulações com óleo essencial de erva doce, apresentam matrizes com características descontínuas, conforme observado por Atarés et al. (2010). 2% FM 2%FM % C 2%FM % C 2%FM % E 2% FM % E Figure 3 Imagem topografica dos filmes comestíveis a base de fécula de mandioca (FM) adicionado de óleo essencial de casca de canela (C) ou erva doce (E).

7 3.4. Cor e solubilidade em água dos filmes comestíveis A adição dos óleos essenciais apresentou influência sobre os parâmetros a* e b* dos filmes comestíveis, sendo que os maiores valores foram para os filmes com óleo essencial de casca de canela, conforme é possível verificar na Tabela 3. A opacidade (haze) dos filmes com óleo essencial de erva doce aumentou com a maior concentração de óleo. A solução filmogênica incorporada deste óleo apresentava-se mais opaca do que aquelas com casca de canela, o que pode ter influenciado na opacidade dos filmes. Filmes adicionados com óleos essenciais de casca de canela ou erva doce apresentaram elevada solubilidade em água em comparação aos filmes comestíveis somente com fécula de mandioca. A elevada solubilidade apresentada pode ser relacionada com a estrutura dos polissacarídeos, sendo que a homogeneização mecânica da fécula com o óleo pode ter causado diminuição da interação das moléculas de amilose e amilopectina, consequentemente, causando baixa coesão da matriz, favorecendo a solubilidade em água (Huang et al., 2007). Tabela 3 Parâmetros de cor dos filmes comestíveis a base de fécula de mandioca (FM) adicionado de óleo essencial (OE) de casca de canela (C) ou erva doce (E). FM OE haze Solubilidade a* b* (%) (%) (%) (%) ,02±0,01 a 0,93±0,07 f 30,20±2,40 b,c 15,34±0,74 b 2 0,05C -0,08±0,01 c 1,42±0,06 d,e 28,80±1,50 c 60,56±4,10 a 2 0,10C -0,13±0,01 d 1,54±0,01 c,d 29,07±0,15 b,c 61,12±0,32 a 2 0,20C -0,15±0,01 e 1,59±0,05 b,c 30,30±0,44 b,c 60,48±2,63 a 2 0,30C -0,25±0,01 f 2,33±0,09 a 31,63±1,68 b,c 57,34±9,89 a 2 0,05E -0,04±0,01 b 1,31±0,01 e 31,77±0,67 b,c 57,25±5,18 a 2 0,10E -0,11±0,01 d 1,59±0,03 b,c 32,83±1,72 b 68,22±3,25 a 2 0,20E -0,09±0,01 c 1,70±0,04 b 32,83±0,42 b 61,37±4,43 a 2 0,30E -0,07±0,01 c 0,94±0,02 f 43,20±1,21 a 65,65±7,43 a a,b,c,d,e,f Média na mesma coluna que não apresentam uma mesma letra são significativamente diferentes (p 0,05). 4. CONCLUSÃO A incorporação de óleo essencial na solução filmogênica apresentou efeito positivo para os filmes em relação às propriedades antimicrobiana e antioxidante, principalmente para as formulações com óleo essencial de casca de canela. Para as propriedades físicas dos filmes comestíveis, foi constatado que a adição do óleo essencial de erva doce formou películas contínuas. Já os filmes com óleo de casca de canela apresentaram-se mais rugosos, com menores valores de tensão na ruptura e elongação, o que pode ser relacionado à afinidade deste óleo com o polissacarídeo. De maneira geral, a aplicação desses filmes em produtos alimentícios pode proporcionar efeitos benéficos antimicrobianos e antioxidantes.

8 5. REFERÊNCIAS ATARÉS, L.; DE JESÚS, C.; TALENS, P.; CHIRALT, A. Characterization of SPI-based edible films incorporated with cinnamon or ginger essential oils. J Food Eng, v. 99, p , BURT, S. Essential oils: their antibacterial properties and potential applications in foods: a review. Int J Food Microbiol, v.94, n.3, p , FALGUERA V.; QUINTERO, J.P.; JIMENEZ A., MUNOZ J.A.; IBARZ, A. Edible films and coatings: structures, active functions and trends in their use. Trends Food Sci Technol, v.22, p , GONTARD, N.; GUILBERT, S.; CUQ, J.L. Edible Wheat Gluten Films: Influence of the Main Process Variables on Film Properties using Response Surface Methodology. J Food Sci, v.57, p ,1992. HUANG, Z.-Q.; LU, J.-P.; LI, X.-H.; TONG, Z.-F. Effect of mechanical activation on physicochemical properties and structure of cassava starch. Carbohydr Polym, v.68, p , LIN, D.; ZHAO Y. Innovations in the development and application of edible coatings for fresh and minimally processed fruits and vegetables. Compr Rev Food Sci Food Saf, v.6, p.60 75, MUCHUWETI, M.; KATIVU, E.; MUPURE, C.H.; CHIDEWE, C.; NDHLALA, A. R.; BENHURA, M. A. N. Phenolic composition and antioxidant properties of some spices. J Food Technol, v.2, p , NANASOMBAT, S.; WIMUTTIGOSOL, P. Antimicrobial and antioxidant activity of spice essential oils. Food Sci Biotechnol, v.20, p.45 53, ORIANI, V.B.; MOLINA, G.; CHIUMARELLI, M.; PASTORE, G.M.; HUBINGER, M.D. Properties of cassava starch-based edible coating containing essential oils. J Food Sci, v.79, p , ROJAS-GRAÜ, M.A.; AVENA-BUSTILLOS, R.J.; FRIEDMAN, M.; HENIKA, P.R.; MARTÍN- BELLOSO, O.; MCHUGH, T.H. Mechanical, barrier, and antimicrobial properties of apple puree edible films containing plant essential oils. J Agric Food Chem, v.54, p , ROJAS-GRAÜ, M.A.; SOLIVA-FORTUNY, R., MARTÍN-BELLOSO, O. Edible coatings to incorporate active ingredients to fresh-cut fruits: a review. Trends Food Sci Technol, v. 20, p , RUFINO, M.; ALVES, R.E.; BRITO, E.S.; PEREZ-JIMENEZ, J.; SAURA-CALIXTO, F.D.; FILHO, J.M. Bioactive compounds and antioxidant capacities of eighteen nontraditional tropical fruits from Brazil. Food Chem, v.121, p , 2006.