Encapsulación de Carvacrol para la obtención de films activos de polivinil-alcohol (PVA)

Abstract

[ES] El carvacrol (CA) es un compuesto mayoritario en aceites esenciales de orégano y tomillo, con propiedades antioxidantes y antimicrobianas. Su incorporación en matrices de biopolímeros permite la obtención de materiales activos biodegradables para el envasado de alimentos. En este estudio se desarrollaron films a base de PVA con carvacrol, utilizando dos tipos de PVA (A: Mw 89,000-98,000; 99-99.8% hidrolizado y B: Mw 13,000-23,000; 87-89% hidrolizado) y dos proporciones de CA (5 y 10 % respecto al polímero) incorporado mediante emulsificación directa o previamente encapsulado en vesículas liposomales a base de lecitina (LEC) (CA: LEC: 1:1 y 1:2). Las propiedades microestructurales, ópticas (color y transparencia), mecánicas y de barrera al vapor de agua y al oxígeno fueron evaluadas para la caracterización de los films (10 formulaciones). La diferencia en el peso molecular y grado de hidrólisis del PVA afectó notablemente a la microestructura de los films con CA, el cual se integró de forma más homogénea en las matrices de PVA-B, evidenciando la afinidad química del compuesto con las cadenas poliméricas. Los films de PVA-A presentaron mayor módulo de elasticidad (ME), resistencia a la tracción (TS) y extensibilidad (% ) debido al empaquetamiento de moléculas de mayor tamaño que confieren mayores fuerzas de cohesión a la matriz. En el PVA-A, el CA incorporado por emulsificación no tuvo un efecto notable en las propiedades mecánicas de los films, mientras que con LEC, se obtuvieron films menos rígidos. En PVA-B, la incorporación de CA potenció la resistencia y la extensibilidad de los films. En cuanto a las propiedades de barrera, la incorporación de CA no afectó de forma notable la permeabilidad al vapor de agua, pero promovió un incremento de la permeabilidad al oxígeno. La incorporación de LEC supuso un ligero cambio de coloración de los films, así como pérdida de transparencia. El PVA, especialmente PVA-B, presentó buena capacidad para encapsular CA, sin cambios relevantes en las propiedades funcionales de los films, lo que permite obtener films activos mediante la incorporación de este compuesto.

[EN] Carvacrol (CA) is the main component of oregano and thyme essential oils, with antioxidant and antimicrobial properties. Its incorporation into biopolymer matrices would allow to obtain active and biodegradable materials for food packaging. In this study, PVA-based films with carvacrol were developed, using two types of PVA (A: Mw 89,000-98,000; 99-99.8% hydrolyzed and B: 13,000-23,000; 87-89% hydrolyzed) and two proportions of CA (5 and 10% regarding the polymer) incorporated by direct emulsification or previously encapsulated in lecithin-based (LEC) liposomal vesicles (CA:LEC 1:1 and 1:2). Microstructural, optical (colour and transparency), mechanical and water vapour and oxygen barrier properties were evaluated for the characterization of the films (10 formulations). The difference in molecular weight and hydrolysis degree of PVA considerably affected the microstructure of the films with CA, which was integrated more homogenously in the PVA-B matrices, showing the chemical affinity of the compound with the polymer chains. PVA-A films displayed higher values for the modulus of elasticity (ME), tensile strength (TS) and elongation (%) due to the packing of longer molecules that gave more cohesive strength to the matrix. In PVA-A, the CA incorporated by emulsification did not have a remarkable effect in the mechanical properties, whether in films with LEC, the results were less rigid films. With PVA-B, the CA incorporated boosted the tensile strength and the elongation of the films. Regarding water vapour barrier properties, the incorporation of CA 4 was not a significant effect, but it increased oxygen permeability. The incorporation of LEC led to a slight change in the film’s colour, as well as a loss of transparency. PVA, especially PVA-B, showed good capacity to encapsulate CA without significant changes in the film’s functional properties, allowing to obtain active films by the encapsulation of this compound.

[CA] El carvacrol (CA) és un component majoritari en olis essencials d’orenga i timó, amb propietats antioxidants i antimicrobianes. La seua incorporació a matrius de biopolímers ha permès l’obtenció de materials actius biodegradables per a l’envasament d’aliments. En aquest estudi es desenvoluparen films a base de PVA amb carvacrol, utilitzant dos tipus de PVA (A: Mw 89,000- 98,000; 99-99.8% hidrolitzat i B: Mw 13,000-23,000; 87-89% hidrolitzat) i dues proporcions de CA (5 i 10% respecte al polímer) incorporat mitjançant emulsificació directa o prèviament encapsulat en vesícules liposomals a base de lecitina (LEC) (CA:LEC 1:1 i 1:2). Les propietats microestructurals, òptiques (color i transparència), mecàniques i de barrera al vapor d’aigua i a l’oxigen van ser avaluades per a la caracterització dels films (10 formulacions). La diferència en pes molecular i grau d'hidròlisi del PVA va afectar notablement la microestructura dels films amb CA, el qual es va integrar de forma més homogènia en les matrius de PVA-B, evidenciant l'afinitat química del component amb les cadenes polimèriques. Els films de PVA-A presentaren major mòdul d’elasticitat (ME), resistència a la tracció (TS) i extensibilitat (% ), a causa de l’empaquetament de molècules més grans que confereixen majors forces de cohesió a la matriu. Al PVA-A, el CA incorporat per emulsificació no va tindre un efecte notable en les propietats mecàniques dels films, mentre que amb LEC, es van obtindre films menys rígids. Al PVA-B, la incorporació de CA va potenciar la resistència i l’extensibilitat dels films. Quant a les propietats de barrera al vapor d’aigua, la incorporació de CA no va afectar de forma notable, però va incrementar la permeabilitat a l’oxigen. La incorporació de LEC va suposar un lleuger canvi de coloració dels films, així com una pèrdua de transparència. El PVA, especialment PVA-B, va presentar una bona capacitat per a encapsular CA sense canvis rellevants en les propietats funcionals dels films, el que va permetre obtindre films actius mitjançant la incorporació d’aquest compost.