Encapsulação de carvacrol em nanolipossomas e nanocápsulas visando à inibição de bactérias de importância em alimentos aderidas em aço inoxidável

Abstract

Equipamentos e superfícies de indústrias de alimentos e serviços de alimentação são muito suscetíveis ao desenvolvimento de biofilmes, tornando-se um grande desafio a garantia da segurança de alimentos. A higienização adequada destas superfícies é muito importante para este controle, porém utiliza-se de produtos químicos que podem gerar contaminação ambiental além de serem possivelmente um dos fatores responsáveis pelo surgimento de cepas microbianas mais resistentes. Há uma grande demanda pela utilização de insumos naturais para o desenvolvimento de sanitizantes, porém estes compostos apresentam desvantagens como alta volatilidade, sabor residual ou degradação por exposição a condições ambientais extremas. A encapsulação em nanopartículas utilizando matrizes atóxicas surge como uma estratégia para proteger os compostos, mantendo sua atividade antimicrobiana e proporcionando liberação prolongada. O presente estudo teve por objetivo encapsular carvacrol, um composto natural que em diversos estudos demonstrou destacada ação de inativação de patógenos em alimentos, em nanolipossomas e nanocápsulas poliméricas, comparar suas características físico-químicas e ação antimicrobiana contra pools de Salmonella, Staphylococcus aureus, Escherichia coli e Listeria monocytogenes em testes in vitro e aderidos em aço inoxidável. Nanolipossomas contendo carvacrol (NLC) foram preparados através da técnica de hidratação do filme lipídico, apresentando diâmetro médio de 270,83 nm, polidispersidade de 0,22, eficiência de encapsulação de 98,02 % e potencial zeta de + 8,64 mV. Concentração bactericida mínima (CBM) dos NLC foi de 3,53 mg/mL contra Salmonella e 5,30 mg/mL contra os demais microrganismos. Nanocápsulas contendo carvacrol (NCC) foram preparadas usando a técnica de deposição interfacial do polímero pré-formado, apresentando diâmetro médio de 159,30 nm e polidispersidade de 0,22, eficiência de encapsulação de 97, 11 % e potencial zeta de + 44,84 mV. CBM das NCC foi de 4,42 mg/mL contra E. coli e de 3,31 mg/mL contra os demais microrganismos. Os resultados para CBM juntamente com as características físico-químicas demonstraram que NCC apresentaram melhores resultados do que os NLC contra os microrganismos testados, sendo selecionadas para os demais experimentos. A cinética de multiplicação foi determinada para cada bactéria (≈ 8 log UFC/mL) utilizando diferentes concentrações de nanocápsulas contendo carvacrol (NCC). Os resultados mostraram que após 2 horas de contato NCC com concentração de carvacrol equivalente a ½ CBM inibiram Salmonella e E. coli abaixo do limite de detecção do método de plaqueamento em gota (drop plate), igual a 1,69 UFC/mL. A população de L. monocytogenes foi reduzida em 2 log UFC/mL 7 em 6 horas e S. aureus foi inibido abaixo do limite de detecção do método (1,69 UFC/mL), em 48 horas utilizando NCC com concentração de carvacrol equivalente a CBM. Após, os pools de cada bactéria foram aderidos, separadamente, em coupons de aço inoxidável AISI 304. Conforme o microrganismo a população inicial apresentou adesão variando entre 6 e 7 log UFC/cm2. A ação antimicrobiana das NCC foi avaliada em diferentes concentrações após 1 minuto de contato entre o antimicrobiano e os coupons contendo células aderidas. Salmonella apresentou maior redução no número de células aderidas, seguida por E. coli. Os resultados obtidos sugerem que as NCC apresentam potencial para desenvolvimento de um sanitizante para utilização em superfícies de contato com alimentos, visando evitar a fixação bacteriana em sua fase inicial evitando assim o desenvolvimento de biofilme.

Equipment and surfaces of food industries and food services are very susceptible to the development of biofilms, making it a major challenge to ensure food safety. The proper hygiene of these surfaces is very important for this control, but it uses chemical products that can generate environmental contamination besides being possibly one of the factors responsible for the emergence of more resistant microbial strains. There is a great demand for the use of natural compounds for the development of sanitizers, however these compounds present disadvantages such as high volatility, residual taste or degradation due to exposure to extreme environmental conditions. Encapsulation in nanoparticles using non-toxic matrices arises as a strategy to protect the compounds, maintaining their antimicrobial activity and providing prolonged release. The objective of this study was to encapsulate carvacrol, a natural compound that in several studies demonstrated the inactivation of pathogens in food, in nanoliposomes and polymer nanocapsules, to compare its physicochemical characteristics and antimicrobial action against pools of Salmonella, Staphylococcus aureus, Escherichia coli and Listeria monocytogenes in tests in vitro and adhered in stainless steel. Nanoliposomes containing carvacrol (NLC) were prepared by the lipid film hydration technique, with a mean diameter of 270.83 nm, polydispersity of 0.22, encapsulation efficiency of 98.02 % and zeta potential of + 8.64 mV. Minimum bacterial concentration (MBC) of NLC was 3.53 mg / mL against Salmonella and 5.30 mg / mL against the other microorganisms. Nanocapsules containing carvacrol (NCC) were prepared using the interfacial deposition technique of the preformed polymer, having a mean diameter of 159.30 nm and polydispersity of 0.22, encapsulation efficiency of 97, 11% and zeta potential of + 44, 84 mV. The NCC CBM was 4.42 mg / mL against E. coli and 3.31 mg / mL against the other microorganisms. The results for MBC together with the physical-chemical characteristics showed that NCC presented better results than the NLC against the tested microorganisms, being selected for the next experiments. The kinetics of multiplication were determined for each bacteria (≈ 8 log CFU / mL) using different concentrations of nanocapsules containing carvacrol (NCC). The results showed that after 2 hours of NCC contact with carvacrol concentration equivalent to ½ CBM, they inhibited Salmonella and E. coli below the detection limit of the drop plate method, equal to 1.69 CFU / mL. The L. monocytogenes population was reduced by 2 log CFU / mL in 6 hours and S. aureus was inhibited below the detection limit of the method (1.69 log CFU / mL) in 48 hours using NCC with a concentration of carvacrol equivalent to the MBC. Afterwards, the pools of each 9 bacteria were separately adhered to AISI 304 stainless steel coupons. According to the microorganism, the initial population showed adhesion ranging between 6 and 7 log CFU / cm2. The antimicrobial action of the NCC was evaluated at different concentrations after 1 minute of contact between the antimicrobial and the coupons containing adhered cells. Salmonella showed a larger reduction in the number of adhered cells, followed by E. coli. The results suggest that the NCC present potential for the development of a sanitizer for use in food contact surfaces, in order to avoid bacterial fixation in its initial phase, thus avoiding biofilm development.