Encapsulación de carvacrol en poliácido láctico por electrospinning

Abstract

[ES] Actualmente, existe la necesidad de desarrollar materiales de envasado activo que permitan prolongar la vida útil de los alimentos para hacer frente a la pérdida de seguridad y calidad de los mismos, principales problemas a los que se enfrenta la industria alimentaria. La creciente preocupación de los consumidores por el medio ambiente y el consumo de productos naturales ha provocado que la investigación se haya orientado hacia los polímeros biodegradables y la utilización de agentes activos procedentes de compuestos naturales. En este trabajo se ha evaluado la capacidad de encapsular carvacrol (CA), un demostrado compuesto antimicrobiano y antioxidante de origen natural, en matrices de poliácido láctico (PLA) (poliéster biodegradable), utilizando la novedosa técnica de electrospinning, en comparación con el método tradicional de extensión y secado de la disolución polimérica (casting). En la primera fase del estudio, se realizaron varios cribados de solventes y mezclas de solventes permitidos para uso alimentario, que aseguraran una electrodeposición ininterrumpida. Se seleccionaron las mezclas bisolvente acetato de etilo (AcEt): dimetilsulfóxido (DMSO), en proporciones 0:1; 1:3; 2:3 (v/v), por su mejor comportamiento. En la segunda fase, se prepararon disoluciones de PLA 15 % (p/p) con y sin un 20 % de CA (con respecto al polímero) y se sometieron al electrospinning y al secado por casting. Los materiales obtenidos se caracterizaron en cuanto a su microestructura (por la técnica de FESEM), eficacia encapsulante del agente activo (por método espectrofotométrico) y análisis térmico (termogravimetría-TGA). El proceso de electrospinning fue menos efectivo que el método de casting, aunque permitió obtener una malla de fibras con contenidos de activo entre 10 y 13 % en peso respecto al polímero (inferior al 15-18 % obtenido para los films por casting). No obstante, la termoliberación del activo representó menos del 50 % del contenido encapsulado, lo que indica su fuerte retención en las fibras. La incorporación del AcEt supuso un incremento significativo de la eficacia encapsulante en las fibras (del 50 al casi 70 %). El diámetro de las fibras, en general, disminuyó en presencia de carvacrol y aumentó con la proporción de AcEt en la mezcla solvente. Por todo lo citado anteriormente, se puede concluir que la aplicación por electrospinning de PLA disuelto en AcEt:DMSO permite la obtención de fibras con buena eficacia encapsulante del CA, para ser utilizadas como recubrimientos de materiales de envasado activo.

[EN] Nowadays there is a demand for developing active packaging materials, in order to extend foodstuffs shelf-life, cope with the loss of food safety and quality, main problems the food industry is facing. The growing concern of consumers about the environment and the consumption of natural products has led the research to being oriented towards biodegradable polymers and the use of active agents from natural compounds. In this work, it was evaluated the ability to encapsulate carvacrol (CA), a proven antimicrobial and antioxidant compound of natural origin, in matrices of polylactic acid (PLA) (biodegradable polyester), using the new technique of electrospinning, in comparison with the traditional method of extension and drying of the polymeric solution (casting). In the first phase, several screenings were carried out for different food-grade solvents and mixtures of solvents, which would ensure an uninterrupted electrodeposition. The mixtures of ethyl acetate (AcEt): dimethyl sulfoxide (DMSO) (in a ratio of 0: 1; 1: 3; 2: 3 v/v) were selected due to their better behavior. In the second phase, solutions of PLA 15 % (w/w) with and without 20 % CA (with respect to the polymer) were prepared and subjected to electrospinning and casting drying. The obtained materials were characterized in terms of their microstructure (by the FESEM technique), CA encapsulating efficacy (by spectrophotometric method) and thermal analysis (thermogravimetry-TGA). The electrospinning process was less effective than the casting method, although it allowed obtaining a mesh of fibers with active contents between 10 and 13 % in weight with respect to the polymer (lower than 15-18 % obtained for casting films). However, the termoliberación of the active represented less than 50 % of the encapsulated content, which indicates its strong retention in the fibers. The incorporation of the AcEt supposed a significant increase of the encapsulation efficacy in the fibers (from 50 to almost 70 %). The diameter of the fibers, in general, decreased in the presence of CA and increased with the proportion of AcEt in the solvent mixture. Based on the aforementioned results, it can be concluded that the electrospinning application of PLA dissolved in AcEt:DMSO allows the production of fibers with good CA encapsulation efficiency, that can be used as coatings for active packaging materials.