Síntese de sílica gel funcionalizada com nanopartículas metálicas como ativo antimicrobiano para a aplicação em embalagens de alimentos

Abstract

Como resultado da atividade orizícola intensiva, cerca de 500.000 toneladas de casca de arroz são dispostas anualmente em grandes depósitos a céu aberto na região da fronteira oeste do Rio Grande do Sul, maior produtor nacional, resultando na emissão de poluentes atmosféricos e na contaminação do solo e dos recursos hídricos. Por outro lado, para minimizar o desperdício e as perdas na cadeia de consumo dos alimentos, o aprimoramento e desenvolvimento de técnicas de preservação a partir do conceito de embalagens ativas e inteligentes, capazes de prolongar o tempo de vida útil dos produtos. Combinando os conceitos acima citados, o presente trabalho trata da obtenção de sílica gel a partir do silicato obtido da casca de arroz, uma matéria-prima circular e sustentável, e sua modificação com nanopartículas de Cu, Ag e ZnO para uso em almofadas absorventes para embalagens ativas destinada a produtos cárneos. A partir de um experimento fatorial completo com ponto central, onde pH, módulo do silicato e concentração de SiO2 foram variados a dois níveis, foram obtidas sílicas com variadas áreas superficiais (250-750 m2/g) e volume de poros (0,4-1,0 cm3/g). A sílica de maior porosidade (1,0 cm3/g) foi sintetizada a partir de uma solução inicial contendo silicato com módulo de 2,0 e concentração de SiO2 de 20 g/L, por acidificação até pH 6. O produto obtido apresentou a maior absorção de água e fluido corporal biológico (190%), e foi escolhido como matriz para a obtenção de sílicas funcionalizada com nanopartículas metalicas a partir dos métodos de redução química (Cu, Ag), precipitação (ZnO) e revestimento superficial com camada de alumino-silicato parcialmente modificada com íons Ag, Cu e Zn. A incorporação de nanopartículas de ZnO à matriz de sílica teve contribuição significativa para o aumento da capacidade de absorção de líquidos do compósito. Ensaios microbiológicos mostraram que apenas as amostras de sílica funcionalizada contendo Ag demonstraram propriedade antibacteriana contra Pseudomonas aeruginosas, indicando uma concentração inibitória mínima no intervalo de 15 a 21 g/mL. Um protótipo de embalagem ativa para carne fresca foi desenvolvido, contendo sachê absorvente antimicrobiano a base de sílica funcionalizada com prata e zinco. As embalagens contendo absorvente funcionalizado com Ag mostraram-se mais efetivas na inibição do crescimento de P. aeruginosa em 24h, enquanto os absorventes contendo nanopartículas de ZnO proporcionaram redução no crescimento microbiano nas primeiras 72 horas de contato.