EFEITOS ANTIMICROBIANOS DE EXTRATOS NATURAIS PARA CONSERVAÇÃO DE FRUTAS E HORTALIÇAS: REVISÃO DE LITERATURA

Capítulo de livro publicado no livro da III Semana Nacional da Microbiologia de Alimentos na Indústria. Para acessa-lo  clique aqui.

DOI: https://doi.org/10.53934/IIISEMICRO-15

Este trabalho foi escrito por:

Vanessa Caroline de Oliveira ^*; Mirielle Teixeira Lourenço  ; Danúbia Joanes Rosa Guerra ; Fernando Antonio de Souza Eufrazio Filho ; Thaís da Silva Araujo Fabrícia Queiroz Mendes ; Érica Nascif Rufino Vieira

*Autor correspondente (Corresponding author) – Email: [email protected]

Resumo: Frutas e hortaliças estão sujeitas a contaminação e oxidação. Para diminuir essa problemática da conservação de alimentos, utiliza-se conservantes sintéticos e outras tecnologias não convencionais são aplicadas em alimentos afim de aumentar a qualidade e diminuir a deterioração. A tendência dos consumidores, que buscam uma alimentação mais saudável está direcionando a indústria a utilizar produtos naturais com atividades antimicrobianas e antioxidantes. O objetivo deste trabalho é apresentar uma visão geral sobre a diversidade de compostos antimicrobianos naturais de origem vegetal, suas fontes e aplicações no controle de microrganismos indesejáveis em alimentos. Os bioprotetores, como os extratos naturais, são corretos ecologicamente, garantem a segurança alimentar e da saúde pública, podendo ser extraídos de várias fontes vegetais como frutas, folhas, resíduos, sementes e outros para aplicação em embalagens e revestimentos biodegradáveis. Pesquisadores observaram efeito inibitório desses extratos contra os fungos Botrytis cinerea, Alternaria sp, Aspergillus flavus e Penicillium sp.Os efeitos antibacterianos foram observados para  Escherichia coli,  Staphylococcus aureus e L. monocytogenes.  O potencial antioxidante dos extratos naturais se deve a sua composição química, podendo ser atribuídas as moléculas de curcumina, carvacrol, cânfora, borneol, α-pineno e outros. Dessa maneira, os extratos naturais tem se mostrado um ingrediente interessante, devido a sua origem natural e propriedades fitoquímicas, permitindo a obtenção de compostos ativos que podem prolongar a vida útil de frutas e vegetais frescos. Essas novas opções de embalagens e revestimentos vem ganhando o interesse dos pesquisadores devido a suas propriedades que fornecem qualidade e segurança alimentar nas matrizes alimentares que são adicionadas.

Palavras–chave: bioprotetores; efeito antifúngico; capacidade antioxidante; matriz vegetal;

Abstract: Fruits and vegetables are subject to contamination and transmission. To reduce this problem of food preservation, synthetic preservatives are used and other unconventional technologies are applied to food in order to increase quality and reduce concern. The trend of consumers, who seek a healthier diet, is directing the industry to use natural products with antimicrobial and antioxidant activities. The objective of this work is to present an overview of the diversity of natural antimicrobial compounds of plant origin, their sources and applications in the control of microorganisms in food. Bioprotectors, such as natural extracts, are ecologically correct, guarantee food safety and public health, and can be extracted from various plant sources such as fruits, leaves, residues, seeds and others for application in biodegradable packaging and coatings. Researchers observed the inhibitory effect of these extracts against the fungi Botrytis cinerea, Alternaria sp, Aspergillus flavus and Penicillium sp. Antibacterial effects have been observed for Escherichia coli, Staphylococcus aureus and L. monocytogenes. The antioxidant potential of natural extracts is due to their chemical composition, which can be attributed to curcumin, carvacrol, camphor, borneol, α-pinene and others. In this way, natural extracts have proven to be an interesting ingredient, due to their natural origin and phytochemical properties, allowing the administration of active compounds that can extend the shelf life of fresh fruits and vegetables. These new options for packaging and coatings have been gaining interest from researchers due to their properties that provide quality and food safety in the food matrices that are added.

Keywords: antifungal effect; antioxidant capacity; bioprotectors; vegetable matrix;

INTRODUÇÃO

A doenças transmitidas por alimentos e a deterioração continuam sendo a principal questão para a estabilidade mundial e o desenvolvimento social. Conservantes preparados de maneira sintética ou antimicrobianos são aplicados na indústria de maneira geral para garantir a segurança alimentar, mas vários efeitos adversos são causados pelo uso prolongados e em grande escala, tendo impacto na saúde pública (1). Outras tecnologias não convencionais para conservação são aplicadas em alimentos afim de aumentar a qualidade e diminuir a deterioração. Pesquisas também tem direcionado para a descoberta de agente antimicrobianos naturais, corretos ecologicamente garantindo a segurança alimentar e a saúde pública.

As plantas produzem uma variedade de metabólitos secundários que possuem ação biocida contra patógenos pós-colheita. Esses metabólitos estão associados ao sistema de defesa da planta e podem desempenhar um papel como inibidores antimicrobianos (2). Os ingredientes naturais como extratos de plantas também contêm altas concentrações de componentes fenólicos que possuem fortes atividades antioxidantes e antimicrobianas (3).

O uso de revestimentos e embalagens com compostos antimicrobianos é uma das técnicas para prolongar a vida útil de frutas e vegetais e reduzir o risco de contaminação por patógenos (4).  Filmes, revestimentos e embalagens formados pela incorporação de extratos de plantas em polímeros geralmente resultam em propriedades físico-químicas, mecânicas, de barreira, antioxidantes e antimicrobianas modificadas em comparação com filmes feitos de componentes individuais e têm sido usados ​​para uma ampla variedade de produtos de origem vegetal (3).

O objetivo deste trabalho é apresentar uma visão geral sobre a diversidade de compostos antimicrobianos naturais de origem vegetal, suas fontes e aplicações no controle de microrganismos indesejáveis em alimentos.

MATERIAL E MÉTODOS

A pesquisa foi realizada em formato de artigo de revisão de literatura. As fontes de dados utilizados foram ResearchGate, Scielo, Google Acadêmico, Capes Periódicos e Science Direct no período de 2010-2023. Os descritores utilizados foram: “extratos vegetais”, “microrganismos patogênicos”, “capacidade antifúngica”, “capacidade antimicrobiana”, “capacidade antibacteriana”, “capacidade antioxidante”, “matriz vegetal” e a pesquisa foi realizada com os termos em português e em inglês. A ordem de descrição do trabalho foi sobre a conservação de frutas e hortaliças, mecanismos de ação dos extratos naturais antimicrobianos em matrizes vegetais, e a aplicação de extratos naturais em embalagens e em revestimentos.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Conservação de frutas e hortaliças

Os vegetais e frutas são produtos frescos, portanto, requer uma atenção na segurança microbiológica, já que podem ser contaminados por bactérias/fungos durante o cultivo, a colheita e processamento pós-colheita. Dessa forma, os métodos de saneamento e conservação devem ser adotados de forma cuidadosa pelas indústrias alimentícia (5).

Dessa forma, os métodos de processamento não convencionais representados na Figura 1 oferecem uma abordagem promissora para prolongar a vida útil dos alimentos reduzindo a carga microbiana deteriorante, e preservando as características sensoriais e nutricionais do mesmo. Essas tecnologias são projetadas com o objetivo de manter o sabor, textura e aparência natural dos alimentos, gerando produtos de alta qualidade. Além disso esses métodos têm potencial de economizar energia, tornando uma opção sustentável e eficiente para o processamento de alimentos (6).

A lavagem convencional com água (com ou sem sanitizantes químicos) em frutas e vegetais é uma prática utilizada para remoção de microrganismos. No entanto, esses tratamentos podem causar alterações adversas nos vegetais, como perda de cor, sabores ou até mesmo nutrientes importantes, dessa forma a lavagem com técnicas emergentes podem ser aplicadas (5,7). O estudo realizado por Alenyourege et. al (8) avaliou remoção de bactérias em repolho chinês minimamente processado, comparando a eficácia da lavagem utilizando a tecnologia ultrassom com o método convencional, os resultados revelaram que o método de lavagem por ultrassom resultou em uma redução significativa de bactérias em comparação com a lavagem convencional, dessa maneira apresentou uma opção viável para essa etapa de produção.

Outra técnica muito explorada é o método por alta pressão. O processamento de alta pressão é uma técnica que submete os alimentos a pressão de 100Mpa ou superiores, sendo eficiente em uma variedade de alimentos, independente da forma, tamanho ou composição. Em relação as frutas e vegetais, eles são colocados em cestas e a água é utilizada como meio de transmissão de pressão. É de suma importância ressaltar que os mesmos não serão danificados pela pressão, retornando à sua forma original após o processo, pois a pressão é uniformemente distribuída durante todo o procedimento. Dessa maneira esse processamento permite a desativação dos microrganismos deteriorante sem comprometer as características sensoriais e nutricionais dos alimentos (9,10).

Recentemente, um estudo explorou a combinação do processamento de irradiação ultravioleta com campo elétrico pulsado para inativar microrganismos presentes em suco de maça fresco, mantendo a qualidade sensorial e nutricional do produto. Os resultados demonstraram uma inativação microbiana satisfatória, além de melhorias na qualidade em comparação com a pasteurização por calor (11).

Neste contexto, os consumidores buscam por alimentos que sejam de qualidade e seguros, com menos etapas de produção, maior prazo de validade e livres de microrganismos, visto isso a tecnologia de ozônio apresenta potencial promissor de aplicações na indústria alimentícia, visto que esse processamento tem um poder de desinfecção e atividade antimicrobiana devido suas propriedades oxidantes (12,13). Ademais, novos estudos avaliam o aquecimento ôhmico aplicados em frutas e vegetais, tendo como vantagem preservar os nutrientes e componentes dos alimentos, ao mesmo tempo em que garantindo a segurança microbiana (14).

Os bioprotetores, como por exemplo, os extratos naturais, são métodos inovadores para preservação e qualidade de frutas e vegetais frescos, apresentando propriedades antioxidantes e antimicrobianas (15).

Mecanismos de ação dos extratos naturais antimicrobianos em matrizes vegetais

O uso de antimicrobianos naturais, como os extratos vegetais, podem ser uma alternativa interessante para reduzir ou eliminar microrganismos capazes de deteriorar alimentos ou causar doenças transmitidas por estes. A composição química de cada tipo de extrato é bem variada, deste modo a atividade antimicrobiana não pode ser atribuída a um único mecanismo de ação, uma vez que os diferentes componentes podem exercer ações distintas nas células microbianas (16).  

Os óleos essenciais possuem efeitos bactericidas, caracterizado pela morte das bactérias, e bacteriostáticos, relacionados a inibição do crescimento, com recuperação da capacidade reprodutiva nas células microbianas (17,18). É importante ressaltar que a atividade antimicrobiana exercida pelos óleos essenciais, também difere ao considerar as bactérias gram negativas e positivas, o que se justifica pela limitação da membrana externa nas gram negativas à entrada de componentes hidrofóbicos nas células. Compostos de baixo peso molecular, como o carvacrol pressente no orégano, podem interagir com a água por pontes de hidrogênio e por meio da difusão, ultrapassar a parede externa, chegando à parede celular interna das bactérias gram negativas (17).

Os compostos fenólicos como fenóis simples, flavonoides, taninos, cumarinas, quininas, ácidos fenólicos e xantonas, possuem atividade antimicrobiana relacionada principalmente com a posição do grupo hidroxila (16,19,20). Alguns autores, atribuem o mecanismo de ação dos óleos essenciais à sua capacidade de penetrar na membrana externa das células microbianas e na membrana citoplasmática, ao atravessar estas barreiras ocorre o comprometimento de estruturas celulares e tornando-as permeáveis aos óleos essenciais (20,21). Os mecanismos de ação comumente atribuídos aos óleos essenciais estão relacionados aos danos a membrana citoplasmática, alteração de ácidos graxos na membrana celular, extravasamento do conteúdo celular e comprometimento da cadeia transportadora de elétrons (16). 

Por serem substâncias hidrofóbicas, os óleos essenciais interagem com os lipídios da membrana celular e das mitocôndrias dos microrganismos. Esta interação entre o óleo essencial e a membrana celular, altera a estrutura das mesmas, tornando-as mais fluidas, capazes de se expandir e permeáveis, o que implica em um maior extravasamento de íons e demais conteúdos citoplasmáticos. A perda de íons como potássio, comprometem o funcionamento celular o que pode levar a morte da célula. Outro desfecho possível, está relacionado a perda do conteúdo citoplasmático e o gasto extra de energia, que resultam na redução do número de microrganismos patogênicos, tornando-os menos competitivos (16).

No entanto, os óleos essenciais também podem apresentar atividade antioxidante, variando de acordo com seus constituintes. No óleo de alecrim pode-se encontrar substâncias como 1,8 cineol, cânfora, canfeno, borneol e α-pineno, que podem apresentar capacidade antioxidante e atividade quelante de íons Fe2+ (22). Outros óleos essenciais como os de canela, citronela e gengibre também possuem atividade antioxidante, sendo esta caracterizada pela doação de átomos de hidrogênio a moléculas instáveis, resultando na interrupção de reações em cadeia. Os radicais livres, formados durante o processo podem reagir com radicais semelhantes e causar danos celulares permanentes. Os compostos fenólicos presentes nos extratos são fundamentais para a ação redox, com a capacidade de doação de um elétron ao radical livre, evitando a oxidação (16,22). Além da desta atividade, alguns compostos presentes encontrados na menta e na rosa Damascena, podem atuar como agentes quelantes ao se complexarem com íons metálicos como, o cobre e ferro, impedindo que estes participem da oxidação lipídica (23,24).

A utilização de óleos essenciais como agentes antimicrobianos naturais, ainda apresenta limitações. Sendo uma delas, a necessidade de utilizar elevadas concentrações dos óleos, para atenuar os microrganismos, o que implica em um comprometimento dos aspectos sensoriais dos produtos. Deste modo, uma possível solução estaria relacionada a encapsulação dos compostos, a fim de melhorar a solubilidade, estabilidade, biodisponibilidade, proteção dos ativos, controle da liberação, além de minimizar sabores e odores intensos (25,26).

Aplicação de extratos naturais em embalagens

A indústria de embalagens está constantemente em busca de alternativas atrativas e seguras para atender às demandas dos consumidores e regulamentações. Nesse contexto, a aplicação de extratos naturais em embalagens tem despertado grande interesse. Esses extratos são derivados de fontes naturais, como plantas, frutas e ervas, e possuem propriedades bioativas que podem ser aproveitadas para desenvolver embalagens ativas com funcionalidades antimicrobianas, antioxidantes e de barreira.

Os extratos naturais são conhecidos por sua riqueza em compostos bioativos, como polifenóis, flavonoides e terpenoides, que conferem às embalagens propriedades funcionais (27). Esses compostos apresentam atividade antimicrobiana contra diversos patógenos e microrganismos deteriorantes, garantindo a segurança microbiológica dos alimentos embalados (28). Além disso, os extratos naturais exibem propriedades antioxidantes, auxiliando na proteção contra a oxidação lipídica e na preservação da qualidade sensorial dos alimentos (29).

Ao compreender a mudança de ação dos extratos naturais, torna-se possível explorar seu potencial na inibição do crescimento microbiano e na proteção contra a transmissão. Esses extratos podem agir por meio do comprometimento da integridade da membrana celular dos microrganismos, da sequência de sua síntese proteica ou da alteração de seu metabolismo energético (30). Além disso, eles podem interagir com radicais livres, evitando a oxidação lipídica nos alimentos embalados (31).

As aplicações da utilização de extratos naturais em embalagens têm resultados promissores demonstrados. A incorporação desses extratos filmes em biodegradáveis ​​resulta em embalagens com propriedades antimicrobianas efetivas, inibindo o crescimento de bactérias patogênicas e micro-organismos deteriorantes (32). Além disso, a adição desses extratos em revestimentos comestíveis aumenta a resistência à apresentação, prolongando a vida útil dos alimentos e mantendo sua qualidade durante o armazenamento (33).

Sharma et al. (27) exploraram o uso de extratos naturais, como o extrato de cravo e óleo de tomilho, para melhorar a atividade antimicrobiana em embalagens. Os resultados revelaram que esses extratos naturais apresentaram atividade significativa contra patógenos alimentares, como Staphylococcus aureus e Escherichia coli, inibindo efetivamente seu crescimento e oferecendo uma barreira adicional de segurança microbiológica às embalagens.

Lagos (29) avaliaram a aplicação do extrato de boldo em embalagens para avaliar sua eficácia na prevenção de oxidação lipídica e ação antimicrobiana. Os resultados revelaram que o extrato boldo demonstrou uma forte atividade antioxidante, retardando a oxidação dos lipídios nos alimentos embalados, além de um controle microbiano extremamente eficaz, ao comparado com o controle. Isso resultou em uma melhor preservação da qualidade dos alimentos, mantendo sua cor, aroma e sabor por um período mais longo.

Ardjoum (30) investigou o potencial do extrato de tomilho em filmes ativos com propriedades antimicrobianas. Os resultados indicaram que o extrato incorporado nas embalagens apresentou uma atividade antimicrobiana significativa contra patógenos alimentares, como Staphylococcus aureus e Penicillium sp., inibindo seu crescimento e efetivamente a segurança microbiológica dos alimentos embalados.

Aplicação de extratos naturais em revestimentos

A utilização dos revestimentos emergiu como um dos principais métodos de conservação usados nos últimos anos, por serem considerados materiais naturais e não tóxicos. Além dessas características, os revestimentos podem carrear diversos aditivos alimentares como antimicrobianos e antioxidantes. Na Tabela 1 estão apresentados pesquisas com adição de extratos naturais em revestimentos para conservação de frutas e hortaliças.

O morango é uma fruta consumida em todo o mundo, mas, apresenta alta perecibilidade pós-colheita devido à perda de umidade e decomposição física, apresentando uma vida útil muita curta, inferior a 5 dias em temperatura ambiente (45,46). Botrytis cinerea, que pode causar a doença do mofo cinzento, é considerado o patógeno mais comum que afeta os morangos (47). Segundo Saleh et al. (36) os resultados da análise in vivo mostraram que as amostras de morango tratadas com extrato etanólico de folha de Prosopis juliflora, tanto em temperatura ambiente quanto refrigerado, apresentaram um efeito retardador na taxa de progressão do mofo cinzento, o que indica que os compostos ativos no extrato bruto foram capazes de prevenir o crescimento de fungos nas amostras. Já Yang et al. (35) observaram que ambos os extratos de açafrão e chá verde continham compostos fenólicos, mas somente o extrato de açafrão apresentou forte atividade antifúngica. O extrato de açafrão inibiu a proliferação de Botrytis cinerea durante 7 dias de armazenamento a 20 °C, enquanto o revestimento contendo extrato de GT estendeu as propriedades antioxidantes de morangos pós-colheita de 4 para 8 dias a 20 °C, sendo a curcumina o principal composto do extrato de açafrão. Cheng et al. (34) desenvolveram um revestimento para o morango com nanopartículas de prata com extrato de casca de manga com ácido polilático. O filme desenvolvido apresentou excelentes propriedades antibacterianas e a taxa de inibição de Escherichia coli e Staphylococcus aureusficaram acima de 95%. Além de que os morangos revestidos não apodreceram e nem se deterioraram por 7 dias.

Frutos climatéricos minimamente processados também podem ser revestidos a fim de promover uma maior conservação e estender sua vida útil. Com uma exposição e ruptura da sua parede celular, além da sua alta taxa de respiração pós-colheita, sua deterioração se dá de maneira mais acelerada. Sekarina et al. (38) desenvolveram um revestimento comestível de quitosana-gelatina com adição de extrato de chá preto para mamão minimamente processado e observaram que na análise de contagem total de placas, o revestimento aplicado foi capaz de suprimir o crescimento microbiano durante o armazenamento. O extrato de chá preto é composto por polifenóis, e continha catequinas, flavonas, antocianinas e ácidos fenólicos, sendo as catequinas o principal composto. Esses polifenóis podem coagular as proteínas estruturais, ligar o ácido desoxirribonucleico com moléculas e destruir as membranas celulares e as paredes dos microrganismos, inibindo o seu crescimento. A quitosana também pode inibir o crescimento dos microrganismos. Esse composto interage com os resíduos carregados negativamente das células microbianas por uma atração eletrostática, floculando e absorvendo na superfície dos microrganismos alterando o metabolismo fisiológico dos mesmos (48).

Outros frutos climatéricos também foram estudados como tomate (39) e tomate cereja (40). Para controle de Alternaria spp.’, Aguilar et al. (39) utilizaram o extrato de folhas de jaca e observaram que a ação antimicrobiana foi de 39,9% a 1mg mL⁻¹. Essa ação pode ser justificada devido ao teor de antioxidantes e os mecanismos de ação dos polifenóis (49) e o conteúdo abundante de flavonóides (catequina (+), epicatequina (+), carthamidina, isoschaftosídeo e quercetina glicosídeo-O-rutinosídeo) (50). Esses compostos podem causar distúrbios de membrana que levam ao encolhimento celular e extravazamento de componentes intracelulares. Isso induz o atraso da peroxidação lipídica e eliminação de radicais livres e contribui com a inativação de enzimas relacionadas com a respiração celular, causando a morte celular do patógeno (51). Sganzerla et al. (40) também avaliaram filmes adicionados de extratos de amora com alta concentração de antocianinas para aplicação em tomates cereja. O extrato apresentou propriedades antimicrobianas e antioxidantes. Além disso, a liberação controlada dos compostos ativos do extrato, indicaram um perfil constante entre 2 e 240 h, o que denomina um comportamento promissor para a conservação de alimentos.

Elsayed et al. (41) avaliaram a adição do extrato de oliva estendeu a vida útil das vagens de vagem para 28 dias em armazenamento refrigerado e melhorando as características microbianas do vegetal. Shaukat et al. (42) inocularam artificialmente com suspensão de esporos de Aspergillus flavus, nozes tratadas com revestimento enriquecido com extrato de glicerol e gengibre e observaram uma menor incidência da doença e a menor concentração de esporos. Priyadarshi et al. (43) desenvolveram um filme de pectina/pululana bioativa adicionad com extrato de semente de uva Vitis vinífera para aplicação em amendoim. O filme contendo o extrato, ofereceu atividade antimicrobiana contra E. coli e L. monocytogenes, retardando o crescimento bacteriano. Além disso, exibiu potencial antioxidante devido à capacidade de eliminação de radicais livres de compostos polifenólicos no extrato. Gull et al. (44) avaliaram o efeito do revestimento de nanoquitosana contendo extrato de casca de romã na qualidade pós-colheita de frutos de damasco. O revestimento de nanoquitosana contendo 1% do extrato inibiu significativamente a contagem total de bactérias psicrofílicas, leveduras e bolores durante o armazenamento.

CONCLUSÕES

Conclui-se que as pesquisas recentes identificaram os extratos naturais podem ser aplicados em embalagens e revestimentos biodegradáveis. Os extratos naturais tem se mostrado um ingrediente interessante, devido a sua origem natural e propriedades fitoquímicas, permitindo a obtenção de compostos ativos que podem prolongar a vida útil de frutas e vegetais frescos e agregando valor ao produto. Essas novas opções de embalagens e revestimentos vem ganhando o interesse dos pesquisadores devido a suas propriedades que fornecem qualidade e segurança alimentar nas matrizes alimentares que são adicionadas.

AGRADECIMENTOS

O presente trabalho foi realizado com apoio do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), a Fundação de Amparo à Pesquisa de Minas Gerais (FAPEMIG) e a Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – Brasil (CAPES) – Código de Financiamento 001.

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