Antioxidant polylactic acid (PLA) films containing rice straw extracts for active food packaging applications

Abstract

Rice straw is a residue produced in the agricultural industry, whose management and revaluation are of technological interest. In the present study, films of biodegradable polylactic acid (PLA), were made incorporating rice straw extract for active food packaging, with the aim of, firstly, to observe if the properties of the films change after the incorporation of the active extract, and secondly observe the antioxidant activity that these have on different food simulants. To achieve the objective, the mechanical, thermal, optical and permeability properties of the active films were measured and analyzed. In addition, the phenolic content of the simulants in contact with the films as function of time and the antioxidant capacity of the films were examined. Observable changes in appearance of films were noticed as extract was incorporated, particularly a more brown-yellowish color was acquired. Although tensile strength and extensibility values decreased as extract concentration increased, the elastic modulus increased. In addition, there was a slight and not so significant decrease in barrier properties to oxygen and water vapor. There wasn’t a drastic change in glass transition (Tg) values of the films by the extract incorporation. Finally, the extraction method used (combined ultrasound and reflux heating in water) gave rise to a rice straw extract with high phenolic content (37.1 mg GAE/ g freeze-dried extract) and a high antioxidant capacity. Likewise, the compound release to the simulants tested provide them with positive values of phenolic content and antioxidant activity. The attained results support that the films proposed are a potential material for use in food packaging which, in addition to act as a physical barrier for protection of the integrity of the foodstuff, can increase the shelf-life of products, limiting oxidation reactions. Thus, this study contributes to attend the two main problems existing nowadays: the reduction of the environmental problem associated to the single-use plastics and valorisation of food waste in developed countries.

La paja de arroz es un residuo producido en la industria agrícola, cuya gestión y revalorización son de interés tecnológico. En el presente estudio se realizaron películas de ácido poliláctico biodegradable (PLA) incorporando extracto de paja de arroz para envasado activo de alimentos, con el objetivo de, en primer lugar, observar si las propiedades de las películas cambian tras la incorporación del extracto activo, y en segundo lugar, observar la actividad antioxidante que estos tienen sobre diferentes simulantes de alimentos. Para lograr el objetivo, se midieron y analizaron las propiedades mecánicas, térmicas, ópticas y de permeabilidad de las películas activas. Además, se examinó el contenido fenólico de los simulantes en contacto con las películas en función del tiempo y la capacidad antioxidante de las películas. Se notaron cambios observables en la apariencia de las películas a medida que se incorporó el extracto, particularmente se adquirió un color más marrón-amarillento. Aunque los valores de resistencia a la tracción y extensibilidad disminuyeron a medida que aumentaba la concentración del extracto, el módulo de elasticidad aumentó. Además, hubo una disminución leve y no tan significativa de las propiedades de barrera al oxígeno y al vapor de agua. No hubo un cambio drástico en los valores de transición vítrea (Tg) de las películas por la incorporación del extracto. Finalmente, el método de extracción utilizado (ultrasonido combinado y calentamiento por reflujo en agua) dio lugar a un extracto de paja de arroz con alto contenido fenólico (37,1 mg GAE / g extracto liofilizado) y alta capacidad antioxidante. Asimismo, la liberación de compuestos a los simulantes ensayados les proporciona valores positivos de contenido fenólico y actividad antioxidante. Los resultados obtenidos avalan que las películas propuestas son un material potencial para uso en el envasado de alimentos que, además de actuar como barrera física para la protección de la integridad del alimento, puede aumentar la vida útil de los productos, limitando las reacciones de oxidación. Así, este estudio contribuye a atender los dos principales problemas existentes en la actualidad: la reducción del problema medioambiental asociado a los plásticos de un solo uso y la valorización de los residuos alimentarios en los países desarrollados.