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Pesquisadores da Universidade de Kyushu transformaram cascas descartadas em nanopartículas de carbono incorporadas a um filme de celulose e gelatina, que ganhou resistência, bloqueou radiação ultravioleta e apresentou melhor preservação de tomates-cereja em testes.
Uma parte da abóbora que normalmente seguiria para o descarte virou matéria-prima para um novo material destinado a embalagens de alimentos. Pesquisadores no Japão produziram nanopartículas de carbono a partir das cascas e as incorporaram a um filme biodegradável.
Com 3% dessas partículas na composição, a resistência à tração do filme aumentou 147% em comparação com o material sem o reforço. Em outro experimento, tomates-cereja foram armazenados por 20 dias e apresentaram menor deterioração quando envolvidos pelas formulações contendo o novo material.
O trabalho foi desenvolvido por pesquisadores ligados à Universidade de Kyushu, no Japão, e publicado na revista científica Food Research International. O artigo científico original descreve a criação do filme e os testes realizados com diferentes concentrações das nanopartículas.
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Casca descartada virou partículas de carbono de poucos nanômetros
A equipe utilizou cascas de abóbora como matéria-prima para produzir os chamados carbon quantum dots, ou pontos quânticos de carbono, identificados no estudo pela sigla CQDs.
O processo começou com tratamento hidrotérmico da casca, submetida a calor e pressão. A divulgação oficial da Universidade de Kyushu informa que o material foi posteriormente resfriado e liofilizado, resultando em um pó fino formado por partículas na escala de aproximadamente 10 nanômetros.
Essas partículas não formam, sozinhas, a embalagem. Os pesquisadores as misturaram a carboximetilcelulose, conhecida como CMC, e gelatina, criando um filme composto e biodegradável destinado à conservação de alimentos.
A proposta combina, portanto, dois elementos: reaproveitar um resíduo agrícola e utilizar as partículas obtidas desse resíduo para melhorar características de um material de embalagem.
Resistência do filme cresceu até 147%
Um dos resultados mais expressivos apareceu nos testes mecânicos. Segundo o estudo, a incorporação dos CQDs aumentou a resistência à tração dos filmes entre 78% e 147%, dependendo da concentração utilizada.
O maior ganho foi registrado na formulação contendo 3% de CQDs derivados da casca de abóbora, que apresentou aumento de 147% em comparação com o filme de controle.
O material também apresentou mudanças nas propriedades relacionadas à passagem de umidade. Na formulação com 3% de partículas, a permeabilidade ao vapor d’água caiu 12,32%, característica relevante para uma embalagem destinada a proteger produtos frescos.
A adição das nanopartículas também aumentou entre 12,87% e 26,14% o ângulo de contato com a água, medida utilizada pelos pesquisadores para avaliar características da superfície do filme.
Na prática experimental, os resultados mostram que a inclusão das partículas modificou não apenas a resistência mecânica, mas também propriedades de barreira do material.
Filme bloqueou mais de 94% da radiação UV-B no teste
As partículas produzidas a partir das cascas também apresentaram propriedades ópticas. Na formulação com 3% de CQDs, o filme bloqueou 72,5% da radiação UV-A e 94,3% da UV-B, conforme os resultados publicados no estudo.
Os autores relacionam essa característica ao potencial de proteger alimentos contra efeitos provocados pela exposição excessiva à luz.
Além disso, a mesma formulação atingiu 88,58% de atividade antioxidante no ensaio DPPH utilizado pelos pesquisadores.
A Faculdade de Agricultura da Universidade de Kyushu afirma que os CQDs obtidos no experimento apresentaram capacidade de absorver luz ultravioleta e propriedades antioxidantes.
Sob luz ultravioleta, os pontos de carbono também apresentam fluorescência azul. Uma das imagens divulgadas pela universidade mostra um tomate envolvido pelo filme sob iluminação normal e, depois, sob luz UV, quando o material fluoresce.
Tomates foram acompanhados durante 20 dias
Para avaliar se as propriedades observadas no laboratório poderiam resultar em efeitos sobre um alimento real, a equipe utilizou tomates-cereja.
Os pesquisadores compararam tomates sem embalagem, tomates envolvidos em polietileno convencional, frutos acondicionados apenas no filme de CMC e gelatina e grupos embalados com filmes contendo diferentes concentrações dos CQDs derivados da abóbora.
O acompanhamento durou 20 dias. De acordo com os resultados divulgados pela universidade, os filmes contendo partículas de carbono reduziram o crescimento microbiano e desaceleraram a perda de peso e o amolecimento dos tomates.
Entre as formulações produzidas pelos pesquisadores, o filme contendo 3% de CQDs apresentou o melhor desempenho geral de preservação. O artigo científico também registra essa formulação como aquela que proporcionou a melhor conservação da qualidade dos tomates-cereja entre as composições avaliadas.
A imagem publicada pela Faculdade de Agricultura compara visualmente os frutos no primeiro e no vigésimo dia do experimento. Os tomates acondicionados com o filme de CMC, gelatina e 3% das partículas mantiveram boa qualidade ao final do período, segundo a instituição.
O resultado, porém, corresponde às condições específicas desse experimento. O estudo demonstra desempenho durante um teste de 20 dias com tomates-cereja, não uma garantia de que qualquer tomate ou alimento terá automaticamente vida útil de 20 dias usando o material.
Pesquisa também avaliou atividade antimicrobiana e células humanas
Outra etapa investigou o comportamento das formulações diante de microrganismos. O estudo relata que os filmes contendo CQDs apresentaram forte efeito de resistência contra patógenos microbianos testados pelos pesquisadores.
A equipe também realizou ensaios de viabilidade celular utilizando células Caco-2, uma linhagem de adenocarcinoma colorretal humano usada no experimento.
Segundo o artigo, os CQDs não apresentaram toxicidade nas condições avaliadas em concentrações inferiores a 2 miligramas por mililitro. A universidade ressalta, entretanto, que segurança continua sendo uma questão necessária antes de uma aplicação prática ampla.
Por isso, os resultados não significam que o material já esteja disponível comercialmente ou autorizado para substituir imediatamente embalagens convencionais.
Próximo passo é preparar o material para aplicações práticas
O grupo liderado pelo professor Fumihiko Tanaka e pela professora associada Fumina Tanaka, da Faculdade de Agricultura da Universidade de Kyushu, pretende continuar o desenvolvimento da tecnologia.
Entre as próximas etapas apontadas pelos pesquisadores estão a otimização das condições de uso para diferentes alimentos, avaliações adicionais de segurança e o desenvolvimento de métodos de fabricação voltados à implementação prática.
A equipe também avalia possibilidades além do filme tradicional. Segundo a Universidade de Kyushu, o material poderia ser utilizado como película ou aplicado sobre produtos agrícolas, inclusive de forma localizada em áreas mais vulneráveis. Essa possibilidade ainda integra o desenvolvimento da tecnologia.
Os pesquisadores também pretendem investigar a incorporação de agentes antifúngicos naturais, como óleos essenciais, para ampliar a proteção contra fungos mais agressivos.
Por enquanto, o resultado mais concreto está no laboratório: um resíduo de abóbora foi convertido em nanopartículas que, adicionadas a um filme biodegradável, elevaram sua resistência em até 147%, aumentaram sua proteção contra radiação ultravioleta e ajudaram a preservar tomates-cereja ao longo de um experimento de 20 dias.
