Development of active food packaging with antioxidant and antimicrobial properties

Abstract

A recente tendência nas mudanças para um estilo de vida mais acelerado e com menos tempo para o consumidor preparar os alimentos constitui um grande desafio para o setor das embalagens alimentares. Nos últimos anos, a indústria alimentar teve de se adaptar às crescentes demandas da segurança alimentar. A procura por produtos pouco processados, como os alimentos naturais, exige que as embalagens possuem certas propriedades e características específicas, afetando a vida útil dos produtos. O principal objetivo deste trabalho consistiu no desenvolvimento de uma embalagem ativa produzida por extrusão de filme tubular. Inicialmente, diferentes extratos naturais aromáticos (alecrim, anis, cidreira, chá verde, curcumina, cravo e canela) foram selecionados para avaliar o potencial no uso como aditivos para embalagens alimentares ativas. Foi demonstrado que os aditivos naturais possuem propriedades antioxidantes e antimicrobianas promissoras e podem ser incorporados em matrizes poliméricas. O desenvolvimento da embalagem ativa consistiu na incorporação do extrato de chá verde numa matriz termoplástica de polietileno de baixa densidade, seguida da produção do filme pela técnica de extrusão de filme tubular. Diferentes filmes foram preparados, variando a sua estrutura (uma camada e multicamada) e a percentagem de extrato incorporada. Os resultados revelaram uma superfície dos filmes homogénea e lisa, tornando-se mais hidrofóbica. Embora as propriedades de tração não tenham sofrido alterações significativas, o coeficiente de atrito, a resistência à penetração e a fissura por flexão foram melhorados. A capacidade antioxidante e as propriedades de barreira (água e oxigénio) dos filmes foram melhoradas com a adição de maiores quantidades de extrato de chá verde. Os filmes mais promissores foram avaliados como uma nova alternativa para preservar e prolongar a vida útil do sumo de laranja natural, sendo que os filmes ativos de LDPE contendo 3% de extrato de chá verde aumentaram a vida útil do sumo. Este processo de produção pode ser facilmente implementado industrialmente, sendo uma alternativa viável às soluções atualmente existentes no mercado. Desta forma, o aumento da vida útil do produto levará à diminuição do uso de plásticos e, consequentemente, contribuirá para o aumento da sustentabilidade ecológica e planetária.

The recent trend of lifestyle changes with less time for consumers to prepare foods constitutes a great challenge towards the food packaging sector. Over time, the food industry has experienced endless changes to adapt to the rising demands of food safety. The request for slightly processed products, such as natural foods, requires certain properties and specific characteristics of the packaging, mostly affecting the products shelf-life. The main objective of this thesis was the development of an active packaging through the process of extrusion of tubular film. Therefore, different aromatic natural extracts (rosemary, anise, lemon balm, green tea, curcumin, clove, and cinnamon) were selected and evaluated to assess their potential use as additives for active food packaging. It was demonstrated that natural additives have promising antioxidant and antimicrobial properties and can be incorporated into polymeric matrices. The development of the active packaging consisted on the incorporation of green tea extract in low-density polyethylene followed by film production by blown film extrusion. Different films were prepared, varying the structure (one layer and multilayer) and using different amount of extract. The results revealed that the surface of films was homogeneous and smooth and became more hydrophobic. While the tensile properties were not significantly affected, coefficient of friction, penetration resistance and flex-crack were improved. The antioxidant capacity and barrier properties (water and oxygen) of films were enhanced with the addition of higher amounts of green tea extract. The potential film prepared were assessed as a new approach to preserve and extend the shelf-life of orange juice. The results depict that active LDPE films containing 3 wt.% of green tea extract increased the shelf-life of fresh orange juice and can become a promising film to storage this type of product. Moreover, the production process can easily be implemented at an industrial scale. Since increasing the shelf-life of the product will lead to a decrease in the use of plastics, this will contribute to increase the ecological and planet sustainability.