Publication
Development of functional films based on antimicrobial photodynamic inactivation
| datacite.subject.fos | Engenharia e Tecnologia | |
| datacite.subject.sdg | 03:Saúde de Qualidade | |
| dc.contributor.advisor | Crugeira, Pedro | |
| dc.contributor.advisor | Barreiro, Filomena | |
| dc.contributor.author | Carrasqueiras, Miguel Fernandes | |
| dc.date.accessioned | 2025-12-05T14:21:59Z | |
| dc.date.available | 2025-12-05T14:21:59Z | |
| dc.date.issued | 2025 | |
| dc.date.submitted | 2025 | |
| dc.description.abstract | Microbial contamination remains a major food safety challenge, requiring innovative and sustainable control strategies beyond traditional thermal or chemical methods. Antimicrobial photodynamic inactivation (aPDI) has emerged as a promising alternative, based on the activation of photosensitizers that induce the formation of reactive oxygen species (ROS) capable of eliminating microbial cells. In this work, κ-carrageenan-based functional films incorporating curcumin solid dispersions at 1% and 5 wt% concentrations, designated CF_1%_1Y and CF_5%_1Y, were evaluated as photoactive systems for food applications. The solid dispersion approach improved the stability, amorphization, and homogeneous distribution of curcumin in the hydrophilic polymeric matrix. The FTIR and DSC analyses confirmed the preservation of the polymer network and the amorphous state of curcumin. The absorption spectrum at 445 nm, characteristic of curcumin, was identified by UV-Vis spectrophotometry. Evaluation of the mechanical properties demonstrated the structural integrity and strength of the CF_5%_1Y film, yielding a tensile modulus of 196.5 ± 15.6 MPa, a tensile strength at break of 3.22 MPa, and a strain at break of 4.03%. In planktonic cells, CF_5%_1Y under LED irradiation (450 ± 10 nm), at an energy density of 100 J/cm², reductions of 99.9% for Escherichia coli and 96.7% for Listeria monocytogenes were achieved, confirming the synergistic action of light, oxygen, and curcumin in ROS generation. Decontamination tests performed on cream cheese and mayonnaise matrices confirmed the antimicrobial properties of aPDI, previously identified in planktonic cells. When using irradiated CF_5%_1Y films, microbial reductions of 98.5% for E. coli and 99.4% for L. monocytogenes were observed in the mayonnaise matrix. In contrast, in cream cheese, reductions reached 91.2% for E. coli and 92.8% for L. monocytogenes. In 15-day preservation tests, samples of mayonnaise and cream cheese with irradiated CF_5%_1Y films maintained the integrity of the food matrices, with constant microbial concentrations of 1.7-1.8 log CFU/g. At the same time, the controls showed increased contamination, reaching approximately 4.3 log CFU/g in mayonnaise and 2.3 log CFU/g in cream cheese. These results demonstrate the effectiveness of functionalization and photoactivity, corroborating the development of stable, efficient, and sustainable films with antimicrobial properties for food decontamination and preservation, offering an eco-friendly path. | por |
| dc.description.abstract | A contaminação microbiana continua a ser um grande desafio para a segurança alimentar, exigindo estratégias de controle inovadoras e sustentáveis, além dos métodos térmicos e químicos tradicionais. A inativação fotodinâmica antimicrobiana (aPDI) surgiu como uma alternativa promissora, baseada na ativação de fotossensibilizadores, que induzem a formação de espécies reativas de oxigênio (ROS) capazes de eliminar células microbianas. Neste trabalho, filmes funcionais à base de κ-carragenina, incorporando dispersões sólidas de curcumina nas concentrações de 1 % e 5 % (m/m), designados CF_1%_1Y e CF_5%_1Y, foram avaliados como sistemas fotoativos para aplicações em alimentos. A incorporação de dispersões sólidas melhorou a estabilidade, a amorfização, promovendo a distribuição homogênea da curcumina na matriz polimérica hidrofílica. As análises de FTIR e DSC confirmaram a preservação da rede polimérica e o estado amorfo da curcumina, identificando-se o espectro de absorção em 445 nm, característico da curcumina por espectrofotometria UV-Vis. A avaliação das propriedades mecânicas demonstrou integridade estrutural e resistência do filme CF_5%_1Y, identificando-se módulo de tração de 196,5 ± 15,6 MPa, tensão na ruptura de 3,22 MPa e deformação na ruptura de 4,03%, indicando integridade estrutural e resistência. Em células planctónicas, os fimes de 5% (m/m) sob irradiação LED (450 ± 10 nm), com densidade de energia de 100 J/cm², alcançaram reduções de 99,9% para Escherichia coli e de 96,7% para Listeria monocytogenes, confirmando a ação sinérgica da luz, do oxigênio e da curcumina na geração de ROS. Os testes de descontaminação realizados em matrizes de queijo creme e de maionese comprovaram as propriedades antimicrobianas da aPDI, previamente identificadas em células planctónicas. Verificou-se, na utilização dos filmes CF_5%_1Y irradiados, uma redução microbiana de 98,5% para E.coli e de 99,4% para L.monocytogenes na matriz da maionese, enquanto, no queijo cremoso, as reduções alcançaram 91,2% para E.coli e 92,8% para L.monocytogenes. Nos testes de preservação ao longo de 15 dias, as amostras de maionese e queijo cremoso, com os filmes CF_5%_1Y irradiados, mantiveram a preservação das matrizes alimentares, obtendo-se concentrações microbianas constantes, entre 1,7 e 1,8 log UFC/g, enquanto os controles apresentaram incrementos de contaminação, atingindo cerca de 4,3 log UFC/g na maionese e 2,3 log UFC/g no queijo. Estes resultados demonstram a eficácia da funcionalização e a manutenção da fotoatividade, corroborando o desenvolvimento de filmes estáveis, vi eficientes e sustentáveis, com propriedades antimicrobianas, a nível de descontaminação e preservação de alimentos, oferecendo um caminho ecologicamente correto. | por |
| dc.identifier.tid | 204066301 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10198/35190 | |
| dc.language.iso | eng | |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ | |
| dc.subject | aPDI | |
| dc.subject | Blue LED | |
| dc.subject | Curcumin | |
| dc.subject | food safety | |
| dc.subject | Photoactive films | |
| dc.subject | Solid dispersions. | |
| dc.title | Development of functional films based on antimicrobial photodynamic inactivation | |
| dc.type | master thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| thesis.degree.name | Dissertação de mestrado em Engenharia Química |