Síntesis de películas activas para envases a partir de compuestos de goma Lepidium sativum y alcohol polivinílico y su aplicación en la conservación del queso cheddar.

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 1647 (2023) Citar este artículo

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Últimamente ha aumentado el interés por los envases activos para prolongar la vida útil de los alimentos. Además, el impacto negativo de los desechos de plástico sintético en el medio ambiente motivó a los investigadores a buscar alternativas de base biológica. En este contexto, se preparó una película de embalaje activa hecha de un compuesto compuesto por extracto de Lepidium sativum (LSE), alcohol polivinílico (PVA) y una cantidad fija de poliamida amina hiperramificada (PAMAM). Se investigaron las propiedades químicas, térmicas y mecánicas de la película. Además, examinamos los componentes y las propiedades antioxidantes del extracto. Se recubrieron muestras de queso cheddar con películas de diferentes composiciones. Las muestras recubiertas con películas de embalaje activas mostraron un tiempo de conservación más largo, de hasta 4 semanas, en comparación con otras muestras, que se deterioraron notablemente. Las películas mostraron una potente actividad antimicrobiana contra cinco bacterias transmitidas por los alimentos: tres bacterias gramnegativas, incluidas Escherichia coli O157.H7, Pseudomonas aeruginosa y Salmonella Typhimurium, y dos bacterias grampositivas, Listeria monocytogenes y Staphylococcus aureus. La aplicación de películas de PVA que contienen LSE mejoró la calidad microbiológica y retrasó la descomposición visible del queso cheddar. La oxidabilidad de la grasa extraída de diferentes muestras de queso fue de 0,40 a 0,98, lo que confirma la resistencia a la oxidación. Finalmente, las muestras de queso recubiertas con películas tratadas quedaron protegidas de la formación de grasas trans en comparación con otras muestras, lo que demuestra la eficacia de las películas modificadas como envases antioxidantes, antimicrobianos y conservantes de alimentos.

Los materiales de embalaje basados en recursos biológicos son de creciente interés como alternativas sostenibles a los polímeros a base de petróleo que producen enormes cantidades de desechos plásticos. Se han realizado esfuerzos para desarrollar materiales de embalaje biodegradables con propiedades comparables a las de los materiales sintéticos1,2. Los investigadores y productores de envases de la industria alimentaria están investigando alternativas abundantes, biodegradables y de bajo coste a los envases de plástico para reducir las emisiones de CO23. Las plantas contienen compuestos beneficiosos biológicamente activos utilizados en las industrias farmacéutica, alimentaria o cosmética. Estos compuestos incluyen fenoles y flavonoides que tienen propiedades antimicrobianas y antioxidantes. Se pueden utilizar en envases de alimentos como recubrimiento comestible3 o como película de envasado para prolongar la vida útil de los alimentos y evitar que se echen a perder5. Lepidium sativum, o semilla de berro, es un miembro de la familia Cruciferae que crece en Egipto, Europa y otras partes del mundo4. Las semillas se han utilizado en la medicina tradicional para tratar la hepatotoxicidad, el asma, las fracturas, la hiperglucemia y la enuresis7,8. La goma de L. sativum se puede extraer como extracto de L. sativum (LSE) utilizando disolventes como agua, etanol y CO2 supercrítico. Los resultados del fraccionamiento de los hidrocoloides extraídos demostraron que las fracciones tenían diferentes propiedades fisicoquímicas y funcionales5,6,7,8. Además, se ha llevado a cabo una investigación de la composición de azúcares, contenido de ácido urónico, grupos funcionales y pesos moleculares8. El fraccionamiento gradual utilizando agua ilustró que la composición química, incluidos los niveles de monosacáridos, humedad, cenizas, nitrógeno, carbono y ácido urónico, de las fracciones variaba significativamente. Las aplicaciones potenciales de las fracciones de goma de semillas de berro se encuentran en emulsiones alimentarias y sistemas de espuma como espesantes y estabilizadores.

El queso es un alimento popular listo para el consumo que se consume sin tratamiento térmico y su valor nutricional depende principalmente de las características de la leche y la tecnología de producción. Los nutrientes esenciales, incluidas proteínas, péptidos bioactivos, aminoácidos, grasas, ácidos grasos (AG), vitaminas y minerales, se encuentran en el queso9. La grasa láctea es la grasa más compleja de la dieta humana, ya que contiene más de 400 AG distintos10. Sin embargo, los AG saturados (AGS) son la clase predominante de AG en la grasa láctea e incluyen AG de cadena corta (AGCC), AG de cadena media y larga, así como AG impares10,11. La mejor fuente de AG trans naturales, como el ácido vaccénico (trans11 C18.1) y el ácido linoleico conjugado (cis9 trans11 C18.2), es la grasa láctea, y estos exhiben propiedades favorables en comparación con los AG trans artificiales en aceites parcialmente hidrogenados12.

Actualmente, los patógenos más importantes en la industria alimentaria son Salmonella, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus y Escherichia coli O157.H7. Se sabe que estos patógenos están asociados con brotes de enfermedades transmitidas por los alimentos que causan enfermedades a unos 600 millones de personas en todo el mundo cada año13. El queso puede ser portador de bacterias transmitidas por los alimentos, como E. coli productora de toxina Shiga, L. monocytogenes, Salmonella spp. y S. aureus14. El desarrollo de moho puede plantear un problema de salud debido a la probabilidad de que algunas especies de moho secreten micotoxinas15. Puede producirse contaminación cruzada con bacterias transmitidas por los alimentos en el queso durante la manipulación y el almacenamiento. El deterioro visible del queso suele comenzar en las partes superficiales del queso16; por lo tanto, proteger la superficie del queso de la contaminación microbiana es una estrategia eficaz para eliminar la contaminación cruzada y el deterioro17.

Los envases con activos antimicrobianos mejoran la calidad microbiológica, prolongan la vida útil y limitan la contaminación cruzada de bacterias patógenas. Por lo general, estas películas activas se diseñan incorporando antimicrobianos, como ácidos orgánicos, enzimas, bacteriocinas y extractos naturales, en materiales de envasado para controlar la liberación de agentes antimicrobianos a la superficie de los alimentos18. Karamkhani et al.19 describieron la incorporación de L. sativum en una película comestible que contenía diferentes proporciones de carvacrol. El recubrimiento comestible se utilizó para proteger y mejorar la vida útil de los camarones cultivados refrigerados. Las películas mostraron propiedades antimicrobianas y antioxidantes mejoradas a medida que aumentaba la proporción de carvacrol.

Este estudio investigó las propiedades antioxidantes y antimicrobianas de las películas de embalaje compuestas de alcohol polivinílico (PVA), LSE y una cantidad fija de poliamida amina hiperramificada (PAMAM) como plastificante. Se estudiaron las propiedades químicas, mecánicas y térmicas de las películas preparadas. Las películas se utilizaron para conservar el queso cheddar. Después del envasado, se investigaron las propiedades biológicas de las películas y la calidad del queso.

Las semillas de L. sativum se cultivaron en Egipto y se compraron en el mercado local de El Cairo. Las semillas fueron autenticadas en el Herbario del Departamento de Sistemática y Química Vegetal del Centro Nacional de Investigación (NRC), Egipto. El PVA (grado de polimerización = 1700–1800) se obtuvo de Qualikms Fine Chemicals Pvt. Limitado. Ltd., Nueva Delhi, India. PAMAM hiperramificado fue preparado y caracterizado internamente según una referencia20. Todos los disolventes se utilizaron tal como se recibieron. En este estudio se utilizaron cinco especies de bacterias transmitidas por alimentos, incluidas tres cepas gramnegativas, E. coli O157.H7 cepa 93,111, P. aeruginosa ATCC 9027 y S. Typhimurium ATCC 14,280, y dos cepas grampositivas, L. monocytogenes ATCC 7644 y S. aureus ATCC 25,923. Todas las cepas se almacenaron a -20 °C en un medio de caldo de triptona y soja que contenía 15% de glicerol. El Departamento de Microbiología de la Facultad de Agricultura de la Universidad de El Cairo proporcionó generosamente todas las cepas bacterianas.

Se remojaron semillas de LS (5 g) en agua y se incubaron durante la noche. El extracto se separó por filtración y se usó para preparar las soluciones de colada. Se disolvió una cantidad adecuada de PVA en agua caliente, se mezcló un volumen definido de la solución de PVA con LSE según la proporción presentada en la Tabla 1. Se agitó minuciosamente con un agitador magnético. Se añadieron 0,5 g de PAMAM como plastificante y 0,5 g de ácido cítrico para la reticulación. La solución se mezcló bien. Luego, se eliminaron las burbujas de aire con vacío. La solución se vertió en recipientes de vidrio y se dejó secar a temperatura ambiente y luego en una estufa a 60 °C.

La capacidad antioxidante de las películas activas preparadas se midió según un método descrito en otro lugar21. La solución de 2,2 difenil-1-picrilhidrazilo (DPPH) recién preparada (6 x 10-5 M en metanol) se agitó y se dejó a temperatura ambiente durante 30 minutos en la oscuridad. Las muestras de película (aproximadamente 0,2 g) se pesaron en un tubo de vidrio (30 ml) y se agregaron a una solución de DPPH de 4 ml (diluida). El porcentaje de inhibición de DPPH se determinó midiendo la absorbancia de las muestras a 517 nm. También se midió la muestra de control (sin película). El porcentaje de inhibición de los radicales DPPH se calculó utilizando la siguiente ecuación:

donde A es la absorbancia.

Las propiedades antimicrobianas de las películas se evaluaron según22. Las películas se esterilizaron bajo luz ultravioleta durante 30 minutos por cada lado y se insertaron 0,15 g de cada película en una microplaca de 24 pocillos. Se agregaron 2 ml de caldo nutritivo a cada pocillo, luego se inocularon con 20 µl de cultivo bacteriano (se incubaron durante 24 h a 37 °C) y se diluyeron hasta una concentración final de ≈106 UFC/ml, determinada mediante conteo. La prueba se realizó por triplicado. Después de una incubación durante 24 h a 37 °C, el recuento bacteriano de cada muestra se determinó mediante el método de placa de gota23.

El queso cheddar se cortó en rodajas cuadradas iguales de 4 × 4 cm y se fijaron películas de las mismas dimensiones en los lados superior e inferior. Estos se guardaron en placas de Petri desechables de 60 mm, se sellaron con parafilm y se almacenaron en refrigerador a 4 °C. Las muestras de queso se dividieron en tres grupos: (C) sin película, (B) recubiertas con película y (T) cubiertas con película A1. El análisis microbiológico se realizó semanalmente siguiendo los recuentos totales de levaduras mesófilas, psicrotróficas, mohos y coliformes. Se picaron asépticamente diferentes muestras de queso y luego se transfirieron 10 g de cada una a 90 ml de soluciones esterilizadas de citrato trisódico (2% p/v) y se homogeneizaron con un estómago durante 1 min. Se realizaron diluciones decimales con solución salina esterilizada. Las bacterias mesófilas y psicrotróficas totales se contaron en un agar de recuento en placa estándar (Aldrich) después de la incubación a 30 °C durante 48 h y 7 días a 4 °C, respectivamente. Se utilizó agar patata dextrosa (Conda España) acidificado con 1% de solución de ácido láctico al 10% (p/v) para contar levaduras y mohos después de una incubación a 25 °C durante 5 días. El recuento de coliformes se determinó utilizando una doble capa de agar bilis rojo violeta incubado a 37 °C durante 24 h.

Se observaron quince muestras de queso en cada grupo de tratamiento para detectar un crecimiento microbiano visible. Se contó el número de muestras de queso estropeado y el porcentaje de deterioro se calculó dividiendo el número de muestras estropeadas por el número total de muestras de queso en cada grupo de tratamiento24.

Los datos experimentales se evaluaron mediante análisis de varianza (ANOVA) y la prueba de Duncan, y se utilizó el software CoSTAT para detectar diferencias significativas entre las medias de tres réplicas en p <0,05.

Se utilizó la técnica de Folch25 para extraer la grasa de los quesos evaluados. Cada muestra se molió homogéneamente. Se transfirieron aproximadamente 3 g del material a un vaso de precipitados de 100 ml y se homogeneizaron durante 1 min con 30 ml de metanol (IKA Ultra-Turrax®T18 digital). A continuación se añadieron 30 ml de cloroformo y se repitió la operación durante 2 minutos más. Se utilizó un vaso de vidrio de 250 ml para filtrar el líquido producido. El residuo sólido se homogeneizó durante 3 minutos en una mezcla de 60 ml de cloroformo:metanol (2:1 v/v). La mezcla se vertió en un solo cilindro. El filtrado completo se añadió a una solución de NaCl2 al 0,88% en agua (determinando 14 volúmenes de filtrado), se agitó y se dejó durante la noche. Se eliminó la capa superior y se añadió una combinación de agua y metanol (1:1 v/v) a la capa inferior antes de repetidos lavados. La capa residual se filtró con sulfato de sodio anhidro sobre papel de filtro y luego se destiló el disolvente.

El valor de Cox de los aceites se calculó a partir del porcentaje de ácidos grasos según Fatemi y Hammond26 utilizando la siguiente ecuación:

La estructura química de los materiales preparados se estudió con un instrumento Bruker VERTEX 80 ATR-FTIR (Alemania) combinado con Platinum Diamond ATR, que comprende un disco de diamante. El reflector interno tiene un alcance de 400 a 4000 cm-1 con una resolución de 4 cm-1 y un índice de refracción de 2,4. La estabilidad térmica se investigó utilizando un analizador termogravimétrico (TGA), con un rango de calentamiento desde temperatura ambiente hasta 700 °C y una velocidad de calentamiento de 10 °C/min bajo una atmósfera de N2. Las propiedades mecánicas de las películas se midieron con un probador mecánico INSTRON, se midieron cinco muestras para cada película. El análisis UV se midió utilizando un espectrofotómetro (Shimadzu, Alemania). La huella digital del extracto se investigó mediante análisis HPLC utilizando un equipo Agilent serie 1260. La separación se llevó a cabo utilizando una columna Eclipse C18 (4,6 mm x 250 mm de diámetro interior, 5 µm). La fase móvil consistía en agua (A) y ácido trifluoroacético al 0,05% en acetonitrilo (B) a un caudal de 1 ml/min. La fase móvil se programó consecutivamente en un gradiente lineal de la siguiente manera: 0 min (82% A); 0 a 5 minutos (80 % A); 5 a 8 minutos (60 % A); 8 a 12 minutos (60 % A); 12 a 15 min (85 % A) y 15 a 16 min (82 % A). El detector de longitudes de onda múltiples se controló a 280 nm. El volumen de inyección fue de 10 µl para cada una de las soluciones de muestra. La temperatura de la columna se mantuvo a 35 °C.

La composición de ácidos grasos se determinó utilizando los procedimientos descritos por Zahran y Tawfeuk27. Los ésteres metílicos de ácidos grasos de las muestras de aceite se analizaron para determinar sus constituyentes mediante GLC-FID (cromatografía de gases HP 6890 ocupada con un detector de ionización de llama, Hewlett Packard, EE. UU.). El volumen de inyección fue de 1 μL con una relación de división de 50,1. Se utilizó una columna capilar Supelco™ SP-2380 (60 m × 0,25 mm × 0,20 μm, Sigma-Aldrich, EE. UU.) y las temperaturas del detector y del inyector se fijaron en 250 °C. El programa térmico se inició a 100 °C y se elevó a 230 °C a una velocidad de 15 °C/min (mantener durante 30 min). El gas portador fue helio a un caudal de 1,2 ml min-1.

No aplicable para este estudio. Confirmar que toda la investigación experimental, incluida la recolección de material vegetal, cumple con las directrices y la legislación institucionales, nacionales e internacionales pertinentes.

Se extrajo LSE acuosa de toda la semilla mediante agua destilada a temperatura ambiente. El sencillo procedimiento de extracción produjo compuestos naturales de actividad antimicrobiana y baja citotoxicidad28. La composición del extracto obtenido se analizó mediante HPLC. Se detectaron doce compuestos fenólicos en el extracto de semilla (Tabla 2). La rutina, el ácido sinápico y el ácido p-hidroxibenzoico fueron los compuestos fenólicos más abundantes en los extractos acuosos de semillas de berro, de acuerdo con29 Abdel-Aty et al. y Kaiyrkulova et al.30.

Se prepararon películas independientes a partir de mezclas de LSE/PVA de acuerdo con el Esquema 1. Aunque el PVA actuó como una matriz de retención adecuada para el extracto, fue necesario identificar la concentración óptima de PVA para obtener una película de alta calidad. Las primeras pruebas de preparación de películas no tuvieron éxito debido a la alta rigidez de las películas formadas. Las concentraciones de las soluciones de PVA y su relación con el extracto se muestran en la Tabla 2. La película F1 contenía una solución de PVA al 10% y esta cantidad se redujo al 5% en F2. La primera película fue mucho mejor que la segunda. Sin embargo, la película F3 contenía la misma cantidad de PVA que la F2 pero el doble de extracto, lo que empeoraba su apariencia y propiedades mecánicas. Los polímeros hiperramificados son una clase de macromoléculas caracterizadas por su baja viscosidad en solución y fusión y la presencia de muchos terminales funcionales31. Por tanto, se añadió PAMAM hiperramificado en pequeñas cantidades a las formulaciones de películas por varias razones. Puede actuar como plastificante y, por tanto, mejorar las propiedades mecánicas de la película, no es tóxico32 y sus grupos terminales amina pueden tener actividad biológica (su estructura se muestra en el Esquema 1).

Pasos de preparación para lograr películas autoportantes aptas para envasado de alimentos.

La estructura química de PAMAM se investiga utilizando FTIR y el espectro que se muestra en la Fig. 1A reveló bandas en 3388 y 3279 cm-1 correspondientes a los grupos NH y NH2 respectivamente y bandas para CH alifático en 2933 y 2836 cm-1. Se puede observar una banda para la amida C=O a 1629 cm-1, mientras que la banda de NH-CO aparece a 1560 cm-1. La estructura química de las películas preparadas se estudió mediante FTIR y los espectros se muestran en la Fig. 1B. Las tres películas investigadas estaban compuestas por PVA (A), A1 y A2 puro. La banda a 3300 cm-1 se atribuye al grupo OH, y las bandas que aparecen a 1725 cm-1 son características de C=O (un grupo éster) formado debido a la reacción de reticulación del ácido cítrico y PVA33. Además, el espectro de la película A2 mostró bandas más grandes y superpuestas en 1490–1620 cm−1 correspondientes a C – O, C – OH y C – C debido a los flavónidos en el LSE34,35. Estos aparecen con fuerza ya que esta formulación contiene una mayor cantidad de extracto en comparación con la matriz de PVA. El ensanchamiento de las bandas puede atribuirse a las interacciones intermoleculares e intramoleculares con las cadenas de PVA sin reacción química36. Cabe señalar que todas las bandas características de PAMAM están superpuestas por las bandas de polímero y LSE debido a la pequeña cantidad de PAMAM utilizado en las formulaciones de las películas.

Espectros FTIR de: (A) PAMAM y (B) películas preparadas.

La estabilidad térmica de las películas preparadas se estudió utilizando TGA y los resultados se demuestran en la Fig. 2. Generalmente, todas las muestras mostraron más de un paso de degradación y fueron térmicamente estables hasta casi 300 °C, excepto la película A3. El primer paso de degradación alrededor de los 120 °C se puede atribuir a la pérdida de agua. Sin embargo, una cantidad creciente de extracto en las formulaciones de película disminuyó su estabilidad térmica, como se observó a partir de la pérdida de peso del 10% (Tabla 2). El orden de estabilidad térmica de la película fue A > A1 > A2 > A3. Sin embargo, la película A3 mostró una degradación térmica temprana entre 200 y 290 °C, lo que puede atribuirse a la degradación del LSE. Anteriormente se informó que la degradación de la goma de semilla de berro puede ocurrir a temperaturas superiores a 200 °C debido a la desintegración de las cadenas de polisacáridos macromoleculares (10). Se puede observar un último paso de degradación en 300 relacionado con las cadenas de PVA.

TGA de las películas de embalaje A1, A2 y A3 en comparación con la película A pura.

Estudiar las propiedades mecánicas de una película de embalaje es esencial para evaluar su rendimiento. Se investigaron las propiedades mecánicas representadas en resistencia a la tracción (TS) y porcentaje de desplazamiento (D) de los compuestos. Los resultados del análisis de TS mostraron que el aumento de la cantidad de LSE en la composición de la película redujo el TS de la película obtenida. Los compuestos polifenólicos pueden formar enlaces de hidrógeno con grupos amino e hidroxilo en la matriz polimérica o en el plastificante, debilitando las interacciones intermoleculares que estabilizan las cadenas poliméricas (Tabla 2). Además, los valores obtenidos para D mostraron la misma tendencia decreciente, observando que la diferencia en los valores entre A1 y A2 es muy pequeña. Este resultado se puede atribuir a la presencia de aglomeraciones que crean vacíos entre la matriz polimérica (PVA) y el extracto, lo que facilita la fractura de la muestra37. La película A3 estaba compuesta de 75 % de LSE y 25 % de PVA, por lo que era más delgada que las demás y fácil de romper y, en consecuencia, no podía medirse con el probador mecánico.

La investigación de la morfología de la superficie de la película demostró que la película A1 tiene una superficie lisa y homogénea, a diferencia de la película A2, que reveló agregados y pequeñas grietas (Fig. 3). La superficie heterogénea observada de A2 se puede atribuir a una menor cantidad de PVA, que funciona como matriz de retención del extracto. Además, pueden ocurrir cambios estructurales en las células vegetales en las películas secadas al aire38. Por tanto, el secado al aire facilita la transferencia de masa a través de la matriz sólida28.

Imágenes SEM de las muestras A, A1 y A2 (X = 6000).

Las actividades antioxidantes de las películas compuestas de PVA/PAMAM cargadas con LSE en diferentes proporciones (A1, A2 y A3), como se muestra en la Tabla 2, se evaluaron utilizando un ensayo de eliminación de radicales libres DPPH. Las muestras tratadas se compararon con la película A pura. La actividad eliminadora de DPPH (un radical libre estable) en presencia de diferentes películas se determinó monitorizando la disminución de sus valores de absorbancia a 517 nm. Como se muestra en la Fig. 4, la película (A3) exhibió una mayor actividad antioxidante, seguida de A2 y A1, en comparación con la película A pura. Esto se puede atribuir a la capacidad de LSE para donar átomos de hidrógeno activos o transferir electrones para reducir la DPPH. La actividad antioxidante significativamente mayor de la película A3 también se puede atribuir a la mayor concentración de LSE en la formulación de la película.

Porcentaje de inhibición de diferentes películas preparadas.

Se probó la actividad antimicrobiana de diferentes películas contra cinco bacterias transmitidas por los alimentos (Fig. 5). La película A de PVA no afectó los recuentos de bacterias en comparación con el control. La película A1 tuvo actividad antimicrobiana contra todas las bacterias analizadas excepto S. Typhimurium (p < 0,05). Además, A2 poseía actividad antimicrobiana contra todas las bacterias analizadas. E. coli y L. monocytogenes fueron completamente suprimidas por A3. El efecto antimicrobiano de diferentes películas que contienen diferentes concentraciones de LSE se ordena de la siguiente manera: A3 > A2 > A1. La actividad antimicrobiana de la LSE podría deberse a su alto contenido de rutina, que tiene una potente actividad antimicrobiana39. Abdelghany et al.34 encontraron que la incorporación de LSE en películas de PVA aumentaba su actividad antimicrobiana contra E. coli, S aureus y P. aeruginosa. Se detectaron doce compuestos fenólicos en LSE (Tabla 2). Rutina, ácido sinápico y ácido p-hidroxibenzoico, que son los compuestos fenólicos más abundantes en los extractos acuosos de semillas de Lepidium de acuerdo con 30,40. Se descubrió que la rutina tiene actividad antimicrobiana contra bacterias, levaduras y mohos41. Se ha demostrado que el ácido sinápico tiene actividad antimicrobiana en varios estudios sobre patógenos tanto vegetales como humanos42. El ácido p-hidroxibenzoico, un derivado monohidroxifenólico del ácido benzoico, se usa comúnmente como antioxidante y antimicrobiano en alimentos, bebidas, medicamentos y cosméticos43.

El efecto antimicrobiano de diferentes películas. Diferentes letras mayúsculas indican diferencias significativas en los recuentos bacterianos dentro del mismo tratamiento. Las letras minúsculas indican diferencias significativas para diferentes tratamientos dentro de la misma bacteria (p < 0,05). Los resultados representan las medias de 3 réplicas ± sd.

De acuerdo con las propiedades físicas y mecánicas apropiadas de la película A1, se eligió como película de embalaje activa para la conservación del queso. La evaluación del efecto de la película de PVA-LSE sobre la calidad microbiana del queso se realizó contando el total de bacterias mesófilas, bacterias psicrotróficas, levaduras, mohos y bacterias coliformes en los tres grupos de queso, a saber (C) control descubierto, (B) cubierto con PVA y (T) cubierto con A1 (Tabla 3). Después de 2 semanas de almacenamiento en frío a 4 °C, los grupos C y B desarrollaron deterioro visible en todas las muestras, por lo que fueron eliminados del análisis microbiano. Para las bacterias mesófilas, los recuentos aumentaron significativamente en todos los tratamientos con el tiempo de almacenamiento. Sin embargo, las muestras T registraron menos recuentos que los grupos C y B; además, las muestras T no aumentaron significativamente de la semana 1 a la 4 de almacenamiento en frío (p <0,05). La misma observación se observó para los recuentos de bacterias psicrotróficas y los recuentos de levaduras y mohos. Sin embargo, en el tratamiento T, los recuentos de levaduras y mohos aumentaron significativamente hasta la cuarta semana de almacenamiento. La detección de bacterias coliformes en quesos y productos lácteos es el resultado del uso de leche cruda o de malas condiciones higiénicas de fabricación y manipulación44. Algunos estados de EE. UU. tienen límites de 10 (1 log) o 100 (2 log) UFC/g para coliformes en el queso, mientras que la Comisión Europea no regula los límites de coliformes en el queso. La bacteria coliforme se detectó en muestras de queso en tiempo cero, mientras que fue indetectable en muestras T después de 1 semana de almacenamiento refrigerado hasta el final de 4 semanas de análisis. Un estudio realizado por Salem et al.45 incorporó LSE en una película de gelatina y mostró efectos conservantes sobre la calidad del queso. Abdel Aziz y Osheba46 sugirieron que rociar los filetes de pescado con un extracto acuoso de L. sativum reducía la carga microbiana y mejoraba la vida útil. El recubrimiento comestible de mucílago de L. sativum también se aplicó para extender la vida útil de las tiras de papa recién cortadas47.

Se siguió el deterioro visual del queso cheddar durante 4 semanas de almacenamiento refrigerado. La Figura 6a-c muestra que, después de 2 semanas de almacenamiento en frío, el 100% de las muestras de control descubiertas con película y las muestras B cubiertas con película de PVA sufrieron deterioro visual por colonias de levadura y hongos filamentosos. Por otro lado, aproximadamente el 10% de las muestras de queso T cubiertas con PVA-LSE se estropearon. En la tercera y cuarta semana, el 22% y el 57% de las muestras T mostraron colonias de levadura visibles pero ningún hongo filamentoso. Además, la invasión de colonias de levadura en la superficie del queso fue menor que en los otros tratamientos (Fig. 7).

Desarrollo de deterioro visual en la superficie del queso de (C) queso de control descubierto, (B) queso cubierto con una película (A) y (T) queso cubierto con una película (A1). (a) Tiempo cero, (b) después de 2 semanas y (c) después de 4 semanas de almacenamiento refrigerado.

Porcentaje de descomposición de diferentes tratamientos de queso. (a) Deterioro (%) de diferentes muestras de queso en la segunda semana de almacenamiento. (b) Decaimiento (%) de muestras T durante el período de almacenamiento. Los datos son las medias ± SE (n = 15). Letras diferentes indican diferencias significativas (p < 0,05).

En este estudio, los AGS predominaron en todos los quesos examinados (63,68–74,93%). También se encontró un contenido significativamente menor de AG poliinsaturados (0,13–4,44%) en los quesos durante el período de almacenamiento de 4 semanas. Además, todas las muestras de queso contenían los principales AGS: ácido palmítico, ácido mirístico y ácido esteárico (Tabla 4). Además, el contenido de MUFA fue significativamente mayor (p <0,05) en las muestras tratadas con película recubierta con LSE que en las muestras de control (Tabla 4). En todos los tratamientos, el ácido oleico (C18.1) fue el principal MUFA, mientras que el ácido linoleico (C18.2) y el ácido linolénico (C18.3) son los AGPI más importantes, pero se encontraron en porcentajes más bajos. El contenido de AGCC, excepto el ácido cáprico y láurico, no difirió significativamente entre los grupos de control y de tratamiento. El queso tratado con película pura sin LSE y las muestras de control contenían AG trans con un porcentaje que oscilaba entre 1,11 y 2,10%, mientras que las muestras de queso recubiertas con películas preparadas tratadas con LSE no contenían grasas trans durante los diferentes períodos de almacenamiento. Tsuzuki48 informó que agregar antioxidantes a las grasas y aceites (durante el procesamiento y la cocción) facilitó el control de la formación de grasas trans insaturadas inducida por el calor. Esto puede explicar por qué el efecto antioxidante del LSE ayuda a prevenir la formación de grasas trans en muestras de queso rebozado. La oxidabilidad (valor de Cox) en la grasa extraída de diferentes muestras de queso se calculó entre 0,40 y 0,98 (Fig. 8); el alto valor de Cox demuestra la resistencia a la oxidación. Prandini et al.48 indicaron que el queso elaborado con leche de vaca contenía SFA entre 65,23 y 68,52 %, el contenido de MUFA variaba entre 27,90 y 31,19 % y el contenido de PUFA oscilaba entre 3,48 y 4,17 %49. Paszczyk y Łuczyńska50 establecieron que el contenido de MUFA y PUFA en el queso comercial elaborado con leche de vaca era del 27,92% y del 3,31%, respectivamente.

Valores de oxidabilidad de muestras de queso.

Se prepararon películas activas para envasado de queso cheddar a partir de mezclas que contenían diferentes proporciones de PVA y LSE. Se añadió poliamida amina hiperramificada (PAMAM) como plastificante en pequeñas cantidades en todas las formulaciones. Se encontró que aumentar la cantidad de LSE en la composición de la película reducía las propiedades térmicas y mecánicas. Además, la actividad antioxidante de la película que contenía la mayor cantidad de LSE fue ≈86%, y se observó una reducción notable de la actividad antioxidante al disminuir la cantidad de LSE en la composición de la película. Se investigó la actividad antimicrobiana de la película de embalaje frente a diferentes microorganismos. Los resultados demostraron que el orden de actividad antimicrobiana de las películas fue A3 > A2 > A1. El porcentaje de descomposición de las muestras de queso cubiertas con la película tratada fue del 10% después de una semana de almacenamiento, mientras que las muestras cubiertas con películas no tratadas tuvieron un porcentaje de descomposición del 100%. La investigación del perfil de AG extraído de muestras de queso confirmó la presencia de AG trans en muestras cubiertas con películas no tratadas, mientras que en otras muestras no se detectaron AG trans. Los resultados de este estudio muestran que las películas para envases que contienen LSE son películas activas prometedoras para productos lácteos que pueden prevenir ataques bacterianos y extender su vida útil.

Todos los datos generados o analizados durante este estudio se incluyen en este artículo.

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Financiamiento de acceso abierto proporcionado por la Autoridad de Financiamiento de Ciencia, Tecnología e Innovación (STDF) en cooperación con el Banco Egipcio de Conocimiento (EKB). Esta investigación recibió financiación del Centro Nacional de Investigación y STDF, Egipto.

Departamento de Embalaje y Materiales de Embalaje, Centro Nacional de Investigación, Dokki, 12622, El Cairo, Egipto

Mona Abdel Rahim

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Hamdy A. Zahran

Departamento de Lácteos, Instituto de Investigación sobre Industrias Alimentarias y Nutrición, Centro Nacional de Investigación, Dokki, 12622, El Cairo, Egipto

Marwa Al-Moghazy

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MAR ha diseñado el estudio, contribuido con el trabajo experimental y de análisis, interpretado los resultados y escrito el manuscrito; HZ ha contribuido con el trabajo experimental y de análisis, interpretado los resultados y escrito el manuscrito; MA-M. ha contribuido con el trabajo experimental y de análisis, interpretado los resultados y escrito el manuscrito.

Correspondencia a Marwa Al-Moghazy.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Rehim, MA, Zahran, HA y Al-Moghazy, M. Síntesis de películas de embalaje activas a partir de compuestos de goma Lepidium sativum y alcohol polivinílico y su aplicación para conservar el queso cheddar. Informe científico 13, 1647 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-28173-3

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Recibido: 06 de noviembre de 2022

Aceptado: 13 de enero de 2023

Publicado: 30 de enero de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-28173-3

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