Films activos de PHBV con ácidos ferúlico y p-cumárico. Cinética de liberación y actividad antibacteriana

Abstract

[ES] Los polímeros biodegradables para el envasado de alimentos se presentan como una alternativa sostenible para ayudar a minimizar el impacto medioambiental derivado de la producción y utilización excesiva de envases de plásticos convencionales. El poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) (PHBV) es un polímero biodegradable obtenido biotecnológicamente con buenas propiedades barrera al vapor de agua y al oxígeno, que se puede emplear para la obtención de materiales activos para el envasado de alimentos. Los ácidos fenólicos, como el ácido ferúlico y p-cumárico, poseen capacidad antioxidante y antibacteriana y su incorporación a la matriz de PHBV puede mejorar sus propiedades funcionales, otorgándole propiedades activas para fomentar la conservación de alimentos. Por tanto, en aras a desarrollar materiales biodegradables activos para el envasado de alimentos, en el presente trabajo se incorporaron ácido ferúlico (AF) y p-cumárico (APC) con actividad antimicrobiana al 0, 3, 6 y 9% en matrices de PHBV mediante mezclado en fundido y termocompresión. Se analizó la cinética de liberación de ambos activos en simulantes alimentarios de diferentes polaridades: simulante A (1% etanol en agua) y D1 (50 % etanol en agua), para emular sustratos alimentarios con diferente proporción de agua y grasa. Los datos experimentales se han ajustado a diferentes modelos cinéticos para cuantificar la velocidad de liberación y la cantidad liberada en el equilibrio. Así mismo, se ha analizado la actividad antibacteriana de los films frente a Listeria innocua en ensayos in vitro, utilizando medio de cultivo inoculado con la bacteria y determinando los recuentos microbianos de las placas recubiertas con los diferentes films, incubadas durante seis días a 10 ºC. La actividad determinada se ha correlacionado con la cinética de liberación y la concentración mínima inhibitoria de los compuestos frente a la bacteria. En cuanto a la cinética de liberación de los activos, la tasa de liberación disminuyó al aumentar la polaridad del simulante, pero aumentó notablemente en el sistema menos polar. El APC se liberó más rápido que el AF en el simulante menos polar, al igual que en los sistemas más acuosos. En el equilibrio, se produjo una liberación efectiva de AF y APC (próxima al 100% del compuesto presente en el film) en etanol al 50% (simulante de alimentos con alto contenido de grasa o aceite en agua), mientras que en sistemas acuosos, con un 10% de metanol, la liberación no fue efectiva (como máximo un 38 %). En base a la cinética de liberación, la actividad antimicrobiana contra L. innocua, no fue significativa, pues la liberación de los ácidos fenólicos en el medio de cultivo quedo inhibida por su naturaleza acuosa, por lo que los films activos no ejercieron la actividad antibacteriana esperada.

[EN] Biodegradable polymers for food packaging are presented as a sustainable alternative to help minimize the environmental impact of overproduction and overuse of conventional plastic packaging. Poly(hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) (PHBV) is a biotechnologically derived biodegradable polymer with good water vapor and oxygen barrier properties that can be used for active materials for food packaging. Phenolic acids, such as ferulic and p-coumaric acid, possess antioxidant and antibacterial capacity and their incorporation into the PHBV matrix can improve its functional properties, giving it active properties to promote food preservation. Therefore, in an effort to develop biodegradable active materials for food packaging, in the present work ferulic acid (FA) and p-coumaric acid (PCA) with antimicrobial activity at 0, 3, 6 and 9% were incorporated into PHBV matrices by melt mixing and thermocompression. The release kinetics of both actives were analyzed in food simulants of different polarities: simulant A (1% ethanol in water) and D1 (50% ethanol in water), to emulate food substrates with different water to fat ratio. The experimental data have been fitted to different kinetic models to quantify the release rate and the amount released at equilibrium. Likewise, the antibacterial activity of the films against Listeria innocua has been analyzed in in vitro assays, using culture medium inoculated with the bacterium and determining the microbial counts of the plates coated with the different films, incubated for six days at 10 ºC. The activity determined was correlated with the release kinetics and the minimum inhibitory concentration of the compounds against the bacteria. As for the release kinetics of the actives, the release rate decreased with increasing polarity of the simulant, but increased markedly in the less polar system. PCA was released faster than AF in the less polar simulant, as in the more aqueous systems. At equilibrium, there was an effective release of FA and PCA (close to 100% of the compound present in the film) in 50% ethanol (food simulant with high fat or oil-in-water content), whereas in aqueous systems, with 10% methanol, the release was ineffective (at most 38%). Based on the release kinetics, the antimicrobial activity against L. innocua was not significant, since the release of phenolic acids in the culture medium was inhibited by its aqueous nature, so that the active films did not exert the expected antibacterial activity.