funcionalizada com prata por pulverização catódica · 2020. 12. 18. · presença de prata. os...

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32 Superfície de aço inoxidável funcionalizada com prata por pulverização catódica Fernanda Toloi Torqueti UFTM Gabriela Lino Freitas UFTM Deusmaque Carneiro Ferreira UFTM Rogério Valentim Gelamo UFTM Letícia Dias dos Anjos Gonçalves UFTM Lucas Donizete Silva UFU Vitor Tomaz Guimarães Naves UFTM Emiliane Andrade Araújo Naves UFTM 10.37885/201102177

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Page 1: funcionalizada com prata por pulverização catódica · 2020. 12. 18. · presença de prata. Os resultados de adesão bacteriana mostraram que houve menor número de células aderidas

ldquo32

Superfiacutecie de accedilo inoxidaacutevel funcionalizada com prata por pulverizaccedilatildeo catoacutedica

Fernanda Toloi TorquetiUFTM

Gabriela Lino FreitasUFTM

Deusmaque Carneiro FerreiraUFTM

Rogeacuterio Valentim GelamoUFTM

Letiacutecia Dias dos Anjos GonccedilalvesUFTM

Lucas Donizete SilvaUFU

Vitor Tomaz Guimaratildees NavesUFTM

Emiliane Andrade Arauacutejo NavesUFTM

1037885201102177

Palavras-chave Adesatildeo Prata Sputtering Voltametria Ciacuteclica

RESUMO

Superfiacutecies antiaderentes com aquelas depositadas com nano camadas de prata tem sido aplicada para prevenir a formaccedilatildeo de biofilmes bacterianos em diferentes superfiacutecies Nesse contexto o estudo objetivou funcionalizar a superfiacutecie de accedilo inoxidaacutevel com prata e avaliar a capacidade antimicrobiana dessa superfiacutecie sobre bacteacuterias patogecircnicas Para tanto substratos de accedilo inoxidaacutevel AISI 304 foram utilizados com e sem a presenccedila de filmes finos de prata e expostos agrave presenccedila de Escherichia coli e Staphylococcus au-reus Os materiais foram tambeacutem analisados com auxiacutelio do goniocircmetro para investigar a energia de superfiacutecies por Microscopia de Forccedila Atocircmica (AFM) para caracterizar as superfiacutecies quanto agrave sua morfologia e por Voltametria ciacuteclica para comprovaccedilatildeo da presenccedila de prata Os resultados de adesatildeo bacteriana mostraram que houve menor nuacutemero de ceacutelulas aderidas de S aureus na superfiacutecie de accedilo inoxidaacutevel funcionalizada quando comparado agrave E coli O uso de AFM permitiu a medida da espessura do filme de prata depositado que foi de 31 nm As superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel tanto controle como as funcionalizadas com a prata foram consideradas hidrofoacutebicas No entanto eacute possiacutevel afirmar que o tratamento das superfiacutecies de accedilo com prata contribuiu para o aumento da hidrofobicidade das superfiacutecies Com o auxiacutelio da voltametria ciacuteclica observou-se que houve modificaccedilatildeo na superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulveri-zaccedilatildeo catoacutedica com prata comprovando que a prata ficou depositada sobre a superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 443

INTRODUCcedilAtildeO

A seguranccedila alimentar estaacute relacionada com a capacidade de promover de modo eficaz a produccedilatildeo e a importaccedilatildeo de produtos seguros e de alta qualidade O controle de cada paiacutes sobre a mesma eacute um dos principais componentes decisivos para a seguranccedila econocircmica visto que a ocorrecircncia de doenccedilas provocadas por alimentos contaminados pode proporcionar um impacto econocircmico significante (Chorna Yanushkevych ampAfanasieva 2018)

A induacutestria de alimentos deve atuar sempre de forma preventiva para atenuar o risco de adesatildeo microbiana nas superfiacutecies processadoras de alimentos e reduzir a formaccedilatildeo de biofilmes jaacute que esses podem contaminar os alimentos poacutes-processo e conduzir agrave ocorrecircn-cia de surtos de origem alimentar (Juacutenior et al 2018) Aleacutem disso a formaccedilatildeo de biofilmes para a induacutestria de alimentos pode causar vaacuterios problemas como prejuiacutezo do processo de cloraccedilatildeo da aacutegua diminuiccedilatildeo da transferecircncia de energia na forma de calor em trocadores de calor reduccedilatildeo do fluxo em tubulaccedilotildees e aumento do risco de corrosatildeo dos equipamentos (Li et al 2019)

Para se evitar esses problemas a etapa de sanitizaccedilatildeo eacute de fundamental importacircncia e visa eliminar os micro-organismos patogecircnicos e reduzir os alteradores a niacuteveis conside-rados seguros (Andrade 2008) A sanitizaccedilatildeo mais empregada na induacutestria de alimentos eacute a adiccedilatildeo dos compostos clorados inorgacircnicos No entanto essa cloraccedilatildeo pode possibilitar a hipercloraccedilatildeo da aacutegua residual que associada ao alto conteuacutedo de carbono orgacircnico pode resultar em concentraccedilotildees elevadas de trihalometanos e outros subprodutos da sanitiza-ccedilatildeo os quais satildeo prejudiciais ao organismo humano (Tsagkari amp Sloan 2019 Hernaacutendez-Pimentel et al 2020)

Aleacutem dos efeitos ao organismo humano a formaccedilatildeo desses compostos clorados tem sido alvo tambeacutem de preocupaccedilatildeo ambiental visto que podem proporcionar um desequiliacutebrio dos ecossistemas alterar a oxigenaccedilatildeo da aacutegua e poluir rios lagos e mares Portanto tor-na-se evidente a necessidade de utilizaccedilatildeo de novos agentes antimicrobianos para reduccedilatildeo da carga microbiana de superfiacutecies de processamento de alimentos (Floriano 2017) Assim fica evidente a necessidade de pesquisar alternativas eficientes do ponto de vista tecnoloacutegico e econocircmico para reduccedilatildeo da adesatildeo microbiana sem causar efeitos deleteacuterios agrave sauacutede humana e ao meio ambiente (Oumllmez amp Kretzschmar 2009)

Nessa perspectiva materiais com novas propriedades tecircm sido criado e aplicado em diversos campos como o uso da prata na medicina para reduzir infecccedilotildees bem como pre-venir a formaccedilatildeo de biofilmes bacterianos em superfiacutecies de proacuteteses cateteres materiais odontoloacutegicos e na induacutestria de alimentos em superfiacutecies de processamento (Wei et al 2015 Abeleda et al 2020 Takamiya et al 2021) Essas superfiacutecies funcionalizadas por compostos policatiocircnicos como os iacuteons de prata satildeo capazes de penetrar na parede celular bacteriana e ter um efeito antimicrobiano (Shrestha amp Kishen 2016 Baptista et al 2018)

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1444

O motivo fundamental da maioria das aplicaccedilotildees de coberturas antimicrobianas eacute a promessa de materiais com funcionalidades melhoradas e uma possiacutevel reduccedilatildeo do uso de substacircncias quiacutemicas cloradas que satildeo prejudiciais agrave sauacutede humana e a qualidade ambiental (Chaudhryet al 2010) Esse motivo torna-se de grande importacircncia na aacuterea de alimentos uma vez que uma superfiacutecie funcionalizada com antimicrobiano a base de prata pode reduzir o uso de sanitizantes quiacutemicos na segunda etapa do processo de higienizaccedilatildeo

OBJETIVO

Funcionalizar a superfiacutecie de accedilo inoxidaacutevel com prata por sputtering e avaliar a capa-cidade antimicrobiana dessa superfiacutecie sobre bacteacuterias patogecircnicas Para tanto substratos de accedilo inoxidaacutevel AISI 304 foram utilizados com e sem a presenccedila de filmes finos de prata e expostos agrave presenccedila de Escherichia coli e Staphylococcus aureus Os materiais foram tambeacutem analisados com auxiacutelio do goniocircmetro para investigar a energia de superfiacutecies por Microscopia de Forccedila Atocircmica para caracterizar as superfiacutecies quanto agrave sua morfologia e por Voltametria ciacuteclica para comprovaccedilatildeo da presenccedila de prata

MEacuteTODOS

As superfiacutecies utilizadas para a adesatildeo das ceacutelulas bacterianas foram cupons de accedilo inoxidaacutevel austeniacutetico AISI 304 com dimensotildees de 10 x 10 x 1 mm Os cupons foram doados pela empresa APERAM Ltda

Preparo dos cupons de accedilo inoxidaacutevel

Inicialmente as superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel AISI 304 foram higienizadas por imersatildeo em detergente neutro durante 1 h enxaguadas com aacutegua destilada esterilizada secas e limpas com aacutelcool 70 (vv) Apoacutes a higienizaccedilatildeo os cupons foram novamente lavados com aacutegua destilada esterilizada secos por 2 h a 60 ordmC e autoclavados a 121 ordmC por 15 minutos

Funcionalizaccedilatildeo das superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel com prata

Os filmes de prata foram depositados sobre os cupons de accedilo inoxidaacutevel pela teacutecnica de sputteting (Machuno et al 2016) A fim de obter filmes de alta qualidade prata (Ag) padratildeo de 2 polegadas de diacircmetro e 999 de pureza adquirido de Kurt Lesker foi usada em uma cacircmara a 0006 mTorr de pressatildeo residual A deposiccedilatildeo foi realizada em Argocircnio (9999) a 50 mTorr durante 2 minutos e resultou em filmes com excelente aspecto visual

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 445

Medida da espessura do filme de prata depositado sobre os cupons de accedilo inoxidaacutevel

A microscopia de forccedila atocircmica foi utilizada para medir a espessura do filme de prata depositado sobre os cupons de accedilo inoxidaacutevel O equipamento utilizado foi Microscoacutepio Shimadzu SPM 9700 as medidas foram realizadas no modo dinacircmico atraveacutes de cantilever de siliacutecio (Si) fornecido pela empresa NT-MDT As imagens foram tratadas de modo a se obter as espessuras e rugosidades das superfiacutecies com o software Gwyddion

Efeito antimicrobiano das superfiacutecies funcionalizadas com prata

Estirpes de Escherichia coli (ATCC 11229) e de Staphylococcus aureus (ATCC 6538) foram ativadas duas vezes em caldo BHI e incubados de 18-24 h em estufa a 36 plusmn 1deg C A seguir os cupons funcionalizados com prata e controle (sem revestimento) previamente higienizados foram adicionados em tubos falcon contendo caldo BHI Em cada tubo foi acrescentado 1 mL da cultura bacteriana de E coli e de Saureus Os tubos foram incubados sob agitaccedilatildeo de 120 rpm a 37 ordmC para S aureus e para Ecoli por 72 h sendo que a cada 24 h o meio era trocado Em seguida os cupons foram removidos e lavados com tampatildeo fosfato salino (PBS pH 74 01 M) esterilizado removendo-se assim as ceacutelulas natildeo aderidas (Marques 2005) Na sequecircncia os cupons foram imersos no tampatildeo fosfato salino com a finalidade de remover as ceacutelulas seacutesseis por meio de agitaccedilatildeo em vortex (Velp Scientifica) durante 1 min Diluiccedilotildees foram preparadas a partir deste uacuteltimo tampatildeo e aliacutequotas foram plaqueadas em aacutegar padratildeo para contagem (PCA) determinando-se o nuacutemero de unidades formadoras de colocircnias por centiacutemetro quadrado (UFCcmndash2) aplicando a equaccedilatildeo 1 Todo o procedimento foi realizado em duplicata sendo trecircs repeticcedilotildees

Contagem UFC cmC VV A

R

A

2

(1)

Em que C meacutedia do nuacutemero de unidades formadoras de colocircnias (UFC) VR Volume usado na rinsagem (mL) VA Volume usado no plaqueamento (mL) A aacuterea do cupom (cmsup2)

Voltametria ciacuteclica

Para a anaacutelise dos efeitos da deposiccedilatildeo de prata nas superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel (eletrodo de trabalho) foi empregada a voltametria ciacuteclica utilizando como eletroacutelito su-porte a soluccedilatildeo aquosa de KOH 01 molLndash1 eletrodo de referecircncia foi o AgAgCl em KCl 3 molLndash1 e o contra eletrodo foi o de platina aacuterea geomeacutetrica de 2 cm2O potenciostato utili-zado na aplicaccedilatildeo das teacutecnicas voltameacutetricas foi o CH Instruments modelo 760C Metrohm Autolab Nova 20

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1446

Detecccedilatildeo de resiacuteduos de prata em leite integral e leite desnatado

Com o objetivo de observar a lixiviaccedilatildeo da prata para o alimento utilizaram-se amos-tras de leite integral UHT e leite desnatado UHT em contato com cupons de accedilo inoxidaacutevel funcionalizados com prata A imersatildeo dos cupons com o leite ocorreu durante 48 horas de acordo com a metodologia adaptada Brasil (1998) Apoacutes o contato a quantificaccedilatildeo dos iacuteons prata (Ag+) nas amostras de leite foi realizada pelo meacutetodo da voltametria de redissoluccedilatildeo anoacutedica (RileyampWatson 1987)

Simulaccedilatildeo de limpeza CIP

A simulaccedilatildeo da limpeza CIP foi realizada para observar a estabilidade da prata na superfiacutecie funcionalizada apoacutes o contato com os detergentes de limpeza Desta forma o experimento foi conduzindo simulando 06 meses de limpeza CIP com uso de hidroacutexido de soacutedio 15 (mv)(Vetec Quiacutemica Fina Ltda) agrave 80 deg C e aacutecido niacutetrico (SIGMA-ALDRICH) a 05 (vv) agrave 70 degC (Andrade 2008) Para perfazer o tempo de 06 meses cupons higieniza-dos foram colocados em imersatildeo no hidroacutexido de soacutedio (NaOH) por 42 horas e imersos em aacutecido niacutetrico (HNO3) por 6 horas Apoacutes a exposiccedilatildeo os cupons foram enxaguados com aacutegua destilada por 5 minutos e conduzidos para anaacutelise por voltametria ciacuteclica (item 25) A esta-bilidade da prata na superfiacutecie do accedilo inoxidaacutevel foi avaliada a partir da sobreposiccedilatildeo dos voltamogramas ciacuteclicos dos cupons funcionalizados e natildeo funcionalizados antes e apoacutes a simulaccedilatildeo da limpeza CIP

Medida da hidrofobicidade do cupom

Os acircngulos de contato das amostras de cupom de accedilo inoxidaacutevel controle e funcio-nalizados foram medidos por meio da gota seacutessil com auxiacutelio do equipamento goniocircmetro Trecircs liacutequidos com polaridades diferentes foram usados (aacutegua destilada formamida (PA) e α-bromonaphthaleno (PA) para o caacutelculo da energia da superfiacutecie

Determinaccedilatildeo da energia livre de interaccedilatildeo e da variaccedilatildeo da energia livre de adesatildeo

Para o caacutelculo da variaccedilatildeo da energia de interaccedilatildeo hidrofoacutebica aplicou-se a teoria dos componentes de tensatildeo interfacial (VAN OSS 1994) Apoacutes as aproximaccedilotildees das equaccedilotildees envolvidas na teoria a energia da superfiacutecie (ys) seja ela da bacteacuteria ou das superfiacutecies de processamento de alimentos resultou da combinaccedilatildeo de trecircs contribuiccedilotildees (equaccedilatildeo 2)

(2)

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 447

Em que γLW representa o componente da interaccedilatildeo de Lifshit-van der Waals γ+ refere-se ao componente da interaccedilatildeo de aacutecido de Lewis e γndash eacute o componente da interaccedilatildeo da base de Lewis Aplicando uma gota de um liquido no equiliacutebrio com a superfiacutecie os componentes γs

LW γs+ e γs

ndash foram calculados (Equaccedilatildeo 3) usando as medidas do acircngulo de contato

(3)

Em que eacute a tensatildeo superficial do liquido usado na medida eacute o acircngulo de con-tato medido e S e l indicam superfiacutecie e liacutequido respectivamente Para determinar esses componentes da energia livre da superfiacutecie γs

LW e os paracircmetros γs+ e γs

ndash de uma superfiacutecie foi medido o acircngulo de contato de pelo menos trecircs liacutequidos com conhecidos componentes de tensatildeo interfacial (γs

LW γs+ e γs

ndash )A energia livre de adesatildeo (∆Gadhesion) foi calculada com base nas medidas do acircngulo

de contato e nos valores dos componentes das tensotildees interfaciais obtendo os valores para ∆Gbls

LW e∆GblsAB

Delineamento experimental

O delineamento para o experimento foi inteiramente casualizado A contagem das bacteacuterias nos cupons foi expressa como Log de UFC cmndash2 Os dados foram analisados por meio da Anaacutelise de Variacircncia (ANOVA) e as meacutedias foram comparadas usando teste Tukey a 5 de probabilidade O experimento foi realizado em trecircs repeticcedilotildees As anaacutelises foram feitas com auxiacutelio do software estatiacutestico STATISTICAversatildeo 80

RESULTADOS

As morfologias representativas das superfiacutecies do accedilo controle (sem filme) e do accedilo recoberto com filme de prata satildeo mostradas na Figura 1 Uma anaacutelise criteriosa envolveu a estimativa de rugosidade meacutedia em medidas feitas por AFM em diversos pontos da superfiacute-cie das amostras e resultou nos valores de 66 plusmn 256 nm e 128 plusmn 57 nm para as amostras controle e recobertas com filme de prata respectivamente indicando que o depoacutesito de prata contribui para uma superfiacutecie mais rugosa O uso de AFM permitiu ainda a medida da espessura do filme de prata que neste caso foi de 31 nm

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1448

Figura 1 Imagem topograacutefica obtida por AFM para o substrato de Accedilo inox controle (a) e para accedilo recoberto com filme de prata (b)

A Tabela 1 apresenta os resultados de adesatildeo bacteriana em cupons de accedilo inoxidaacutevel funcionalizados com prata

Tabela 1 Meacutedia do Log do nuacutemero de ceacutelulas aderidas (UFCcm2) de Escherichia coli e Staphylococcus aureus em superfiacutecies funcionalizadas com prata

Tratamentos CupomControle

CupomPrata Reduccedilatildeo Decimal

Adesatildeo de E coli 699a 606a 093

Adesatildeo de S aureus 741a 593b 177

Meacutedias seguidas por letras iguais na mesma coluna natildeo diferem entre si pelo teste Tukey (p lt 005)

Jaacute a Tabela 2 apresenta os resultados da variaccedilatildeo da energia livre da interaccedilatildeo hidro-foacutebica ( TOT

sasG∆ ) obtida por meio dos valores dos acircngulos de contato

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 449

Tabela 2 Valores dos componentes apolares (∆GsasLW) e polares (∆Gsas

AB) da energia livre total de interaccedilatildeo das superfiacutecies funcionalizadas de accedilo inoxidaacutevel

Superfiacutecies ∆GsasLW (mJm2) ∆Gsas

AB (mJm2) TOTsasG∆

(mJm2)

Accedilo inoxidaacutevel controle -234098 -18549 -20889a

Accedilo inoxidaacutevel prata -12713 -365716 -49284b

Meacutedias seguidas por letras iguais na mesma coluna natildeo diferem entre si pelo teste Tukey (p lt 005)

Quanto ao estudo de voltametria ciacuteclica sabe-se que os cupons de accedilo inox devem apresentar respostas eletroquiacutemicas semelhantes para serem utilizados nos experimentos de deposiccedilatildeo de prata por pulverizaccedilatildeo catoacutedica A Figura 2 mostra o perfil eletroquiacutemico de dois cupons de accedilo em soluccedilatildeo aquosa de KOH 01 molLndash1

Figura 2 Voltametria ciacuteclica do accedilo inox em soluccedilatildeo aquosa de KOH 01 mol Lndash1Nuacutemero de ciclo = 1 v= 50 mV sndash1 janela de potencial -1 a + 1V

-10 -05 00 05 10

-0004

-0002

0000

0002

0004

0006

0008

Corre

nte

mA

Potencial V vs AgAgCl

cupom de accedilo sem prata cupom de accedilo sem prata

A Figura 3 mostra a regiatildeo de atividade eletroquiacutemica do cupom de accedilo funcionalizado com prata comparado com o cupom de accedilo natildeo funcionalizado com prata em soluccedilatildeo de KOH 01 molLndash1

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1450

Figura 3 Voltametria ciacuteclica dos cupons de accedilo inox natildeo funcionalizados com prata (-) e funcionalizados com prata (-) em soluccedilatildeo aquosa de KOH 01 mol Lndash1Nuacutemero de ciclo = 1 v= 50 mV sndash1 janela de potencial -1 a + 1V

-10 -05 00 05 10-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

Corre

nte

mA

Potencial V vs AgAgCl

cupom de accedilo sem prata cupom de accedilo com prata

A Figura 4 mostra a sobreposiccedilatildeo dos voltamogramas ciacuteclicos dos cupons de accedilo inox natildeo funcionalizados funcionalizados antes e apoacutes o tratamento com aacutecido niacutetrico e hidroacutexido de soacutedio (simulaccedilatildeo de limpeza CIP)

Figura 4 Voltamogramas ciacuteclicos do 1deg ciclo de varredura obtidos em soluccedilatildeo eletroliacutetica de KOH 01 mol Lndash1 v= 50 mV sndash1 janela de potencial -1 a + 1V para os cupons de accedilo inox natildeo funcionalizado (-) funcionalizados com prata (-) apoacutes

tratamento com HNO3 (-) e NaOH (-)

-10 -05 00 05 10

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

Corre

nte

mA

Potencial V vs AgAgCl

cupom natildeo funcionalizado cupom funcionalizado cupom funcionalizado trat HNO3

cupom funcionalizado trat NaOH

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 451

DISCUSSAtildeO

A fotomicrografia obtida por meio da microscopia de forccedila atocircmica da amostra contro-le permite observar a presenccedila de alguns precipitados que foram originados no processo de obtenccedilatildeo da liga de accedilo (Figura 1a) Alguns riscos satildeo tambeacutem observados e podem ter sua origem no processo de limpeza mecacircnica ou mesmo no processo de laminaccedilatildeo da liga de accedilo Jaacute a amostra recoberta com filme de prata (Figura 1b) apresentou uma ligeira mudanccedila na superfiacutecie com a presenccedila de aglomerados sobre a superfiacutecie que satildeo devido ao processo de nucleaccedilatildeo na fase de vapor efeito comum no processo de deposiccedilatildeo por sputtering (Machuno et al 2016)

Os resultados de adesatildeo bacteriana em cupons de accedilo inoxidaacutevel funcionalizados com prata apresentados na Tabela 1 mostraram que houve menor nuacutemero de ceacutelulas aderidas de S aureus na superfiacutecie de accedilo inoxidaacutevel quando comparado agrave E coli Outros trabalhos relatam resultado diferente do observado nesse estudo sendo as bacteacuterias Gram-negativas mais susceptiacuteveis agrave accedilatildeo da prata e as Gram-positivas menos susceptiacuteveis sugerindo um efeito protetor promovido pela camada mais espessa de peptideoglicano nas Gram-positivas (Zilio et al 2020 Ji et al 2020)

Alguns mecanismos de accedilatildeo de iacuteons Ag+ sobre micro-organismos tecircm sido propostos como a possibilidade de ligaccedilatildeo extracelular ou precipitaccedilatildeo do referido iacuteon na parede e membrana celular (Franci et al 2015) O iacuteon Ag+ poderaacute interagir com proteiacutenas celulares incluindo enzimas levando agrave inativaccedilatildeo das proteiacutenas provocando a letalidade das ceacutelulas (Gomaa 2017) Outra accedilatildeo proposta refere-se agrave interaccedilatildeo do iacuteon Ag+ com o aacutecido desoxir-ribonucleacuteico (DNA) por meio de deslocamento das ligaccedilotildees de hidrogecircnio entre as bases puriacutenicas e pirimidiacutenicas impedindo sua replicaccedilatildeo Por uacuteltimo eacute tambeacutem aceito que o iacuteon Ag+ se liga a grupos doadores de eleacutetrons como aminas hidroxilas e fosfatos que contecircm nitrogecircnio oxigecircnio e enxofre (Deng et al 2015) Dentre os mecanismos foram relatados como os principais os danos diretos na membrana celular e a geraccedilatildeo de espeacutecies reativas de oxigecircnio pelos iacuteons de prata (Ontong et al 2020)

Assim a espeacutecie do micro-organismo em contato com a prata eacute de grande importacircncia no mecanismo de reaccedilatildeo envolvida As bacteacuterias satildeo classificadas em Gram-positivas ou Gram-negativas em funccedilatildeo da diferenccedila na arquitetura da parede celular Considerando as bacteacuterias desse estudo tem-se Ecoli como Gram-negativa e S aureus como Gram-positiva A parede celular de Gram-positiva consiste de uma camada espessa de pepti-deoglicano (~30 nm) enquanto a parede celular da Gram-negativa apresenta estrutura e composiccedilatildeo da membrana mais complexa Na Gram-negativa a camada de peptideoglicano eacute mais fina (~10 nm) e a superfiacutecie externa da ceacutelula possui uma membrana consistindo de proteiacutenas lipopolissacariacutedeos e fosfolipiacutedeos (Ubbink e Schar-zammaretti 2007 Beveridge

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1452

1999) A superfiacutecie do peptideoglicano de bacteacuteria Gram-positiva eacute coberta principalmen-te por polissacariacutedeos neutros e aacutecidos grande nuacutemero de diferentes proteiacutenas e aacutecidos teicoicos (Jefferson 2004)

Dessa forma a interaccedilatildeo do iacuteon Ag+ para a reduccedilatildeo da carga microbiana pode ter ocorrido com os grupos carboxil e fosforil os quais conferem agrave superfiacutecie celular uma den-sidade de carga negativa De acordo com Langley amp Beveridge (1999) quando a superfiacutecie celular estaacute em contato direto com o ambiente os grupos carregados dentro da camada da superfiacutecie satildeo capazes de interagir com os iacuteons ou moleacuteculas carregadas presentes no meio externo Portanto os caacutetions podem tornar-se atraiacutedos eletrostaticamente e ligarem-se na superfiacutecie celular Os locais responsaacuteveis pela ligaccedilatildeo com metais no micro-organismo satildeo provavelmente nestes grupos carboxil dentro do peptideoglicano assim como nos grupos fosforil de aacutecidos teicoicos e teicurocircnicos presentes nas superfiacutecies bacterianas (Katsikogianni amp Missirlis 2004)

Trabalho semelhante na literatura foi realizado mas com implantaccedilatildeo de outros iacuteons Os autores Zhao et al (2008) implantaram os iacuteons +++

3 SiFON na superfiacutecie do accedilo inoxidaacutevel De acordo com os pesquisadores os iacuteons implantados tornam a superfiacutecie me-nos atrativa para a bacteacuteria afetando o processo de adesatildeo e isso eacute possiacutevel em razatildeo da implantaccedilatildeo do iacuteon reduzir a energia livre da superfiacutecie Neste estudo a dose e a energia de implantaccedilatildeo dos iacuteons foram de 1016 iacuteonscm2 e 30 KeV respectivamente Os autores tambeacutem observaram que a superfiacutecie com a presenccedila do iacuteon +

3SiF apresentou a melhor reduccedilatildeo da adesatildeo bacteriana Neste estudo a adesatildeo bacteriana reduziu com a diminuiccedilatildeo da energia da superfiacutecie As superfiacutecies com iacuteons implantados apresentaram melhores resultados que as superfiacutecies controle quanto agrave adesatildeo Os autores concluiacuteram que a superfiacutecie de accedilo inoxidaacutevel com +

3SiF pode exercer importante funccedilatildeo na reduccedilatildeo de ceacutelulas aderidasNovello (2012) avaliou a capacidade de adesatildeo de Listeria monocytogenes CECT

4031 T em superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel austeniacutetico AISI 304 implantadas com iacuteons Ag+ com energias de 70 e 200 keV Os autores observaram que a energia de implantaccedilatildeo influenciou a eficiecircncia antimicrobiana sendo que o melhor resultado para a superfiacutecie de accedilo AISI 304 foi com a implantaccedilatildeo em que se aplicou 70 keV Nessa superfiacutecie houve reduccedilatildeo de mais de dois ciclos log enquanto que na superfiacutecie com energia de 200 keV a adesatildeo natildeo diferiu da superfiacutecie controle

A meacutedia da reduccedilatildeo microbiana alcanccedilada nesse estudo para as duas bacteacuterias foi de 135 reduccedilotildees logariacutetmicas essa reduccedilatildeo natildeo caracteriza a superfiacutecie como sanitizante ou seja natildeo se pode afirmar que a superfiacutecie funcionalizada eacute alternativa ao uso do cloro Pode-se inferir que a funcionalizaccedilatildeo da superfiacutecie pode contribuir para menor adesatildeo de ceacutelulas microbianas e consequentemente pode diminuir o risco de contaminaccedilatildeo dos alimentos que

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 453

entrarem em contato com a superfiacutecie funcionalizada Ademais considerando a reduccedilatildeo meacutedia de 135 ciclos logariacutetmicos pode-se optar pelo uso de um sanitizante diferente dos clorados inorgacircnicos para complementar a eficiecircncia da etapa de sanitizaccedilatildeo obtendo-se um sinergismo positivo reduzindo tambeacutem a possibilidade de formaccedilatildeo de trihalometanos

Zilio et al (2020) observaram a presenccedila de prata nas superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel AISI 304 a uma profundidade de ateacute 5 nm da superfiacutecie e a concentraccedilatildeo mais alta foi de aproximadamente 17 nm de profundidade quando a prata foi aplicada com energia de 2 keV Novello (2012) observou a presenccedila de prata nas superfiacutecies de estudo (accedilo inoxidaacutevel AISI 304) a uma profundidade de 25 nm quando a prata foi aplicada com energia de 200 keV e de 15 nm quando aplicada com energia de 70 keV Tendo em vista que o bombardeamento proposto por Novello (2012) eacute obtido com teacutecnicas de maior complexidade que inviabilizam sua aplicaccedilatildeo em larga escala o meacutetodo aqui proposto utilizando sputtering teacutecnica propiacutecia e reconhecida para a deposiccedilatildeo de filmes em grandes aacutereas e quantidades (Machuno et al 2016) viabiliza assim o processo industrialmente

A partir de Tabela 2 eacute possiacutevel verificar que as s superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel tanto controle como as funcionalizadas com a prata foram consideradas hidrofoacutebicas por apresen-tarem o valor TOT

sasG∆ negativo Aleacutem disso verificou-se que houve diferenccedila (p lt 005) entre os valores de TOT

sasG∆ encontrados paras as superfiacutecies funcionalizadas quando comparadas agraves superfiacutecies controles sendo possiacutevel afirmar que o tratamento das superfiacutecies de accedilo com prata contribuiu para o aumento da hidrofobicidade das superfiacutecies O aumento no valor da hidrofobicidade proveniente da funcionalizaccedilatildeo da superfiacutecie com prata pode ser justificado pela reduccedilatildeo na energia potencial de solvataccedilatildeo quando se tem prata iocircnica interagindo com a aacutegua Nessa interaccedilatildeo o maior raio de interaccedilatildeo do iacuteon (Ag+) com a moleacutecula de aacutegua ocasiona a reduccedilatildeo na energia potencial da interaccedilatildeo iacuteon-dipolo (Equaccedilatildeo 4) e consequen-temente no aumento da hidrofobicidade (Atkinsamp Jones 2006)

EZrp | |

2 (4)

Em que Ep significa a energia potencial de solvataccedilatildeo Z a carga do iacuteon μ o momento de dipolo eleacutetrico da moleacutecula polar (H2O) r eacute o raio de hidrataccedilatildeo do iacuteon (Ag+)

O paracircmetro ΔGTOT calculado expressou a variaccedilatildeo da energia livre de interaccedilatildeo in-terfacial entre as moleacuteculas do material imersas em aacutegua e eacute a mais apropriada medida da hidrofobicidade sendo considerado um criteacuterio quantitativo Esse criteacuterio quantitativo define a superfiacutecie quanto agrave hidrofobicidade de forma eficiente uma vez que leva em consideraccedilatildeo as interaccedilotildees do tipo van der Waals interaccedilotildees eletrostaacuteticas aleacutem das forccedilas de interaccedilatildeo de caraacuteter polar podendo estas ser atrativas ou repulsivas

Essas superfiacutecies funcionalizadas com antimicrobianos satildeo promissoras para uso na induacutestria de alimentos uma vez que a adesatildeo e a formaccedilatildeo de biofilme podem reduzir a

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eficiecircncia de transferecircncia de energia na forma de calor em trocadores teacutermicos diminuir o fluxo em tubulaccedilotildees desencadear processos corrosivos e principalmente se tornarem fontes de contaminaccedilatildeo microbiana Sob o aspecto microbioloacutegico a adesatildeo pode consti-tuir-se de micro-organismos alteradores eou patogecircnicos que resultam em seacuterios proble-mas de higiene de sauacutede puacuteblica ou de ordem econocircmica (Beech 2004 Masaaki 2006 Arauacutejo et al 2010)

Quanto ao estudo de voltametria ciacuteclica a anaacutelise conjunta dos VC a partir da Figura 2 mostrou que os picos de corrente anoacutedicos satildeo semelhantes para os dois cupons de accedilo inox sem prata aacuterea eletroativa com boa reprodutibilidade A partir dos VC (Figura 2) observa-se que no primeiro ciclo (varredura direta) ocorre a oxidaccedilatildeo do ferro (elemento majoritaacuterio da composiccedilatildeo quiacutemica do accedilo inoxidaacutevel austeniacutetico AISI 304) em potencial de + 050 V que se refere agrave formaccedilatildeo do iacuteon Fe2+ (Gentil 2007) Na varredura inversa desse mesmo ciclo natildeo foi possiacutevel identificar o aparecimento dos picos de reduccedilatildeo

Pode-se observar (Figura 3) que haacute modificaccedilatildeo na superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica com prata Verifica-se que no primeiro ciclo (varredura direta) ocorre a oxidaccedilatildeo do ferro (+05V) jaacute na varredura inversa desse mesmo ciclo aparecem picos alongados de reduccedilatildeo (+ 025 a - 025V) que se referem a reduccedilatildeo dos materiais depositados na superfiacutecie do accedilo inox por pulverizaccedilatildeo catoacutedica iacuteons Ag+ e impurezas na superfiacutecie do cupom de accedilo

Os valores de corrente para o cupom de accedilo modificado satildeo diferentes dos valores de corrente para o cupom natildeo funcionalizado o que implica que a prata fica depositada sobre a superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica com au-mento (85) da aacuterea eletroativa do cupom de accedilo inox

Por fim observou-se tambeacutem que houve maior similaridade no comportamento eletro-quiacutemico entre os cupons de accedilo funcionalizados com filme de prata antes e apoacutes a simulaccedilatildeo da limpeza CIP em relaccedilatildeo ao cupom natildeo funcionalizado (Figura 4) Com isso verifica-se que natildeo houve lixiviaccedilatildeo da prata na simulaccedilatildeo de limpeza CIP Sendo assim a pulverizaccedilatildeo catoacutedica pode ser empregada na induacutestria de alimentos para depositar prata nas superfiacutecies de processamento de alimentos sem restriccedilatildeo em utilizar a limpeza CIP

Apoacutes o contato do cupom de accedilo funcionalizado com as amostras de leite integral UHT e leite desnatado UHT natildeo foi possiacutevel quantificar os iacuteons Ag+ uma vez que todas as anaacute-lises ficaram abaixo do limite de quantificaccedilatildeo (0002 μg Lndash1) da voltametria de redissoluccedilatildeo anoacutedica para anaacutelise de metais (RileyampWatson 1987)

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CONCLUSAtildeO CONSIDERACcedilOtildeES FINAIS

As amostras de accedilo inox foram eficientemente funcionalizadas com recobrimento de prata usando pulverizaccedilatildeo catoacutedica A funcionalizaccedilatildeo das superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel mostrou ser eficiente para reduccedilatildeo da carga microbiana aderida o que reduz o risco de poacutes-contaminaccedilatildeo de produtos na induacutestria de alimentos O recobrimento manteve as ca-racteriacutesticas morfoloacutegicas das superfiacutecies das amostras funcionalizadas Um ligeiro aumento na rugosidade meacutedia das amostras foi observado nas amostras funcionalizadas

Do ponto de vista eletroquiacutemico observou-se que houve modificaccedilatildeo na superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica ou seja a prata perma-neceu depositada sobre a superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulve-rizaccedilatildeo catoacutedica com aumento da aacuterea eletroativa do cupom de accedilo inox Os resultados portanto indicam o potencial do uso das amostras funcionalizadas com prata na induacutestria de alimentos a fim de reduzir a quantidade de cloro inorgacircnico aplicado comumente na etapa de sanitizaccedilatildeo Aleacutem disso o processo de pulverizaccedilatildeo catoacutedica pode ser usado em escala industrial reduzindo custos de produccedilatildeo uma vez que natildeo satildeo usados processos quiacutemicos nesse processo

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Page 2: funcionalizada com prata por pulverização catódica · 2020. 12. 18. · presença de prata. Os resultados de adesão bacteriana mostraram que houve menor número de células aderidas

Palavras-chave Adesatildeo Prata Sputtering Voltametria Ciacuteclica

RESUMO

Superfiacutecies antiaderentes com aquelas depositadas com nano camadas de prata tem sido aplicada para prevenir a formaccedilatildeo de biofilmes bacterianos em diferentes superfiacutecies Nesse contexto o estudo objetivou funcionalizar a superfiacutecie de accedilo inoxidaacutevel com prata e avaliar a capacidade antimicrobiana dessa superfiacutecie sobre bacteacuterias patogecircnicas Para tanto substratos de accedilo inoxidaacutevel AISI 304 foram utilizados com e sem a presenccedila de filmes finos de prata e expostos agrave presenccedila de Escherichia coli e Staphylococcus au-reus Os materiais foram tambeacutem analisados com auxiacutelio do goniocircmetro para investigar a energia de superfiacutecies por Microscopia de Forccedila Atocircmica (AFM) para caracterizar as superfiacutecies quanto agrave sua morfologia e por Voltametria ciacuteclica para comprovaccedilatildeo da presenccedila de prata Os resultados de adesatildeo bacteriana mostraram que houve menor nuacutemero de ceacutelulas aderidas de S aureus na superfiacutecie de accedilo inoxidaacutevel funcionalizada quando comparado agrave E coli O uso de AFM permitiu a medida da espessura do filme de prata depositado que foi de 31 nm As superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel tanto controle como as funcionalizadas com a prata foram consideradas hidrofoacutebicas No entanto eacute possiacutevel afirmar que o tratamento das superfiacutecies de accedilo com prata contribuiu para o aumento da hidrofobicidade das superfiacutecies Com o auxiacutelio da voltametria ciacuteclica observou-se que houve modificaccedilatildeo na superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulveri-zaccedilatildeo catoacutedica com prata comprovando que a prata ficou depositada sobre a superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 443

INTRODUCcedilAtildeO

A seguranccedila alimentar estaacute relacionada com a capacidade de promover de modo eficaz a produccedilatildeo e a importaccedilatildeo de produtos seguros e de alta qualidade O controle de cada paiacutes sobre a mesma eacute um dos principais componentes decisivos para a seguranccedila econocircmica visto que a ocorrecircncia de doenccedilas provocadas por alimentos contaminados pode proporcionar um impacto econocircmico significante (Chorna Yanushkevych ampAfanasieva 2018)

A induacutestria de alimentos deve atuar sempre de forma preventiva para atenuar o risco de adesatildeo microbiana nas superfiacutecies processadoras de alimentos e reduzir a formaccedilatildeo de biofilmes jaacute que esses podem contaminar os alimentos poacutes-processo e conduzir agrave ocorrecircn-cia de surtos de origem alimentar (Juacutenior et al 2018) Aleacutem disso a formaccedilatildeo de biofilmes para a induacutestria de alimentos pode causar vaacuterios problemas como prejuiacutezo do processo de cloraccedilatildeo da aacutegua diminuiccedilatildeo da transferecircncia de energia na forma de calor em trocadores de calor reduccedilatildeo do fluxo em tubulaccedilotildees e aumento do risco de corrosatildeo dos equipamentos (Li et al 2019)

Para se evitar esses problemas a etapa de sanitizaccedilatildeo eacute de fundamental importacircncia e visa eliminar os micro-organismos patogecircnicos e reduzir os alteradores a niacuteveis conside-rados seguros (Andrade 2008) A sanitizaccedilatildeo mais empregada na induacutestria de alimentos eacute a adiccedilatildeo dos compostos clorados inorgacircnicos No entanto essa cloraccedilatildeo pode possibilitar a hipercloraccedilatildeo da aacutegua residual que associada ao alto conteuacutedo de carbono orgacircnico pode resultar em concentraccedilotildees elevadas de trihalometanos e outros subprodutos da sanitiza-ccedilatildeo os quais satildeo prejudiciais ao organismo humano (Tsagkari amp Sloan 2019 Hernaacutendez-Pimentel et al 2020)

Aleacutem dos efeitos ao organismo humano a formaccedilatildeo desses compostos clorados tem sido alvo tambeacutem de preocupaccedilatildeo ambiental visto que podem proporcionar um desequiliacutebrio dos ecossistemas alterar a oxigenaccedilatildeo da aacutegua e poluir rios lagos e mares Portanto tor-na-se evidente a necessidade de utilizaccedilatildeo de novos agentes antimicrobianos para reduccedilatildeo da carga microbiana de superfiacutecies de processamento de alimentos (Floriano 2017) Assim fica evidente a necessidade de pesquisar alternativas eficientes do ponto de vista tecnoloacutegico e econocircmico para reduccedilatildeo da adesatildeo microbiana sem causar efeitos deleteacuterios agrave sauacutede humana e ao meio ambiente (Oumllmez amp Kretzschmar 2009)

Nessa perspectiva materiais com novas propriedades tecircm sido criado e aplicado em diversos campos como o uso da prata na medicina para reduzir infecccedilotildees bem como pre-venir a formaccedilatildeo de biofilmes bacterianos em superfiacutecies de proacuteteses cateteres materiais odontoloacutegicos e na induacutestria de alimentos em superfiacutecies de processamento (Wei et al 2015 Abeleda et al 2020 Takamiya et al 2021) Essas superfiacutecies funcionalizadas por compostos policatiocircnicos como os iacuteons de prata satildeo capazes de penetrar na parede celular bacteriana e ter um efeito antimicrobiano (Shrestha amp Kishen 2016 Baptista et al 2018)

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1444

O motivo fundamental da maioria das aplicaccedilotildees de coberturas antimicrobianas eacute a promessa de materiais com funcionalidades melhoradas e uma possiacutevel reduccedilatildeo do uso de substacircncias quiacutemicas cloradas que satildeo prejudiciais agrave sauacutede humana e a qualidade ambiental (Chaudhryet al 2010) Esse motivo torna-se de grande importacircncia na aacuterea de alimentos uma vez que uma superfiacutecie funcionalizada com antimicrobiano a base de prata pode reduzir o uso de sanitizantes quiacutemicos na segunda etapa do processo de higienizaccedilatildeo

OBJETIVO

Funcionalizar a superfiacutecie de accedilo inoxidaacutevel com prata por sputtering e avaliar a capa-cidade antimicrobiana dessa superfiacutecie sobre bacteacuterias patogecircnicas Para tanto substratos de accedilo inoxidaacutevel AISI 304 foram utilizados com e sem a presenccedila de filmes finos de prata e expostos agrave presenccedila de Escherichia coli e Staphylococcus aureus Os materiais foram tambeacutem analisados com auxiacutelio do goniocircmetro para investigar a energia de superfiacutecies por Microscopia de Forccedila Atocircmica para caracterizar as superfiacutecies quanto agrave sua morfologia e por Voltametria ciacuteclica para comprovaccedilatildeo da presenccedila de prata

MEacuteTODOS

As superfiacutecies utilizadas para a adesatildeo das ceacutelulas bacterianas foram cupons de accedilo inoxidaacutevel austeniacutetico AISI 304 com dimensotildees de 10 x 10 x 1 mm Os cupons foram doados pela empresa APERAM Ltda

Preparo dos cupons de accedilo inoxidaacutevel

Inicialmente as superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel AISI 304 foram higienizadas por imersatildeo em detergente neutro durante 1 h enxaguadas com aacutegua destilada esterilizada secas e limpas com aacutelcool 70 (vv) Apoacutes a higienizaccedilatildeo os cupons foram novamente lavados com aacutegua destilada esterilizada secos por 2 h a 60 ordmC e autoclavados a 121 ordmC por 15 minutos

Funcionalizaccedilatildeo das superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel com prata

Os filmes de prata foram depositados sobre os cupons de accedilo inoxidaacutevel pela teacutecnica de sputteting (Machuno et al 2016) A fim de obter filmes de alta qualidade prata (Ag) padratildeo de 2 polegadas de diacircmetro e 999 de pureza adquirido de Kurt Lesker foi usada em uma cacircmara a 0006 mTorr de pressatildeo residual A deposiccedilatildeo foi realizada em Argocircnio (9999) a 50 mTorr durante 2 minutos e resultou em filmes com excelente aspecto visual

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 445

Medida da espessura do filme de prata depositado sobre os cupons de accedilo inoxidaacutevel

A microscopia de forccedila atocircmica foi utilizada para medir a espessura do filme de prata depositado sobre os cupons de accedilo inoxidaacutevel O equipamento utilizado foi Microscoacutepio Shimadzu SPM 9700 as medidas foram realizadas no modo dinacircmico atraveacutes de cantilever de siliacutecio (Si) fornecido pela empresa NT-MDT As imagens foram tratadas de modo a se obter as espessuras e rugosidades das superfiacutecies com o software Gwyddion

Efeito antimicrobiano das superfiacutecies funcionalizadas com prata

Estirpes de Escherichia coli (ATCC 11229) e de Staphylococcus aureus (ATCC 6538) foram ativadas duas vezes em caldo BHI e incubados de 18-24 h em estufa a 36 plusmn 1deg C A seguir os cupons funcionalizados com prata e controle (sem revestimento) previamente higienizados foram adicionados em tubos falcon contendo caldo BHI Em cada tubo foi acrescentado 1 mL da cultura bacteriana de E coli e de Saureus Os tubos foram incubados sob agitaccedilatildeo de 120 rpm a 37 ordmC para S aureus e para Ecoli por 72 h sendo que a cada 24 h o meio era trocado Em seguida os cupons foram removidos e lavados com tampatildeo fosfato salino (PBS pH 74 01 M) esterilizado removendo-se assim as ceacutelulas natildeo aderidas (Marques 2005) Na sequecircncia os cupons foram imersos no tampatildeo fosfato salino com a finalidade de remover as ceacutelulas seacutesseis por meio de agitaccedilatildeo em vortex (Velp Scientifica) durante 1 min Diluiccedilotildees foram preparadas a partir deste uacuteltimo tampatildeo e aliacutequotas foram plaqueadas em aacutegar padratildeo para contagem (PCA) determinando-se o nuacutemero de unidades formadoras de colocircnias por centiacutemetro quadrado (UFCcmndash2) aplicando a equaccedilatildeo 1 Todo o procedimento foi realizado em duplicata sendo trecircs repeticcedilotildees

Contagem UFC cmC VV A

R

A

2

(1)

Em que C meacutedia do nuacutemero de unidades formadoras de colocircnias (UFC) VR Volume usado na rinsagem (mL) VA Volume usado no plaqueamento (mL) A aacuterea do cupom (cmsup2)

Voltametria ciacuteclica

Para a anaacutelise dos efeitos da deposiccedilatildeo de prata nas superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel (eletrodo de trabalho) foi empregada a voltametria ciacuteclica utilizando como eletroacutelito su-porte a soluccedilatildeo aquosa de KOH 01 molLndash1 eletrodo de referecircncia foi o AgAgCl em KCl 3 molLndash1 e o contra eletrodo foi o de platina aacuterea geomeacutetrica de 2 cm2O potenciostato utili-zado na aplicaccedilatildeo das teacutecnicas voltameacutetricas foi o CH Instruments modelo 760C Metrohm Autolab Nova 20

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1446

Detecccedilatildeo de resiacuteduos de prata em leite integral e leite desnatado

Com o objetivo de observar a lixiviaccedilatildeo da prata para o alimento utilizaram-se amos-tras de leite integral UHT e leite desnatado UHT em contato com cupons de accedilo inoxidaacutevel funcionalizados com prata A imersatildeo dos cupons com o leite ocorreu durante 48 horas de acordo com a metodologia adaptada Brasil (1998) Apoacutes o contato a quantificaccedilatildeo dos iacuteons prata (Ag+) nas amostras de leite foi realizada pelo meacutetodo da voltametria de redissoluccedilatildeo anoacutedica (RileyampWatson 1987)

Simulaccedilatildeo de limpeza CIP

A simulaccedilatildeo da limpeza CIP foi realizada para observar a estabilidade da prata na superfiacutecie funcionalizada apoacutes o contato com os detergentes de limpeza Desta forma o experimento foi conduzindo simulando 06 meses de limpeza CIP com uso de hidroacutexido de soacutedio 15 (mv)(Vetec Quiacutemica Fina Ltda) agrave 80 deg C e aacutecido niacutetrico (SIGMA-ALDRICH) a 05 (vv) agrave 70 degC (Andrade 2008) Para perfazer o tempo de 06 meses cupons higieniza-dos foram colocados em imersatildeo no hidroacutexido de soacutedio (NaOH) por 42 horas e imersos em aacutecido niacutetrico (HNO3) por 6 horas Apoacutes a exposiccedilatildeo os cupons foram enxaguados com aacutegua destilada por 5 minutos e conduzidos para anaacutelise por voltametria ciacuteclica (item 25) A esta-bilidade da prata na superfiacutecie do accedilo inoxidaacutevel foi avaliada a partir da sobreposiccedilatildeo dos voltamogramas ciacuteclicos dos cupons funcionalizados e natildeo funcionalizados antes e apoacutes a simulaccedilatildeo da limpeza CIP

Medida da hidrofobicidade do cupom

Os acircngulos de contato das amostras de cupom de accedilo inoxidaacutevel controle e funcio-nalizados foram medidos por meio da gota seacutessil com auxiacutelio do equipamento goniocircmetro Trecircs liacutequidos com polaridades diferentes foram usados (aacutegua destilada formamida (PA) e α-bromonaphthaleno (PA) para o caacutelculo da energia da superfiacutecie

Determinaccedilatildeo da energia livre de interaccedilatildeo e da variaccedilatildeo da energia livre de adesatildeo

Para o caacutelculo da variaccedilatildeo da energia de interaccedilatildeo hidrofoacutebica aplicou-se a teoria dos componentes de tensatildeo interfacial (VAN OSS 1994) Apoacutes as aproximaccedilotildees das equaccedilotildees envolvidas na teoria a energia da superfiacutecie (ys) seja ela da bacteacuteria ou das superfiacutecies de processamento de alimentos resultou da combinaccedilatildeo de trecircs contribuiccedilotildees (equaccedilatildeo 2)

(2)

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 447

Em que γLW representa o componente da interaccedilatildeo de Lifshit-van der Waals γ+ refere-se ao componente da interaccedilatildeo de aacutecido de Lewis e γndash eacute o componente da interaccedilatildeo da base de Lewis Aplicando uma gota de um liquido no equiliacutebrio com a superfiacutecie os componentes γs

LW γs+ e γs

ndash foram calculados (Equaccedilatildeo 3) usando as medidas do acircngulo de contato

(3)

Em que eacute a tensatildeo superficial do liquido usado na medida eacute o acircngulo de con-tato medido e S e l indicam superfiacutecie e liacutequido respectivamente Para determinar esses componentes da energia livre da superfiacutecie γs

LW e os paracircmetros γs+ e γs

ndash de uma superfiacutecie foi medido o acircngulo de contato de pelo menos trecircs liacutequidos com conhecidos componentes de tensatildeo interfacial (γs

LW γs+ e γs

ndash )A energia livre de adesatildeo (∆Gadhesion) foi calculada com base nas medidas do acircngulo

de contato e nos valores dos componentes das tensotildees interfaciais obtendo os valores para ∆Gbls

LW e∆GblsAB

Delineamento experimental

O delineamento para o experimento foi inteiramente casualizado A contagem das bacteacuterias nos cupons foi expressa como Log de UFC cmndash2 Os dados foram analisados por meio da Anaacutelise de Variacircncia (ANOVA) e as meacutedias foram comparadas usando teste Tukey a 5 de probabilidade O experimento foi realizado em trecircs repeticcedilotildees As anaacutelises foram feitas com auxiacutelio do software estatiacutestico STATISTICAversatildeo 80

RESULTADOS

As morfologias representativas das superfiacutecies do accedilo controle (sem filme) e do accedilo recoberto com filme de prata satildeo mostradas na Figura 1 Uma anaacutelise criteriosa envolveu a estimativa de rugosidade meacutedia em medidas feitas por AFM em diversos pontos da superfiacute-cie das amostras e resultou nos valores de 66 plusmn 256 nm e 128 plusmn 57 nm para as amostras controle e recobertas com filme de prata respectivamente indicando que o depoacutesito de prata contribui para uma superfiacutecie mais rugosa O uso de AFM permitiu ainda a medida da espessura do filme de prata que neste caso foi de 31 nm

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1448

Figura 1 Imagem topograacutefica obtida por AFM para o substrato de Accedilo inox controle (a) e para accedilo recoberto com filme de prata (b)

A Tabela 1 apresenta os resultados de adesatildeo bacteriana em cupons de accedilo inoxidaacutevel funcionalizados com prata

Tabela 1 Meacutedia do Log do nuacutemero de ceacutelulas aderidas (UFCcm2) de Escherichia coli e Staphylococcus aureus em superfiacutecies funcionalizadas com prata

Tratamentos CupomControle

CupomPrata Reduccedilatildeo Decimal

Adesatildeo de E coli 699a 606a 093

Adesatildeo de S aureus 741a 593b 177

Meacutedias seguidas por letras iguais na mesma coluna natildeo diferem entre si pelo teste Tukey (p lt 005)

Jaacute a Tabela 2 apresenta os resultados da variaccedilatildeo da energia livre da interaccedilatildeo hidro-foacutebica ( TOT

sasG∆ ) obtida por meio dos valores dos acircngulos de contato

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 449

Tabela 2 Valores dos componentes apolares (∆GsasLW) e polares (∆Gsas

AB) da energia livre total de interaccedilatildeo das superfiacutecies funcionalizadas de accedilo inoxidaacutevel

Superfiacutecies ∆GsasLW (mJm2) ∆Gsas

AB (mJm2) TOTsasG∆

(mJm2)

Accedilo inoxidaacutevel controle -234098 -18549 -20889a

Accedilo inoxidaacutevel prata -12713 -365716 -49284b

Meacutedias seguidas por letras iguais na mesma coluna natildeo diferem entre si pelo teste Tukey (p lt 005)

Quanto ao estudo de voltametria ciacuteclica sabe-se que os cupons de accedilo inox devem apresentar respostas eletroquiacutemicas semelhantes para serem utilizados nos experimentos de deposiccedilatildeo de prata por pulverizaccedilatildeo catoacutedica A Figura 2 mostra o perfil eletroquiacutemico de dois cupons de accedilo em soluccedilatildeo aquosa de KOH 01 molLndash1

Figura 2 Voltametria ciacuteclica do accedilo inox em soluccedilatildeo aquosa de KOH 01 mol Lndash1Nuacutemero de ciclo = 1 v= 50 mV sndash1 janela de potencial -1 a + 1V

-10 -05 00 05 10

-0004

-0002

0000

0002

0004

0006

0008

Corre

nte

mA

Potencial V vs AgAgCl

cupom de accedilo sem prata cupom de accedilo sem prata

A Figura 3 mostra a regiatildeo de atividade eletroquiacutemica do cupom de accedilo funcionalizado com prata comparado com o cupom de accedilo natildeo funcionalizado com prata em soluccedilatildeo de KOH 01 molLndash1

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1450

Figura 3 Voltametria ciacuteclica dos cupons de accedilo inox natildeo funcionalizados com prata (-) e funcionalizados com prata (-) em soluccedilatildeo aquosa de KOH 01 mol Lndash1Nuacutemero de ciclo = 1 v= 50 mV sndash1 janela de potencial -1 a + 1V

-10 -05 00 05 10-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

Corre

nte

mA

Potencial V vs AgAgCl

cupom de accedilo sem prata cupom de accedilo com prata

A Figura 4 mostra a sobreposiccedilatildeo dos voltamogramas ciacuteclicos dos cupons de accedilo inox natildeo funcionalizados funcionalizados antes e apoacutes o tratamento com aacutecido niacutetrico e hidroacutexido de soacutedio (simulaccedilatildeo de limpeza CIP)

Figura 4 Voltamogramas ciacuteclicos do 1deg ciclo de varredura obtidos em soluccedilatildeo eletroliacutetica de KOH 01 mol Lndash1 v= 50 mV sndash1 janela de potencial -1 a + 1V para os cupons de accedilo inox natildeo funcionalizado (-) funcionalizados com prata (-) apoacutes

tratamento com HNO3 (-) e NaOH (-)

-10 -05 00 05 10

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

Corre

nte

mA

Potencial V vs AgAgCl

cupom natildeo funcionalizado cupom funcionalizado cupom funcionalizado trat HNO3

cupom funcionalizado trat NaOH

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DISCUSSAtildeO

A fotomicrografia obtida por meio da microscopia de forccedila atocircmica da amostra contro-le permite observar a presenccedila de alguns precipitados que foram originados no processo de obtenccedilatildeo da liga de accedilo (Figura 1a) Alguns riscos satildeo tambeacutem observados e podem ter sua origem no processo de limpeza mecacircnica ou mesmo no processo de laminaccedilatildeo da liga de accedilo Jaacute a amostra recoberta com filme de prata (Figura 1b) apresentou uma ligeira mudanccedila na superfiacutecie com a presenccedila de aglomerados sobre a superfiacutecie que satildeo devido ao processo de nucleaccedilatildeo na fase de vapor efeito comum no processo de deposiccedilatildeo por sputtering (Machuno et al 2016)

Os resultados de adesatildeo bacteriana em cupons de accedilo inoxidaacutevel funcionalizados com prata apresentados na Tabela 1 mostraram que houve menor nuacutemero de ceacutelulas aderidas de S aureus na superfiacutecie de accedilo inoxidaacutevel quando comparado agrave E coli Outros trabalhos relatam resultado diferente do observado nesse estudo sendo as bacteacuterias Gram-negativas mais susceptiacuteveis agrave accedilatildeo da prata e as Gram-positivas menos susceptiacuteveis sugerindo um efeito protetor promovido pela camada mais espessa de peptideoglicano nas Gram-positivas (Zilio et al 2020 Ji et al 2020)

Alguns mecanismos de accedilatildeo de iacuteons Ag+ sobre micro-organismos tecircm sido propostos como a possibilidade de ligaccedilatildeo extracelular ou precipitaccedilatildeo do referido iacuteon na parede e membrana celular (Franci et al 2015) O iacuteon Ag+ poderaacute interagir com proteiacutenas celulares incluindo enzimas levando agrave inativaccedilatildeo das proteiacutenas provocando a letalidade das ceacutelulas (Gomaa 2017) Outra accedilatildeo proposta refere-se agrave interaccedilatildeo do iacuteon Ag+ com o aacutecido desoxir-ribonucleacuteico (DNA) por meio de deslocamento das ligaccedilotildees de hidrogecircnio entre as bases puriacutenicas e pirimidiacutenicas impedindo sua replicaccedilatildeo Por uacuteltimo eacute tambeacutem aceito que o iacuteon Ag+ se liga a grupos doadores de eleacutetrons como aminas hidroxilas e fosfatos que contecircm nitrogecircnio oxigecircnio e enxofre (Deng et al 2015) Dentre os mecanismos foram relatados como os principais os danos diretos na membrana celular e a geraccedilatildeo de espeacutecies reativas de oxigecircnio pelos iacuteons de prata (Ontong et al 2020)

Assim a espeacutecie do micro-organismo em contato com a prata eacute de grande importacircncia no mecanismo de reaccedilatildeo envolvida As bacteacuterias satildeo classificadas em Gram-positivas ou Gram-negativas em funccedilatildeo da diferenccedila na arquitetura da parede celular Considerando as bacteacuterias desse estudo tem-se Ecoli como Gram-negativa e S aureus como Gram-positiva A parede celular de Gram-positiva consiste de uma camada espessa de pepti-deoglicano (~30 nm) enquanto a parede celular da Gram-negativa apresenta estrutura e composiccedilatildeo da membrana mais complexa Na Gram-negativa a camada de peptideoglicano eacute mais fina (~10 nm) e a superfiacutecie externa da ceacutelula possui uma membrana consistindo de proteiacutenas lipopolissacariacutedeos e fosfolipiacutedeos (Ubbink e Schar-zammaretti 2007 Beveridge

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1452

1999) A superfiacutecie do peptideoglicano de bacteacuteria Gram-positiva eacute coberta principalmen-te por polissacariacutedeos neutros e aacutecidos grande nuacutemero de diferentes proteiacutenas e aacutecidos teicoicos (Jefferson 2004)

Dessa forma a interaccedilatildeo do iacuteon Ag+ para a reduccedilatildeo da carga microbiana pode ter ocorrido com os grupos carboxil e fosforil os quais conferem agrave superfiacutecie celular uma den-sidade de carga negativa De acordo com Langley amp Beveridge (1999) quando a superfiacutecie celular estaacute em contato direto com o ambiente os grupos carregados dentro da camada da superfiacutecie satildeo capazes de interagir com os iacuteons ou moleacuteculas carregadas presentes no meio externo Portanto os caacutetions podem tornar-se atraiacutedos eletrostaticamente e ligarem-se na superfiacutecie celular Os locais responsaacuteveis pela ligaccedilatildeo com metais no micro-organismo satildeo provavelmente nestes grupos carboxil dentro do peptideoglicano assim como nos grupos fosforil de aacutecidos teicoicos e teicurocircnicos presentes nas superfiacutecies bacterianas (Katsikogianni amp Missirlis 2004)

Trabalho semelhante na literatura foi realizado mas com implantaccedilatildeo de outros iacuteons Os autores Zhao et al (2008) implantaram os iacuteons +++

3 SiFON na superfiacutecie do accedilo inoxidaacutevel De acordo com os pesquisadores os iacuteons implantados tornam a superfiacutecie me-nos atrativa para a bacteacuteria afetando o processo de adesatildeo e isso eacute possiacutevel em razatildeo da implantaccedilatildeo do iacuteon reduzir a energia livre da superfiacutecie Neste estudo a dose e a energia de implantaccedilatildeo dos iacuteons foram de 1016 iacuteonscm2 e 30 KeV respectivamente Os autores tambeacutem observaram que a superfiacutecie com a presenccedila do iacuteon +

3SiF apresentou a melhor reduccedilatildeo da adesatildeo bacteriana Neste estudo a adesatildeo bacteriana reduziu com a diminuiccedilatildeo da energia da superfiacutecie As superfiacutecies com iacuteons implantados apresentaram melhores resultados que as superfiacutecies controle quanto agrave adesatildeo Os autores concluiacuteram que a superfiacutecie de accedilo inoxidaacutevel com +

3SiF pode exercer importante funccedilatildeo na reduccedilatildeo de ceacutelulas aderidasNovello (2012) avaliou a capacidade de adesatildeo de Listeria monocytogenes CECT

4031 T em superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel austeniacutetico AISI 304 implantadas com iacuteons Ag+ com energias de 70 e 200 keV Os autores observaram que a energia de implantaccedilatildeo influenciou a eficiecircncia antimicrobiana sendo que o melhor resultado para a superfiacutecie de accedilo AISI 304 foi com a implantaccedilatildeo em que se aplicou 70 keV Nessa superfiacutecie houve reduccedilatildeo de mais de dois ciclos log enquanto que na superfiacutecie com energia de 200 keV a adesatildeo natildeo diferiu da superfiacutecie controle

A meacutedia da reduccedilatildeo microbiana alcanccedilada nesse estudo para as duas bacteacuterias foi de 135 reduccedilotildees logariacutetmicas essa reduccedilatildeo natildeo caracteriza a superfiacutecie como sanitizante ou seja natildeo se pode afirmar que a superfiacutecie funcionalizada eacute alternativa ao uso do cloro Pode-se inferir que a funcionalizaccedilatildeo da superfiacutecie pode contribuir para menor adesatildeo de ceacutelulas microbianas e consequentemente pode diminuir o risco de contaminaccedilatildeo dos alimentos que

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entrarem em contato com a superfiacutecie funcionalizada Ademais considerando a reduccedilatildeo meacutedia de 135 ciclos logariacutetmicos pode-se optar pelo uso de um sanitizante diferente dos clorados inorgacircnicos para complementar a eficiecircncia da etapa de sanitizaccedilatildeo obtendo-se um sinergismo positivo reduzindo tambeacutem a possibilidade de formaccedilatildeo de trihalometanos

Zilio et al (2020) observaram a presenccedila de prata nas superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel AISI 304 a uma profundidade de ateacute 5 nm da superfiacutecie e a concentraccedilatildeo mais alta foi de aproximadamente 17 nm de profundidade quando a prata foi aplicada com energia de 2 keV Novello (2012) observou a presenccedila de prata nas superfiacutecies de estudo (accedilo inoxidaacutevel AISI 304) a uma profundidade de 25 nm quando a prata foi aplicada com energia de 200 keV e de 15 nm quando aplicada com energia de 70 keV Tendo em vista que o bombardeamento proposto por Novello (2012) eacute obtido com teacutecnicas de maior complexidade que inviabilizam sua aplicaccedilatildeo em larga escala o meacutetodo aqui proposto utilizando sputtering teacutecnica propiacutecia e reconhecida para a deposiccedilatildeo de filmes em grandes aacutereas e quantidades (Machuno et al 2016) viabiliza assim o processo industrialmente

A partir de Tabela 2 eacute possiacutevel verificar que as s superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel tanto controle como as funcionalizadas com a prata foram consideradas hidrofoacutebicas por apresen-tarem o valor TOT

sasG∆ negativo Aleacutem disso verificou-se que houve diferenccedila (p lt 005) entre os valores de TOT

sasG∆ encontrados paras as superfiacutecies funcionalizadas quando comparadas agraves superfiacutecies controles sendo possiacutevel afirmar que o tratamento das superfiacutecies de accedilo com prata contribuiu para o aumento da hidrofobicidade das superfiacutecies O aumento no valor da hidrofobicidade proveniente da funcionalizaccedilatildeo da superfiacutecie com prata pode ser justificado pela reduccedilatildeo na energia potencial de solvataccedilatildeo quando se tem prata iocircnica interagindo com a aacutegua Nessa interaccedilatildeo o maior raio de interaccedilatildeo do iacuteon (Ag+) com a moleacutecula de aacutegua ocasiona a reduccedilatildeo na energia potencial da interaccedilatildeo iacuteon-dipolo (Equaccedilatildeo 4) e consequen-temente no aumento da hidrofobicidade (Atkinsamp Jones 2006)

EZrp | |

2 (4)

Em que Ep significa a energia potencial de solvataccedilatildeo Z a carga do iacuteon μ o momento de dipolo eleacutetrico da moleacutecula polar (H2O) r eacute o raio de hidrataccedilatildeo do iacuteon (Ag+)

O paracircmetro ΔGTOT calculado expressou a variaccedilatildeo da energia livre de interaccedilatildeo in-terfacial entre as moleacuteculas do material imersas em aacutegua e eacute a mais apropriada medida da hidrofobicidade sendo considerado um criteacuterio quantitativo Esse criteacuterio quantitativo define a superfiacutecie quanto agrave hidrofobicidade de forma eficiente uma vez que leva em consideraccedilatildeo as interaccedilotildees do tipo van der Waals interaccedilotildees eletrostaacuteticas aleacutem das forccedilas de interaccedilatildeo de caraacuteter polar podendo estas ser atrativas ou repulsivas

Essas superfiacutecies funcionalizadas com antimicrobianos satildeo promissoras para uso na induacutestria de alimentos uma vez que a adesatildeo e a formaccedilatildeo de biofilme podem reduzir a

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1454

eficiecircncia de transferecircncia de energia na forma de calor em trocadores teacutermicos diminuir o fluxo em tubulaccedilotildees desencadear processos corrosivos e principalmente se tornarem fontes de contaminaccedilatildeo microbiana Sob o aspecto microbioloacutegico a adesatildeo pode consti-tuir-se de micro-organismos alteradores eou patogecircnicos que resultam em seacuterios proble-mas de higiene de sauacutede puacuteblica ou de ordem econocircmica (Beech 2004 Masaaki 2006 Arauacutejo et al 2010)

Quanto ao estudo de voltametria ciacuteclica a anaacutelise conjunta dos VC a partir da Figura 2 mostrou que os picos de corrente anoacutedicos satildeo semelhantes para os dois cupons de accedilo inox sem prata aacuterea eletroativa com boa reprodutibilidade A partir dos VC (Figura 2) observa-se que no primeiro ciclo (varredura direta) ocorre a oxidaccedilatildeo do ferro (elemento majoritaacuterio da composiccedilatildeo quiacutemica do accedilo inoxidaacutevel austeniacutetico AISI 304) em potencial de + 050 V que se refere agrave formaccedilatildeo do iacuteon Fe2+ (Gentil 2007) Na varredura inversa desse mesmo ciclo natildeo foi possiacutevel identificar o aparecimento dos picos de reduccedilatildeo

Pode-se observar (Figura 3) que haacute modificaccedilatildeo na superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica com prata Verifica-se que no primeiro ciclo (varredura direta) ocorre a oxidaccedilatildeo do ferro (+05V) jaacute na varredura inversa desse mesmo ciclo aparecem picos alongados de reduccedilatildeo (+ 025 a - 025V) que se referem a reduccedilatildeo dos materiais depositados na superfiacutecie do accedilo inox por pulverizaccedilatildeo catoacutedica iacuteons Ag+ e impurezas na superfiacutecie do cupom de accedilo

Os valores de corrente para o cupom de accedilo modificado satildeo diferentes dos valores de corrente para o cupom natildeo funcionalizado o que implica que a prata fica depositada sobre a superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica com au-mento (85) da aacuterea eletroativa do cupom de accedilo inox

Por fim observou-se tambeacutem que houve maior similaridade no comportamento eletro-quiacutemico entre os cupons de accedilo funcionalizados com filme de prata antes e apoacutes a simulaccedilatildeo da limpeza CIP em relaccedilatildeo ao cupom natildeo funcionalizado (Figura 4) Com isso verifica-se que natildeo houve lixiviaccedilatildeo da prata na simulaccedilatildeo de limpeza CIP Sendo assim a pulverizaccedilatildeo catoacutedica pode ser empregada na induacutestria de alimentos para depositar prata nas superfiacutecies de processamento de alimentos sem restriccedilatildeo em utilizar a limpeza CIP

Apoacutes o contato do cupom de accedilo funcionalizado com as amostras de leite integral UHT e leite desnatado UHT natildeo foi possiacutevel quantificar os iacuteons Ag+ uma vez que todas as anaacute-lises ficaram abaixo do limite de quantificaccedilatildeo (0002 μg Lndash1) da voltametria de redissoluccedilatildeo anoacutedica para anaacutelise de metais (RileyampWatson 1987)

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 455

CONCLUSAtildeO CONSIDERACcedilOtildeES FINAIS

As amostras de accedilo inox foram eficientemente funcionalizadas com recobrimento de prata usando pulverizaccedilatildeo catoacutedica A funcionalizaccedilatildeo das superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel mostrou ser eficiente para reduccedilatildeo da carga microbiana aderida o que reduz o risco de poacutes-contaminaccedilatildeo de produtos na induacutestria de alimentos O recobrimento manteve as ca-racteriacutesticas morfoloacutegicas das superfiacutecies das amostras funcionalizadas Um ligeiro aumento na rugosidade meacutedia das amostras foi observado nas amostras funcionalizadas

Do ponto de vista eletroquiacutemico observou-se que houve modificaccedilatildeo na superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica ou seja a prata perma-neceu depositada sobre a superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulve-rizaccedilatildeo catoacutedica com aumento da aacuterea eletroativa do cupom de accedilo inox Os resultados portanto indicam o potencial do uso das amostras funcionalizadas com prata na induacutestria de alimentos a fim de reduzir a quantidade de cloro inorgacircnico aplicado comumente na etapa de sanitizaccedilatildeo Aleacutem disso o processo de pulverizaccedilatildeo catoacutedica pode ser usado em escala industrial reduzindo custos de produccedilatildeo uma vez que natildeo satildeo usados processos quiacutemicos nesse processo

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Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 457

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21 Li G Tang L Zhang X amp Dong JA review of factors affecting the efficiency of clean-in--place procedures in closed processing systems Energy 178 57ndash71 httpdoi101016jenergy201904123 (2019)

22 Machuno L G B Lima A B Buso R R Abdanur R M F Rangel E C Gelamo R V Desenvolvimento e avaliaccedilatildeo de uma fonteDC de alta tensatildeo para utilizaccedilatildeo emsistema de deposiccedilatildeo de filmesfinos por pulverizaccedilatildeo catoacutedica Revista Mateacuteria 21 (2) 492 ndash 500 Dis-poniacutevel em httpdxdoiorg101590S1517-7076201600020046

23 Μαρθυεσ C S Formaccedilatildeo de Biofilmes por Staphylococcus aureus na superfiacutecie de accedilo ino-xidaacutevel e vidro e sua resistecircncia a sanificantes quiacutemicos Dissertaccedilatildeo (Mestrado em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos) UFLA (Universidade Federal de Lavras) 2020

24 Μασαακι M J Beneficial biofilm formation by industrial bacteria Bacillus subtilis and related species Journal of Bioscience and Bioengineering 101 1-8 (2006) Disponiacutevel em ht-tpsdoiorg101263jbb1011

25 Novello J C L Implantaccedilatildeo de iacuteons prata em accedilo inoxidaacutevel e infecccedilatildeo faacutegica para o controle de adesatildeo e formaccedilatildeo de biofilmes bacterianos na induacutestria de alimentos (2012) (Tese de doutorado) Universidade Federal de Viccedilosa Viccedilosa

26 Oumllmez HampKretzschmar U Potencial alternative disinfection methods for organic fresh-cut industry for minimizing water consumption and environmental impact Food Science and Te-chnology 42(3)686-693(2009)Disponiacutevel em httpsdoiorg101016jlwt200808001

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31 Tsagkari E Sloan W T Impact of Methylobacterium in the drinking water microbiome on removal of trihalomethanes International Biodeterioration amp Biodegradation 141 10ndash16 (2019) Disponiacutevel em httpdoi101016jibiod201807015

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33 Van Oss C J Interfacial Forces in Aqueous Media New York Marcel Dekker Inc 1994 440 p (1994)

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1458

34 Wei L Lu J Xu H Patel A Chen Z S Chen ZS Chen G F Silver nanoparticle synthesis properties and therapeutic applications Drug Discovery Today 20 (5) 595-601 (2015) Disponiacutevel em httpsdoiorg101016jdrudis201411014

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Page 3: funcionalizada com prata por pulverização catódica · 2020. 12. 18. · presença de prata. Os resultados de adesão bacteriana mostraram que houve menor número de células aderidas

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 443

INTRODUCcedilAtildeO

A seguranccedila alimentar estaacute relacionada com a capacidade de promover de modo eficaz a produccedilatildeo e a importaccedilatildeo de produtos seguros e de alta qualidade O controle de cada paiacutes sobre a mesma eacute um dos principais componentes decisivos para a seguranccedila econocircmica visto que a ocorrecircncia de doenccedilas provocadas por alimentos contaminados pode proporcionar um impacto econocircmico significante (Chorna Yanushkevych ampAfanasieva 2018)

A induacutestria de alimentos deve atuar sempre de forma preventiva para atenuar o risco de adesatildeo microbiana nas superfiacutecies processadoras de alimentos e reduzir a formaccedilatildeo de biofilmes jaacute que esses podem contaminar os alimentos poacutes-processo e conduzir agrave ocorrecircn-cia de surtos de origem alimentar (Juacutenior et al 2018) Aleacutem disso a formaccedilatildeo de biofilmes para a induacutestria de alimentos pode causar vaacuterios problemas como prejuiacutezo do processo de cloraccedilatildeo da aacutegua diminuiccedilatildeo da transferecircncia de energia na forma de calor em trocadores de calor reduccedilatildeo do fluxo em tubulaccedilotildees e aumento do risco de corrosatildeo dos equipamentos (Li et al 2019)

Para se evitar esses problemas a etapa de sanitizaccedilatildeo eacute de fundamental importacircncia e visa eliminar os micro-organismos patogecircnicos e reduzir os alteradores a niacuteveis conside-rados seguros (Andrade 2008) A sanitizaccedilatildeo mais empregada na induacutestria de alimentos eacute a adiccedilatildeo dos compostos clorados inorgacircnicos No entanto essa cloraccedilatildeo pode possibilitar a hipercloraccedilatildeo da aacutegua residual que associada ao alto conteuacutedo de carbono orgacircnico pode resultar em concentraccedilotildees elevadas de trihalometanos e outros subprodutos da sanitiza-ccedilatildeo os quais satildeo prejudiciais ao organismo humano (Tsagkari amp Sloan 2019 Hernaacutendez-Pimentel et al 2020)

Aleacutem dos efeitos ao organismo humano a formaccedilatildeo desses compostos clorados tem sido alvo tambeacutem de preocupaccedilatildeo ambiental visto que podem proporcionar um desequiliacutebrio dos ecossistemas alterar a oxigenaccedilatildeo da aacutegua e poluir rios lagos e mares Portanto tor-na-se evidente a necessidade de utilizaccedilatildeo de novos agentes antimicrobianos para reduccedilatildeo da carga microbiana de superfiacutecies de processamento de alimentos (Floriano 2017) Assim fica evidente a necessidade de pesquisar alternativas eficientes do ponto de vista tecnoloacutegico e econocircmico para reduccedilatildeo da adesatildeo microbiana sem causar efeitos deleteacuterios agrave sauacutede humana e ao meio ambiente (Oumllmez amp Kretzschmar 2009)

Nessa perspectiva materiais com novas propriedades tecircm sido criado e aplicado em diversos campos como o uso da prata na medicina para reduzir infecccedilotildees bem como pre-venir a formaccedilatildeo de biofilmes bacterianos em superfiacutecies de proacuteteses cateteres materiais odontoloacutegicos e na induacutestria de alimentos em superfiacutecies de processamento (Wei et al 2015 Abeleda et al 2020 Takamiya et al 2021) Essas superfiacutecies funcionalizadas por compostos policatiocircnicos como os iacuteons de prata satildeo capazes de penetrar na parede celular bacteriana e ter um efeito antimicrobiano (Shrestha amp Kishen 2016 Baptista et al 2018)

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1444

O motivo fundamental da maioria das aplicaccedilotildees de coberturas antimicrobianas eacute a promessa de materiais com funcionalidades melhoradas e uma possiacutevel reduccedilatildeo do uso de substacircncias quiacutemicas cloradas que satildeo prejudiciais agrave sauacutede humana e a qualidade ambiental (Chaudhryet al 2010) Esse motivo torna-se de grande importacircncia na aacuterea de alimentos uma vez que uma superfiacutecie funcionalizada com antimicrobiano a base de prata pode reduzir o uso de sanitizantes quiacutemicos na segunda etapa do processo de higienizaccedilatildeo

OBJETIVO

Funcionalizar a superfiacutecie de accedilo inoxidaacutevel com prata por sputtering e avaliar a capa-cidade antimicrobiana dessa superfiacutecie sobre bacteacuterias patogecircnicas Para tanto substratos de accedilo inoxidaacutevel AISI 304 foram utilizados com e sem a presenccedila de filmes finos de prata e expostos agrave presenccedila de Escherichia coli e Staphylococcus aureus Os materiais foram tambeacutem analisados com auxiacutelio do goniocircmetro para investigar a energia de superfiacutecies por Microscopia de Forccedila Atocircmica para caracterizar as superfiacutecies quanto agrave sua morfologia e por Voltametria ciacuteclica para comprovaccedilatildeo da presenccedila de prata

MEacuteTODOS

As superfiacutecies utilizadas para a adesatildeo das ceacutelulas bacterianas foram cupons de accedilo inoxidaacutevel austeniacutetico AISI 304 com dimensotildees de 10 x 10 x 1 mm Os cupons foram doados pela empresa APERAM Ltda

Preparo dos cupons de accedilo inoxidaacutevel

Inicialmente as superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel AISI 304 foram higienizadas por imersatildeo em detergente neutro durante 1 h enxaguadas com aacutegua destilada esterilizada secas e limpas com aacutelcool 70 (vv) Apoacutes a higienizaccedilatildeo os cupons foram novamente lavados com aacutegua destilada esterilizada secos por 2 h a 60 ordmC e autoclavados a 121 ordmC por 15 minutos

Funcionalizaccedilatildeo das superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel com prata

Os filmes de prata foram depositados sobre os cupons de accedilo inoxidaacutevel pela teacutecnica de sputteting (Machuno et al 2016) A fim de obter filmes de alta qualidade prata (Ag) padratildeo de 2 polegadas de diacircmetro e 999 de pureza adquirido de Kurt Lesker foi usada em uma cacircmara a 0006 mTorr de pressatildeo residual A deposiccedilatildeo foi realizada em Argocircnio (9999) a 50 mTorr durante 2 minutos e resultou em filmes com excelente aspecto visual

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 445

Medida da espessura do filme de prata depositado sobre os cupons de accedilo inoxidaacutevel

A microscopia de forccedila atocircmica foi utilizada para medir a espessura do filme de prata depositado sobre os cupons de accedilo inoxidaacutevel O equipamento utilizado foi Microscoacutepio Shimadzu SPM 9700 as medidas foram realizadas no modo dinacircmico atraveacutes de cantilever de siliacutecio (Si) fornecido pela empresa NT-MDT As imagens foram tratadas de modo a se obter as espessuras e rugosidades das superfiacutecies com o software Gwyddion

Efeito antimicrobiano das superfiacutecies funcionalizadas com prata

Estirpes de Escherichia coli (ATCC 11229) e de Staphylococcus aureus (ATCC 6538) foram ativadas duas vezes em caldo BHI e incubados de 18-24 h em estufa a 36 plusmn 1deg C A seguir os cupons funcionalizados com prata e controle (sem revestimento) previamente higienizados foram adicionados em tubos falcon contendo caldo BHI Em cada tubo foi acrescentado 1 mL da cultura bacteriana de E coli e de Saureus Os tubos foram incubados sob agitaccedilatildeo de 120 rpm a 37 ordmC para S aureus e para Ecoli por 72 h sendo que a cada 24 h o meio era trocado Em seguida os cupons foram removidos e lavados com tampatildeo fosfato salino (PBS pH 74 01 M) esterilizado removendo-se assim as ceacutelulas natildeo aderidas (Marques 2005) Na sequecircncia os cupons foram imersos no tampatildeo fosfato salino com a finalidade de remover as ceacutelulas seacutesseis por meio de agitaccedilatildeo em vortex (Velp Scientifica) durante 1 min Diluiccedilotildees foram preparadas a partir deste uacuteltimo tampatildeo e aliacutequotas foram plaqueadas em aacutegar padratildeo para contagem (PCA) determinando-se o nuacutemero de unidades formadoras de colocircnias por centiacutemetro quadrado (UFCcmndash2) aplicando a equaccedilatildeo 1 Todo o procedimento foi realizado em duplicata sendo trecircs repeticcedilotildees

Contagem UFC cmC VV A

R

A

2

(1)

Em que C meacutedia do nuacutemero de unidades formadoras de colocircnias (UFC) VR Volume usado na rinsagem (mL) VA Volume usado no plaqueamento (mL) A aacuterea do cupom (cmsup2)

Voltametria ciacuteclica

Para a anaacutelise dos efeitos da deposiccedilatildeo de prata nas superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel (eletrodo de trabalho) foi empregada a voltametria ciacuteclica utilizando como eletroacutelito su-porte a soluccedilatildeo aquosa de KOH 01 molLndash1 eletrodo de referecircncia foi o AgAgCl em KCl 3 molLndash1 e o contra eletrodo foi o de platina aacuterea geomeacutetrica de 2 cm2O potenciostato utili-zado na aplicaccedilatildeo das teacutecnicas voltameacutetricas foi o CH Instruments modelo 760C Metrohm Autolab Nova 20

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1446

Detecccedilatildeo de resiacuteduos de prata em leite integral e leite desnatado

Com o objetivo de observar a lixiviaccedilatildeo da prata para o alimento utilizaram-se amos-tras de leite integral UHT e leite desnatado UHT em contato com cupons de accedilo inoxidaacutevel funcionalizados com prata A imersatildeo dos cupons com o leite ocorreu durante 48 horas de acordo com a metodologia adaptada Brasil (1998) Apoacutes o contato a quantificaccedilatildeo dos iacuteons prata (Ag+) nas amostras de leite foi realizada pelo meacutetodo da voltametria de redissoluccedilatildeo anoacutedica (RileyampWatson 1987)

Simulaccedilatildeo de limpeza CIP

A simulaccedilatildeo da limpeza CIP foi realizada para observar a estabilidade da prata na superfiacutecie funcionalizada apoacutes o contato com os detergentes de limpeza Desta forma o experimento foi conduzindo simulando 06 meses de limpeza CIP com uso de hidroacutexido de soacutedio 15 (mv)(Vetec Quiacutemica Fina Ltda) agrave 80 deg C e aacutecido niacutetrico (SIGMA-ALDRICH) a 05 (vv) agrave 70 degC (Andrade 2008) Para perfazer o tempo de 06 meses cupons higieniza-dos foram colocados em imersatildeo no hidroacutexido de soacutedio (NaOH) por 42 horas e imersos em aacutecido niacutetrico (HNO3) por 6 horas Apoacutes a exposiccedilatildeo os cupons foram enxaguados com aacutegua destilada por 5 minutos e conduzidos para anaacutelise por voltametria ciacuteclica (item 25) A esta-bilidade da prata na superfiacutecie do accedilo inoxidaacutevel foi avaliada a partir da sobreposiccedilatildeo dos voltamogramas ciacuteclicos dos cupons funcionalizados e natildeo funcionalizados antes e apoacutes a simulaccedilatildeo da limpeza CIP

Medida da hidrofobicidade do cupom

Os acircngulos de contato das amostras de cupom de accedilo inoxidaacutevel controle e funcio-nalizados foram medidos por meio da gota seacutessil com auxiacutelio do equipamento goniocircmetro Trecircs liacutequidos com polaridades diferentes foram usados (aacutegua destilada formamida (PA) e α-bromonaphthaleno (PA) para o caacutelculo da energia da superfiacutecie

Determinaccedilatildeo da energia livre de interaccedilatildeo e da variaccedilatildeo da energia livre de adesatildeo

Para o caacutelculo da variaccedilatildeo da energia de interaccedilatildeo hidrofoacutebica aplicou-se a teoria dos componentes de tensatildeo interfacial (VAN OSS 1994) Apoacutes as aproximaccedilotildees das equaccedilotildees envolvidas na teoria a energia da superfiacutecie (ys) seja ela da bacteacuteria ou das superfiacutecies de processamento de alimentos resultou da combinaccedilatildeo de trecircs contribuiccedilotildees (equaccedilatildeo 2)

(2)

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 447

Em que γLW representa o componente da interaccedilatildeo de Lifshit-van der Waals γ+ refere-se ao componente da interaccedilatildeo de aacutecido de Lewis e γndash eacute o componente da interaccedilatildeo da base de Lewis Aplicando uma gota de um liquido no equiliacutebrio com a superfiacutecie os componentes γs

LW γs+ e γs

ndash foram calculados (Equaccedilatildeo 3) usando as medidas do acircngulo de contato

(3)

Em que eacute a tensatildeo superficial do liquido usado na medida eacute o acircngulo de con-tato medido e S e l indicam superfiacutecie e liacutequido respectivamente Para determinar esses componentes da energia livre da superfiacutecie γs

LW e os paracircmetros γs+ e γs

ndash de uma superfiacutecie foi medido o acircngulo de contato de pelo menos trecircs liacutequidos com conhecidos componentes de tensatildeo interfacial (γs

LW γs+ e γs

ndash )A energia livre de adesatildeo (∆Gadhesion) foi calculada com base nas medidas do acircngulo

de contato e nos valores dos componentes das tensotildees interfaciais obtendo os valores para ∆Gbls

LW e∆GblsAB

Delineamento experimental

O delineamento para o experimento foi inteiramente casualizado A contagem das bacteacuterias nos cupons foi expressa como Log de UFC cmndash2 Os dados foram analisados por meio da Anaacutelise de Variacircncia (ANOVA) e as meacutedias foram comparadas usando teste Tukey a 5 de probabilidade O experimento foi realizado em trecircs repeticcedilotildees As anaacutelises foram feitas com auxiacutelio do software estatiacutestico STATISTICAversatildeo 80

RESULTADOS

As morfologias representativas das superfiacutecies do accedilo controle (sem filme) e do accedilo recoberto com filme de prata satildeo mostradas na Figura 1 Uma anaacutelise criteriosa envolveu a estimativa de rugosidade meacutedia em medidas feitas por AFM em diversos pontos da superfiacute-cie das amostras e resultou nos valores de 66 plusmn 256 nm e 128 plusmn 57 nm para as amostras controle e recobertas com filme de prata respectivamente indicando que o depoacutesito de prata contribui para uma superfiacutecie mais rugosa O uso de AFM permitiu ainda a medida da espessura do filme de prata que neste caso foi de 31 nm

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1448

Figura 1 Imagem topograacutefica obtida por AFM para o substrato de Accedilo inox controle (a) e para accedilo recoberto com filme de prata (b)

A Tabela 1 apresenta os resultados de adesatildeo bacteriana em cupons de accedilo inoxidaacutevel funcionalizados com prata

Tabela 1 Meacutedia do Log do nuacutemero de ceacutelulas aderidas (UFCcm2) de Escherichia coli e Staphylococcus aureus em superfiacutecies funcionalizadas com prata

Tratamentos CupomControle

CupomPrata Reduccedilatildeo Decimal

Adesatildeo de E coli 699a 606a 093

Adesatildeo de S aureus 741a 593b 177

Meacutedias seguidas por letras iguais na mesma coluna natildeo diferem entre si pelo teste Tukey (p lt 005)

Jaacute a Tabela 2 apresenta os resultados da variaccedilatildeo da energia livre da interaccedilatildeo hidro-foacutebica ( TOT

sasG∆ ) obtida por meio dos valores dos acircngulos de contato

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 449

Tabela 2 Valores dos componentes apolares (∆GsasLW) e polares (∆Gsas

AB) da energia livre total de interaccedilatildeo das superfiacutecies funcionalizadas de accedilo inoxidaacutevel

Superfiacutecies ∆GsasLW (mJm2) ∆Gsas

AB (mJm2) TOTsasG∆

(mJm2)

Accedilo inoxidaacutevel controle -234098 -18549 -20889a

Accedilo inoxidaacutevel prata -12713 -365716 -49284b

Meacutedias seguidas por letras iguais na mesma coluna natildeo diferem entre si pelo teste Tukey (p lt 005)

Quanto ao estudo de voltametria ciacuteclica sabe-se que os cupons de accedilo inox devem apresentar respostas eletroquiacutemicas semelhantes para serem utilizados nos experimentos de deposiccedilatildeo de prata por pulverizaccedilatildeo catoacutedica A Figura 2 mostra o perfil eletroquiacutemico de dois cupons de accedilo em soluccedilatildeo aquosa de KOH 01 molLndash1

Figura 2 Voltametria ciacuteclica do accedilo inox em soluccedilatildeo aquosa de KOH 01 mol Lndash1Nuacutemero de ciclo = 1 v= 50 mV sndash1 janela de potencial -1 a + 1V

-10 -05 00 05 10

-0004

-0002

0000

0002

0004

0006

0008

Corre

nte

mA

Potencial V vs AgAgCl

cupom de accedilo sem prata cupom de accedilo sem prata

A Figura 3 mostra a regiatildeo de atividade eletroquiacutemica do cupom de accedilo funcionalizado com prata comparado com o cupom de accedilo natildeo funcionalizado com prata em soluccedilatildeo de KOH 01 molLndash1

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1450

Figura 3 Voltametria ciacuteclica dos cupons de accedilo inox natildeo funcionalizados com prata (-) e funcionalizados com prata (-) em soluccedilatildeo aquosa de KOH 01 mol Lndash1Nuacutemero de ciclo = 1 v= 50 mV sndash1 janela de potencial -1 a + 1V

-10 -05 00 05 10-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

Corre

nte

mA

Potencial V vs AgAgCl

cupom de accedilo sem prata cupom de accedilo com prata

A Figura 4 mostra a sobreposiccedilatildeo dos voltamogramas ciacuteclicos dos cupons de accedilo inox natildeo funcionalizados funcionalizados antes e apoacutes o tratamento com aacutecido niacutetrico e hidroacutexido de soacutedio (simulaccedilatildeo de limpeza CIP)

Figura 4 Voltamogramas ciacuteclicos do 1deg ciclo de varredura obtidos em soluccedilatildeo eletroliacutetica de KOH 01 mol Lndash1 v= 50 mV sndash1 janela de potencial -1 a + 1V para os cupons de accedilo inox natildeo funcionalizado (-) funcionalizados com prata (-) apoacutes

tratamento com HNO3 (-) e NaOH (-)

-10 -05 00 05 10

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

Corre

nte

mA

Potencial V vs AgAgCl

cupom natildeo funcionalizado cupom funcionalizado cupom funcionalizado trat HNO3

cupom funcionalizado trat NaOH

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 451

DISCUSSAtildeO

A fotomicrografia obtida por meio da microscopia de forccedila atocircmica da amostra contro-le permite observar a presenccedila de alguns precipitados que foram originados no processo de obtenccedilatildeo da liga de accedilo (Figura 1a) Alguns riscos satildeo tambeacutem observados e podem ter sua origem no processo de limpeza mecacircnica ou mesmo no processo de laminaccedilatildeo da liga de accedilo Jaacute a amostra recoberta com filme de prata (Figura 1b) apresentou uma ligeira mudanccedila na superfiacutecie com a presenccedila de aglomerados sobre a superfiacutecie que satildeo devido ao processo de nucleaccedilatildeo na fase de vapor efeito comum no processo de deposiccedilatildeo por sputtering (Machuno et al 2016)

Os resultados de adesatildeo bacteriana em cupons de accedilo inoxidaacutevel funcionalizados com prata apresentados na Tabela 1 mostraram que houve menor nuacutemero de ceacutelulas aderidas de S aureus na superfiacutecie de accedilo inoxidaacutevel quando comparado agrave E coli Outros trabalhos relatam resultado diferente do observado nesse estudo sendo as bacteacuterias Gram-negativas mais susceptiacuteveis agrave accedilatildeo da prata e as Gram-positivas menos susceptiacuteveis sugerindo um efeito protetor promovido pela camada mais espessa de peptideoglicano nas Gram-positivas (Zilio et al 2020 Ji et al 2020)

Alguns mecanismos de accedilatildeo de iacuteons Ag+ sobre micro-organismos tecircm sido propostos como a possibilidade de ligaccedilatildeo extracelular ou precipitaccedilatildeo do referido iacuteon na parede e membrana celular (Franci et al 2015) O iacuteon Ag+ poderaacute interagir com proteiacutenas celulares incluindo enzimas levando agrave inativaccedilatildeo das proteiacutenas provocando a letalidade das ceacutelulas (Gomaa 2017) Outra accedilatildeo proposta refere-se agrave interaccedilatildeo do iacuteon Ag+ com o aacutecido desoxir-ribonucleacuteico (DNA) por meio de deslocamento das ligaccedilotildees de hidrogecircnio entre as bases puriacutenicas e pirimidiacutenicas impedindo sua replicaccedilatildeo Por uacuteltimo eacute tambeacutem aceito que o iacuteon Ag+ se liga a grupos doadores de eleacutetrons como aminas hidroxilas e fosfatos que contecircm nitrogecircnio oxigecircnio e enxofre (Deng et al 2015) Dentre os mecanismos foram relatados como os principais os danos diretos na membrana celular e a geraccedilatildeo de espeacutecies reativas de oxigecircnio pelos iacuteons de prata (Ontong et al 2020)

Assim a espeacutecie do micro-organismo em contato com a prata eacute de grande importacircncia no mecanismo de reaccedilatildeo envolvida As bacteacuterias satildeo classificadas em Gram-positivas ou Gram-negativas em funccedilatildeo da diferenccedila na arquitetura da parede celular Considerando as bacteacuterias desse estudo tem-se Ecoli como Gram-negativa e S aureus como Gram-positiva A parede celular de Gram-positiva consiste de uma camada espessa de pepti-deoglicano (~30 nm) enquanto a parede celular da Gram-negativa apresenta estrutura e composiccedilatildeo da membrana mais complexa Na Gram-negativa a camada de peptideoglicano eacute mais fina (~10 nm) e a superfiacutecie externa da ceacutelula possui uma membrana consistindo de proteiacutenas lipopolissacariacutedeos e fosfolipiacutedeos (Ubbink e Schar-zammaretti 2007 Beveridge

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1452

1999) A superfiacutecie do peptideoglicano de bacteacuteria Gram-positiva eacute coberta principalmen-te por polissacariacutedeos neutros e aacutecidos grande nuacutemero de diferentes proteiacutenas e aacutecidos teicoicos (Jefferson 2004)

Dessa forma a interaccedilatildeo do iacuteon Ag+ para a reduccedilatildeo da carga microbiana pode ter ocorrido com os grupos carboxil e fosforil os quais conferem agrave superfiacutecie celular uma den-sidade de carga negativa De acordo com Langley amp Beveridge (1999) quando a superfiacutecie celular estaacute em contato direto com o ambiente os grupos carregados dentro da camada da superfiacutecie satildeo capazes de interagir com os iacuteons ou moleacuteculas carregadas presentes no meio externo Portanto os caacutetions podem tornar-se atraiacutedos eletrostaticamente e ligarem-se na superfiacutecie celular Os locais responsaacuteveis pela ligaccedilatildeo com metais no micro-organismo satildeo provavelmente nestes grupos carboxil dentro do peptideoglicano assim como nos grupos fosforil de aacutecidos teicoicos e teicurocircnicos presentes nas superfiacutecies bacterianas (Katsikogianni amp Missirlis 2004)

Trabalho semelhante na literatura foi realizado mas com implantaccedilatildeo de outros iacuteons Os autores Zhao et al (2008) implantaram os iacuteons +++

3 SiFON na superfiacutecie do accedilo inoxidaacutevel De acordo com os pesquisadores os iacuteons implantados tornam a superfiacutecie me-nos atrativa para a bacteacuteria afetando o processo de adesatildeo e isso eacute possiacutevel em razatildeo da implantaccedilatildeo do iacuteon reduzir a energia livre da superfiacutecie Neste estudo a dose e a energia de implantaccedilatildeo dos iacuteons foram de 1016 iacuteonscm2 e 30 KeV respectivamente Os autores tambeacutem observaram que a superfiacutecie com a presenccedila do iacuteon +

3SiF apresentou a melhor reduccedilatildeo da adesatildeo bacteriana Neste estudo a adesatildeo bacteriana reduziu com a diminuiccedilatildeo da energia da superfiacutecie As superfiacutecies com iacuteons implantados apresentaram melhores resultados que as superfiacutecies controle quanto agrave adesatildeo Os autores concluiacuteram que a superfiacutecie de accedilo inoxidaacutevel com +

3SiF pode exercer importante funccedilatildeo na reduccedilatildeo de ceacutelulas aderidasNovello (2012) avaliou a capacidade de adesatildeo de Listeria monocytogenes CECT

4031 T em superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel austeniacutetico AISI 304 implantadas com iacuteons Ag+ com energias de 70 e 200 keV Os autores observaram que a energia de implantaccedilatildeo influenciou a eficiecircncia antimicrobiana sendo que o melhor resultado para a superfiacutecie de accedilo AISI 304 foi com a implantaccedilatildeo em que se aplicou 70 keV Nessa superfiacutecie houve reduccedilatildeo de mais de dois ciclos log enquanto que na superfiacutecie com energia de 200 keV a adesatildeo natildeo diferiu da superfiacutecie controle

A meacutedia da reduccedilatildeo microbiana alcanccedilada nesse estudo para as duas bacteacuterias foi de 135 reduccedilotildees logariacutetmicas essa reduccedilatildeo natildeo caracteriza a superfiacutecie como sanitizante ou seja natildeo se pode afirmar que a superfiacutecie funcionalizada eacute alternativa ao uso do cloro Pode-se inferir que a funcionalizaccedilatildeo da superfiacutecie pode contribuir para menor adesatildeo de ceacutelulas microbianas e consequentemente pode diminuir o risco de contaminaccedilatildeo dos alimentos que

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entrarem em contato com a superfiacutecie funcionalizada Ademais considerando a reduccedilatildeo meacutedia de 135 ciclos logariacutetmicos pode-se optar pelo uso de um sanitizante diferente dos clorados inorgacircnicos para complementar a eficiecircncia da etapa de sanitizaccedilatildeo obtendo-se um sinergismo positivo reduzindo tambeacutem a possibilidade de formaccedilatildeo de trihalometanos

Zilio et al (2020) observaram a presenccedila de prata nas superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel AISI 304 a uma profundidade de ateacute 5 nm da superfiacutecie e a concentraccedilatildeo mais alta foi de aproximadamente 17 nm de profundidade quando a prata foi aplicada com energia de 2 keV Novello (2012) observou a presenccedila de prata nas superfiacutecies de estudo (accedilo inoxidaacutevel AISI 304) a uma profundidade de 25 nm quando a prata foi aplicada com energia de 200 keV e de 15 nm quando aplicada com energia de 70 keV Tendo em vista que o bombardeamento proposto por Novello (2012) eacute obtido com teacutecnicas de maior complexidade que inviabilizam sua aplicaccedilatildeo em larga escala o meacutetodo aqui proposto utilizando sputtering teacutecnica propiacutecia e reconhecida para a deposiccedilatildeo de filmes em grandes aacutereas e quantidades (Machuno et al 2016) viabiliza assim o processo industrialmente

A partir de Tabela 2 eacute possiacutevel verificar que as s superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel tanto controle como as funcionalizadas com a prata foram consideradas hidrofoacutebicas por apresen-tarem o valor TOT

sasG∆ negativo Aleacutem disso verificou-se que houve diferenccedila (p lt 005) entre os valores de TOT

sasG∆ encontrados paras as superfiacutecies funcionalizadas quando comparadas agraves superfiacutecies controles sendo possiacutevel afirmar que o tratamento das superfiacutecies de accedilo com prata contribuiu para o aumento da hidrofobicidade das superfiacutecies O aumento no valor da hidrofobicidade proveniente da funcionalizaccedilatildeo da superfiacutecie com prata pode ser justificado pela reduccedilatildeo na energia potencial de solvataccedilatildeo quando se tem prata iocircnica interagindo com a aacutegua Nessa interaccedilatildeo o maior raio de interaccedilatildeo do iacuteon (Ag+) com a moleacutecula de aacutegua ocasiona a reduccedilatildeo na energia potencial da interaccedilatildeo iacuteon-dipolo (Equaccedilatildeo 4) e consequen-temente no aumento da hidrofobicidade (Atkinsamp Jones 2006)

EZrp | |

2 (4)

Em que Ep significa a energia potencial de solvataccedilatildeo Z a carga do iacuteon μ o momento de dipolo eleacutetrico da moleacutecula polar (H2O) r eacute o raio de hidrataccedilatildeo do iacuteon (Ag+)

O paracircmetro ΔGTOT calculado expressou a variaccedilatildeo da energia livre de interaccedilatildeo in-terfacial entre as moleacuteculas do material imersas em aacutegua e eacute a mais apropriada medida da hidrofobicidade sendo considerado um criteacuterio quantitativo Esse criteacuterio quantitativo define a superfiacutecie quanto agrave hidrofobicidade de forma eficiente uma vez que leva em consideraccedilatildeo as interaccedilotildees do tipo van der Waals interaccedilotildees eletrostaacuteticas aleacutem das forccedilas de interaccedilatildeo de caraacuteter polar podendo estas ser atrativas ou repulsivas

Essas superfiacutecies funcionalizadas com antimicrobianos satildeo promissoras para uso na induacutestria de alimentos uma vez que a adesatildeo e a formaccedilatildeo de biofilme podem reduzir a

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eficiecircncia de transferecircncia de energia na forma de calor em trocadores teacutermicos diminuir o fluxo em tubulaccedilotildees desencadear processos corrosivos e principalmente se tornarem fontes de contaminaccedilatildeo microbiana Sob o aspecto microbioloacutegico a adesatildeo pode consti-tuir-se de micro-organismos alteradores eou patogecircnicos que resultam em seacuterios proble-mas de higiene de sauacutede puacuteblica ou de ordem econocircmica (Beech 2004 Masaaki 2006 Arauacutejo et al 2010)

Quanto ao estudo de voltametria ciacuteclica a anaacutelise conjunta dos VC a partir da Figura 2 mostrou que os picos de corrente anoacutedicos satildeo semelhantes para os dois cupons de accedilo inox sem prata aacuterea eletroativa com boa reprodutibilidade A partir dos VC (Figura 2) observa-se que no primeiro ciclo (varredura direta) ocorre a oxidaccedilatildeo do ferro (elemento majoritaacuterio da composiccedilatildeo quiacutemica do accedilo inoxidaacutevel austeniacutetico AISI 304) em potencial de + 050 V que se refere agrave formaccedilatildeo do iacuteon Fe2+ (Gentil 2007) Na varredura inversa desse mesmo ciclo natildeo foi possiacutevel identificar o aparecimento dos picos de reduccedilatildeo

Pode-se observar (Figura 3) que haacute modificaccedilatildeo na superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica com prata Verifica-se que no primeiro ciclo (varredura direta) ocorre a oxidaccedilatildeo do ferro (+05V) jaacute na varredura inversa desse mesmo ciclo aparecem picos alongados de reduccedilatildeo (+ 025 a - 025V) que se referem a reduccedilatildeo dos materiais depositados na superfiacutecie do accedilo inox por pulverizaccedilatildeo catoacutedica iacuteons Ag+ e impurezas na superfiacutecie do cupom de accedilo

Os valores de corrente para o cupom de accedilo modificado satildeo diferentes dos valores de corrente para o cupom natildeo funcionalizado o que implica que a prata fica depositada sobre a superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica com au-mento (85) da aacuterea eletroativa do cupom de accedilo inox

Por fim observou-se tambeacutem que houve maior similaridade no comportamento eletro-quiacutemico entre os cupons de accedilo funcionalizados com filme de prata antes e apoacutes a simulaccedilatildeo da limpeza CIP em relaccedilatildeo ao cupom natildeo funcionalizado (Figura 4) Com isso verifica-se que natildeo houve lixiviaccedilatildeo da prata na simulaccedilatildeo de limpeza CIP Sendo assim a pulverizaccedilatildeo catoacutedica pode ser empregada na induacutestria de alimentos para depositar prata nas superfiacutecies de processamento de alimentos sem restriccedilatildeo em utilizar a limpeza CIP

Apoacutes o contato do cupom de accedilo funcionalizado com as amostras de leite integral UHT e leite desnatado UHT natildeo foi possiacutevel quantificar os iacuteons Ag+ uma vez que todas as anaacute-lises ficaram abaixo do limite de quantificaccedilatildeo (0002 μg Lndash1) da voltametria de redissoluccedilatildeo anoacutedica para anaacutelise de metais (RileyampWatson 1987)

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CONCLUSAtildeO CONSIDERACcedilOtildeES FINAIS

As amostras de accedilo inox foram eficientemente funcionalizadas com recobrimento de prata usando pulverizaccedilatildeo catoacutedica A funcionalizaccedilatildeo das superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel mostrou ser eficiente para reduccedilatildeo da carga microbiana aderida o que reduz o risco de poacutes-contaminaccedilatildeo de produtos na induacutestria de alimentos O recobrimento manteve as ca-racteriacutesticas morfoloacutegicas das superfiacutecies das amostras funcionalizadas Um ligeiro aumento na rugosidade meacutedia das amostras foi observado nas amostras funcionalizadas

Do ponto de vista eletroquiacutemico observou-se que houve modificaccedilatildeo na superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica ou seja a prata perma-neceu depositada sobre a superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulve-rizaccedilatildeo catoacutedica com aumento da aacuterea eletroativa do cupom de accedilo inox Os resultados portanto indicam o potencial do uso das amostras funcionalizadas com prata na induacutestria de alimentos a fim de reduzir a quantidade de cloro inorgacircnico aplicado comumente na etapa de sanitizaccedilatildeo Aleacutem disso o processo de pulverizaccedilatildeo catoacutedica pode ser usado em escala industrial reduzindo custos de produccedilatildeo uma vez que natildeo satildeo usados processos quiacutemicos nesse processo

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Page 4: funcionalizada com prata por pulverização catódica · 2020. 12. 18. · presença de prata. Os resultados de adesão bacteriana mostraram que houve menor número de células aderidas

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1444

O motivo fundamental da maioria das aplicaccedilotildees de coberturas antimicrobianas eacute a promessa de materiais com funcionalidades melhoradas e uma possiacutevel reduccedilatildeo do uso de substacircncias quiacutemicas cloradas que satildeo prejudiciais agrave sauacutede humana e a qualidade ambiental (Chaudhryet al 2010) Esse motivo torna-se de grande importacircncia na aacuterea de alimentos uma vez que uma superfiacutecie funcionalizada com antimicrobiano a base de prata pode reduzir o uso de sanitizantes quiacutemicos na segunda etapa do processo de higienizaccedilatildeo

OBJETIVO

Funcionalizar a superfiacutecie de accedilo inoxidaacutevel com prata por sputtering e avaliar a capa-cidade antimicrobiana dessa superfiacutecie sobre bacteacuterias patogecircnicas Para tanto substratos de accedilo inoxidaacutevel AISI 304 foram utilizados com e sem a presenccedila de filmes finos de prata e expostos agrave presenccedila de Escherichia coli e Staphylococcus aureus Os materiais foram tambeacutem analisados com auxiacutelio do goniocircmetro para investigar a energia de superfiacutecies por Microscopia de Forccedila Atocircmica para caracterizar as superfiacutecies quanto agrave sua morfologia e por Voltametria ciacuteclica para comprovaccedilatildeo da presenccedila de prata

MEacuteTODOS

As superfiacutecies utilizadas para a adesatildeo das ceacutelulas bacterianas foram cupons de accedilo inoxidaacutevel austeniacutetico AISI 304 com dimensotildees de 10 x 10 x 1 mm Os cupons foram doados pela empresa APERAM Ltda

Preparo dos cupons de accedilo inoxidaacutevel

Inicialmente as superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel AISI 304 foram higienizadas por imersatildeo em detergente neutro durante 1 h enxaguadas com aacutegua destilada esterilizada secas e limpas com aacutelcool 70 (vv) Apoacutes a higienizaccedilatildeo os cupons foram novamente lavados com aacutegua destilada esterilizada secos por 2 h a 60 ordmC e autoclavados a 121 ordmC por 15 minutos

Funcionalizaccedilatildeo das superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel com prata

Os filmes de prata foram depositados sobre os cupons de accedilo inoxidaacutevel pela teacutecnica de sputteting (Machuno et al 2016) A fim de obter filmes de alta qualidade prata (Ag) padratildeo de 2 polegadas de diacircmetro e 999 de pureza adquirido de Kurt Lesker foi usada em uma cacircmara a 0006 mTorr de pressatildeo residual A deposiccedilatildeo foi realizada em Argocircnio (9999) a 50 mTorr durante 2 minutos e resultou em filmes com excelente aspecto visual

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 445

Medida da espessura do filme de prata depositado sobre os cupons de accedilo inoxidaacutevel

A microscopia de forccedila atocircmica foi utilizada para medir a espessura do filme de prata depositado sobre os cupons de accedilo inoxidaacutevel O equipamento utilizado foi Microscoacutepio Shimadzu SPM 9700 as medidas foram realizadas no modo dinacircmico atraveacutes de cantilever de siliacutecio (Si) fornecido pela empresa NT-MDT As imagens foram tratadas de modo a se obter as espessuras e rugosidades das superfiacutecies com o software Gwyddion

Efeito antimicrobiano das superfiacutecies funcionalizadas com prata

Estirpes de Escherichia coli (ATCC 11229) e de Staphylococcus aureus (ATCC 6538) foram ativadas duas vezes em caldo BHI e incubados de 18-24 h em estufa a 36 plusmn 1deg C A seguir os cupons funcionalizados com prata e controle (sem revestimento) previamente higienizados foram adicionados em tubos falcon contendo caldo BHI Em cada tubo foi acrescentado 1 mL da cultura bacteriana de E coli e de Saureus Os tubos foram incubados sob agitaccedilatildeo de 120 rpm a 37 ordmC para S aureus e para Ecoli por 72 h sendo que a cada 24 h o meio era trocado Em seguida os cupons foram removidos e lavados com tampatildeo fosfato salino (PBS pH 74 01 M) esterilizado removendo-se assim as ceacutelulas natildeo aderidas (Marques 2005) Na sequecircncia os cupons foram imersos no tampatildeo fosfato salino com a finalidade de remover as ceacutelulas seacutesseis por meio de agitaccedilatildeo em vortex (Velp Scientifica) durante 1 min Diluiccedilotildees foram preparadas a partir deste uacuteltimo tampatildeo e aliacutequotas foram plaqueadas em aacutegar padratildeo para contagem (PCA) determinando-se o nuacutemero de unidades formadoras de colocircnias por centiacutemetro quadrado (UFCcmndash2) aplicando a equaccedilatildeo 1 Todo o procedimento foi realizado em duplicata sendo trecircs repeticcedilotildees

Contagem UFC cmC VV A

R

A

2

(1)

Em que C meacutedia do nuacutemero de unidades formadoras de colocircnias (UFC) VR Volume usado na rinsagem (mL) VA Volume usado no plaqueamento (mL) A aacuterea do cupom (cmsup2)

Voltametria ciacuteclica

Para a anaacutelise dos efeitos da deposiccedilatildeo de prata nas superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel (eletrodo de trabalho) foi empregada a voltametria ciacuteclica utilizando como eletroacutelito su-porte a soluccedilatildeo aquosa de KOH 01 molLndash1 eletrodo de referecircncia foi o AgAgCl em KCl 3 molLndash1 e o contra eletrodo foi o de platina aacuterea geomeacutetrica de 2 cm2O potenciostato utili-zado na aplicaccedilatildeo das teacutecnicas voltameacutetricas foi o CH Instruments modelo 760C Metrohm Autolab Nova 20

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1446

Detecccedilatildeo de resiacuteduos de prata em leite integral e leite desnatado

Com o objetivo de observar a lixiviaccedilatildeo da prata para o alimento utilizaram-se amos-tras de leite integral UHT e leite desnatado UHT em contato com cupons de accedilo inoxidaacutevel funcionalizados com prata A imersatildeo dos cupons com o leite ocorreu durante 48 horas de acordo com a metodologia adaptada Brasil (1998) Apoacutes o contato a quantificaccedilatildeo dos iacuteons prata (Ag+) nas amostras de leite foi realizada pelo meacutetodo da voltametria de redissoluccedilatildeo anoacutedica (RileyampWatson 1987)

Simulaccedilatildeo de limpeza CIP

A simulaccedilatildeo da limpeza CIP foi realizada para observar a estabilidade da prata na superfiacutecie funcionalizada apoacutes o contato com os detergentes de limpeza Desta forma o experimento foi conduzindo simulando 06 meses de limpeza CIP com uso de hidroacutexido de soacutedio 15 (mv)(Vetec Quiacutemica Fina Ltda) agrave 80 deg C e aacutecido niacutetrico (SIGMA-ALDRICH) a 05 (vv) agrave 70 degC (Andrade 2008) Para perfazer o tempo de 06 meses cupons higieniza-dos foram colocados em imersatildeo no hidroacutexido de soacutedio (NaOH) por 42 horas e imersos em aacutecido niacutetrico (HNO3) por 6 horas Apoacutes a exposiccedilatildeo os cupons foram enxaguados com aacutegua destilada por 5 minutos e conduzidos para anaacutelise por voltametria ciacuteclica (item 25) A esta-bilidade da prata na superfiacutecie do accedilo inoxidaacutevel foi avaliada a partir da sobreposiccedilatildeo dos voltamogramas ciacuteclicos dos cupons funcionalizados e natildeo funcionalizados antes e apoacutes a simulaccedilatildeo da limpeza CIP

Medida da hidrofobicidade do cupom

Os acircngulos de contato das amostras de cupom de accedilo inoxidaacutevel controle e funcio-nalizados foram medidos por meio da gota seacutessil com auxiacutelio do equipamento goniocircmetro Trecircs liacutequidos com polaridades diferentes foram usados (aacutegua destilada formamida (PA) e α-bromonaphthaleno (PA) para o caacutelculo da energia da superfiacutecie

Determinaccedilatildeo da energia livre de interaccedilatildeo e da variaccedilatildeo da energia livre de adesatildeo

Para o caacutelculo da variaccedilatildeo da energia de interaccedilatildeo hidrofoacutebica aplicou-se a teoria dos componentes de tensatildeo interfacial (VAN OSS 1994) Apoacutes as aproximaccedilotildees das equaccedilotildees envolvidas na teoria a energia da superfiacutecie (ys) seja ela da bacteacuteria ou das superfiacutecies de processamento de alimentos resultou da combinaccedilatildeo de trecircs contribuiccedilotildees (equaccedilatildeo 2)

(2)

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 447

Em que γLW representa o componente da interaccedilatildeo de Lifshit-van der Waals γ+ refere-se ao componente da interaccedilatildeo de aacutecido de Lewis e γndash eacute o componente da interaccedilatildeo da base de Lewis Aplicando uma gota de um liquido no equiliacutebrio com a superfiacutecie os componentes γs

LW γs+ e γs

ndash foram calculados (Equaccedilatildeo 3) usando as medidas do acircngulo de contato

(3)

Em que eacute a tensatildeo superficial do liquido usado na medida eacute o acircngulo de con-tato medido e S e l indicam superfiacutecie e liacutequido respectivamente Para determinar esses componentes da energia livre da superfiacutecie γs

LW e os paracircmetros γs+ e γs

ndash de uma superfiacutecie foi medido o acircngulo de contato de pelo menos trecircs liacutequidos com conhecidos componentes de tensatildeo interfacial (γs

LW γs+ e γs

ndash )A energia livre de adesatildeo (∆Gadhesion) foi calculada com base nas medidas do acircngulo

de contato e nos valores dos componentes das tensotildees interfaciais obtendo os valores para ∆Gbls

LW e∆GblsAB

Delineamento experimental

O delineamento para o experimento foi inteiramente casualizado A contagem das bacteacuterias nos cupons foi expressa como Log de UFC cmndash2 Os dados foram analisados por meio da Anaacutelise de Variacircncia (ANOVA) e as meacutedias foram comparadas usando teste Tukey a 5 de probabilidade O experimento foi realizado em trecircs repeticcedilotildees As anaacutelises foram feitas com auxiacutelio do software estatiacutestico STATISTICAversatildeo 80

RESULTADOS

As morfologias representativas das superfiacutecies do accedilo controle (sem filme) e do accedilo recoberto com filme de prata satildeo mostradas na Figura 1 Uma anaacutelise criteriosa envolveu a estimativa de rugosidade meacutedia em medidas feitas por AFM em diversos pontos da superfiacute-cie das amostras e resultou nos valores de 66 plusmn 256 nm e 128 plusmn 57 nm para as amostras controle e recobertas com filme de prata respectivamente indicando que o depoacutesito de prata contribui para uma superfiacutecie mais rugosa O uso de AFM permitiu ainda a medida da espessura do filme de prata que neste caso foi de 31 nm

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1448

Figura 1 Imagem topograacutefica obtida por AFM para o substrato de Accedilo inox controle (a) e para accedilo recoberto com filme de prata (b)

A Tabela 1 apresenta os resultados de adesatildeo bacteriana em cupons de accedilo inoxidaacutevel funcionalizados com prata

Tabela 1 Meacutedia do Log do nuacutemero de ceacutelulas aderidas (UFCcm2) de Escherichia coli e Staphylococcus aureus em superfiacutecies funcionalizadas com prata

Tratamentos CupomControle

CupomPrata Reduccedilatildeo Decimal

Adesatildeo de E coli 699a 606a 093

Adesatildeo de S aureus 741a 593b 177

Meacutedias seguidas por letras iguais na mesma coluna natildeo diferem entre si pelo teste Tukey (p lt 005)

Jaacute a Tabela 2 apresenta os resultados da variaccedilatildeo da energia livre da interaccedilatildeo hidro-foacutebica ( TOT

sasG∆ ) obtida por meio dos valores dos acircngulos de contato

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 449

Tabela 2 Valores dos componentes apolares (∆GsasLW) e polares (∆Gsas

AB) da energia livre total de interaccedilatildeo das superfiacutecies funcionalizadas de accedilo inoxidaacutevel

Superfiacutecies ∆GsasLW (mJm2) ∆Gsas

AB (mJm2) TOTsasG∆

(mJm2)

Accedilo inoxidaacutevel controle -234098 -18549 -20889a

Accedilo inoxidaacutevel prata -12713 -365716 -49284b

Meacutedias seguidas por letras iguais na mesma coluna natildeo diferem entre si pelo teste Tukey (p lt 005)

Quanto ao estudo de voltametria ciacuteclica sabe-se que os cupons de accedilo inox devem apresentar respostas eletroquiacutemicas semelhantes para serem utilizados nos experimentos de deposiccedilatildeo de prata por pulverizaccedilatildeo catoacutedica A Figura 2 mostra o perfil eletroquiacutemico de dois cupons de accedilo em soluccedilatildeo aquosa de KOH 01 molLndash1

Figura 2 Voltametria ciacuteclica do accedilo inox em soluccedilatildeo aquosa de KOH 01 mol Lndash1Nuacutemero de ciclo = 1 v= 50 mV sndash1 janela de potencial -1 a + 1V

-10 -05 00 05 10

-0004

-0002

0000

0002

0004

0006

0008

Corre

nte

mA

Potencial V vs AgAgCl

cupom de accedilo sem prata cupom de accedilo sem prata

A Figura 3 mostra a regiatildeo de atividade eletroquiacutemica do cupom de accedilo funcionalizado com prata comparado com o cupom de accedilo natildeo funcionalizado com prata em soluccedilatildeo de KOH 01 molLndash1

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1450

Figura 3 Voltametria ciacuteclica dos cupons de accedilo inox natildeo funcionalizados com prata (-) e funcionalizados com prata (-) em soluccedilatildeo aquosa de KOH 01 mol Lndash1Nuacutemero de ciclo = 1 v= 50 mV sndash1 janela de potencial -1 a + 1V

-10 -05 00 05 10-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

Corre

nte

mA

Potencial V vs AgAgCl

cupom de accedilo sem prata cupom de accedilo com prata

A Figura 4 mostra a sobreposiccedilatildeo dos voltamogramas ciacuteclicos dos cupons de accedilo inox natildeo funcionalizados funcionalizados antes e apoacutes o tratamento com aacutecido niacutetrico e hidroacutexido de soacutedio (simulaccedilatildeo de limpeza CIP)

Figura 4 Voltamogramas ciacuteclicos do 1deg ciclo de varredura obtidos em soluccedilatildeo eletroliacutetica de KOH 01 mol Lndash1 v= 50 mV sndash1 janela de potencial -1 a + 1V para os cupons de accedilo inox natildeo funcionalizado (-) funcionalizados com prata (-) apoacutes

tratamento com HNO3 (-) e NaOH (-)

-10 -05 00 05 10

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

Corre

nte

mA

Potencial V vs AgAgCl

cupom natildeo funcionalizado cupom funcionalizado cupom funcionalizado trat HNO3

cupom funcionalizado trat NaOH

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DISCUSSAtildeO

A fotomicrografia obtida por meio da microscopia de forccedila atocircmica da amostra contro-le permite observar a presenccedila de alguns precipitados que foram originados no processo de obtenccedilatildeo da liga de accedilo (Figura 1a) Alguns riscos satildeo tambeacutem observados e podem ter sua origem no processo de limpeza mecacircnica ou mesmo no processo de laminaccedilatildeo da liga de accedilo Jaacute a amostra recoberta com filme de prata (Figura 1b) apresentou uma ligeira mudanccedila na superfiacutecie com a presenccedila de aglomerados sobre a superfiacutecie que satildeo devido ao processo de nucleaccedilatildeo na fase de vapor efeito comum no processo de deposiccedilatildeo por sputtering (Machuno et al 2016)

Os resultados de adesatildeo bacteriana em cupons de accedilo inoxidaacutevel funcionalizados com prata apresentados na Tabela 1 mostraram que houve menor nuacutemero de ceacutelulas aderidas de S aureus na superfiacutecie de accedilo inoxidaacutevel quando comparado agrave E coli Outros trabalhos relatam resultado diferente do observado nesse estudo sendo as bacteacuterias Gram-negativas mais susceptiacuteveis agrave accedilatildeo da prata e as Gram-positivas menos susceptiacuteveis sugerindo um efeito protetor promovido pela camada mais espessa de peptideoglicano nas Gram-positivas (Zilio et al 2020 Ji et al 2020)

Alguns mecanismos de accedilatildeo de iacuteons Ag+ sobre micro-organismos tecircm sido propostos como a possibilidade de ligaccedilatildeo extracelular ou precipitaccedilatildeo do referido iacuteon na parede e membrana celular (Franci et al 2015) O iacuteon Ag+ poderaacute interagir com proteiacutenas celulares incluindo enzimas levando agrave inativaccedilatildeo das proteiacutenas provocando a letalidade das ceacutelulas (Gomaa 2017) Outra accedilatildeo proposta refere-se agrave interaccedilatildeo do iacuteon Ag+ com o aacutecido desoxir-ribonucleacuteico (DNA) por meio de deslocamento das ligaccedilotildees de hidrogecircnio entre as bases puriacutenicas e pirimidiacutenicas impedindo sua replicaccedilatildeo Por uacuteltimo eacute tambeacutem aceito que o iacuteon Ag+ se liga a grupos doadores de eleacutetrons como aminas hidroxilas e fosfatos que contecircm nitrogecircnio oxigecircnio e enxofre (Deng et al 2015) Dentre os mecanismos foram relatados como os principais os danos diretos na membrana celular e a geraccedilatildeo de espeacutecies reativas de oxigecircnio pelos iacuteons de prata (Ontong et al 2020)

Assim a espeacutecie do micro-organismo em contato com a prata eacute de grande importacircncia no mecanismo de reaccedilatildeo envolvida As bacteacuterias satildeo classificadas em Gram-positivas ou Gram-negativas em funccedilatildeo da diferenccedila na arquitetura da parede celular Considerando as bacteacuterias desse estudo tem-se Ecoli como Gram-negativa e S aureus como Gram-positiva A parede celular de Gram-positiva consiste de uma camada espessa de pepti-deoglicano (~30 nm) enquanto a parede celular da Gram-negativa apresenta estrutura e composiccedilatildeo da membrana mais complexa Na Gram-negativa a camada de peptideoglicano eacute mais fina (~10 nm) e a superfiacutecie externa da ceacutelula possui uma membrana consistindo de proteiacutenas lipopolissacariacutedeos e fosfolipiacutedeos (Ubbink e Schar-zammaretti 2007 Beveridge

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1452

1999) A superfiacutecie do peptideoglicano de bacteacuteria Gram-positiva eacute coberta principalmen-te por polissacariacutedeos neutros e aacutecidos grande nuacutemero de diferentes proteiacutenas e aacutecidos teicoicos (Jefferson 2004)

Dessa forma a interaccedilatildeo do iacuteon Ag+ para a reduccedilatildeo da carga microbiana pode ter ocorrido com os grupos carboxil e fosforil os quais conferem agrave superfiacutecie celular uma den-sidade de carga negativa De acordo com Langley amp Beveridge (1999) quando a superfiacutecie celular estaacute em contato direto com o ambiente os grupos carregados dentro da camada da superfiacutecie satildeo capazes de interagir com os iacuteons ou moleacuteculas carregadas presentes no meio externo Portanto os caacutetions podem tornar-se atraiacutedos eletrostaticamente e ligarem-se na superfiacutecie celular Os locais responsaacuteveis pela ligaccedilatildeo com metais no micro-organismo satildeo provavelmente nestes grupos carboxil dentro do peptideoglicano assim como nos grupos fosforil de aacutecidos teicoicos e teicurocircnicos presentes nas superfiacutecies bacterianas (Katsikogianni amp Missirlis 2004)

Trabalho semelhante na literatura foi realizado mas com implantaccedilatildeo de outros iacuteons Os autores Zhao et al (2008) implantaram os iacuteons +++

3 SiFON na superfiacutecie do accedilo inoxidaacutevel De acordo com os pesquisadores os iacuteons implantados tornam a superfiacutecie me-nos atrativa para a bacteacuteria afetando o processo de adesatildeo e isso eacute possiacutevel em razatildeo da implantaccedilatildeo do iacuteon reduzir a energia livre da superfiacutecie Neste estudo a dose e a energia de implantaccedilatildeo dos iacuteons foram de 1016 iacuteonscm2 e 30 KeV respectivamente Os autores tambeacutem observaram que a superfiacutecie com a presenccedila do iacuteon +

3SiF apresentou a melhor reduccedilatildeo da adesatildeo bacteriana Neste estudo a adesatildeo bacteriana reduziu com a diminuiccedilatildeo da energia da superfiacutecie As superfiacutecies com iacuteons implantados apresentaram melhores resultados que as superfiacutecies controle quanto agrave adesatildeo Os autores concluiacuteram que a superfiacutecie de accedilo inoxidaacutevel com +

3SiF pode exercer importante funccedilatildeo na reduccedilatildeo de ceacutelulas aderidasNovello (2012) avaliou a capacidade de adesatildeo de Listeria monocytogenes CECT

4031 T em superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel austeniacutetico AISI 304 implantadas com iacuteons Ag+ com energias de 70 e 200 keV Os autores observaram que a energia de implantaccedilatildeo influenciou a eficiecircncia antimicrobiana sendo que o melhor resultado para a superfiacutecie de accedilo AISI 304 foi com a implantaccedilatildeo em que se aplicou 70 keV Nessa superfiacutecie houve reduccedilatildeo de mais de dois ciclos log enquanto que na superfiacutecie com energia de 200 keV a adesatildeo natildeo diferiu da superfiacutecie controle

A meacutedia da reduccedilatildeo microbiana alcanccedilada nesse estudo para as duas bacteacuterias foi de 135 reduccedilotildees logariacutetmicas essa reduccedilatildeo natildeo caracteriza a superfiacutecie como sanitizante ou seja natildeo se pode afirmar que a superfiacutecie funcionalizada eacute alternativa ao uso do cloro Pode-se inferir que a funcionalizaccedilatildeo da superfiacutecie pode contribuir para menor adesatildeo de ceacutelulas microbianas e consequentemente pode diminuir o risco de contaminaccedilatildeo dos alimentos que

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entrarem em contato com a superfiacutecie funcionalizada Ademais considerando a reduccedilatildeo meacutedia de 135 ciclos logariacutetmicos pode-se optar pelo uso de um sanitizante diferente dos clorados inorgacircnicos para complementar a eficiecircncia da etapa de sanitizaccedilatildeo obtendo-se um sinergismo positivo reduzindo tambeacutem a possibilidade de formaccedilatildeo de trihalometanos

Zilio et al (2020) observaram a presenccedila de prata nas superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel AISI 304 a uma profundidade de ateacute 5 nm da superfiacutecie e a concentraccedilatildeo mais alta foi de aproximadamente 17 nm de profundidade quando a prata foi aplicada com energia de 2 keV Novello (2012) observou a presenccedila de prata nas superfiacutecies de estudo (accedilo inoxidaacutevel AISI 304) a uma profundidade de 25 nm quando a prata foi aplicada com energia de 200 keV e de 15 nm quando aplicada com energia de 70 keV Tendo em vista que o bombardeamento proposto por Novello (2012) eacute obtido com teacutecnicas de maior complexidade que inviabilizam sua aplicaccedilatildeo em larga escala o meacutetodo aqui proposto utilizando sputtering teacutecnica propiacutecia e reconhecida para a deposiccedilatildeo de filmes em grandes aacutereas e quantidades (Machuno et al 2016) viabiliza assim o processo industrialmente

A partir de Tabela 2 eacute possiacutevel verificar que as s superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel tanto controle como as funcionalizadas com a prata foram consideradas hidrofoacutebicas por apresen-tarem o valor TOT

sasG∆ negativo Aleacutem disso verificou-se que houve diferenccedila (p lt 005) entre os valores de TOT

sasG∆ encontrados paras as superfiacutecies funcionalizadas quando comparadas agraves superfiacutecies controles sendo possiacutevel afirmar que o tratamento das superfiacutecies de accedilo com prata contribuiu para o aumento da hidrofobicidade das superfiacutecies O aumento no valor da hidrofobicidade proveniente da funcionalizaccedilatildeo da superfiacutecie com prata pode ser justificado pela reduccedilatildeo na energia potencial de solvataccedilatildeo quando se tem prata iocircnica interagindo com a aacutegua Nessa interaccedilatildeo o maior raio de interaccedilatildeo do iacuteon (Ag+) com a moleacutecula de aacutegua ocasiona a reduccedilatildeo na energia potencial da interaccedilatildeo iacuteon-dipolo (Equaccedilatildeo 4) e consequen-temente no aumento da hidrofobicidade (Atkinsamp Jones 2006)

EZrp | |

2 (4)

Em que Ep significa a energia potencial de solvataccedilatildeo Z a carga do iacuteon μ o momento de dipolo eleacutetrico da moleacutecula polar (H2O) r eacute o raio de hidrataccedilatildeo do iacuteon (Ag+)

O paracircmetro ΔGTOT calculado expressou a variaccedilatildeo da energia livre de interaccedilatildeo in-terfacial entre as moleacuteculas do material imersas em aacutegua e eacute a mais apropriada medida da hidrofobicidade sendo considerado um criteacuterio quantitativo Esse criteacuterio quantitativo define a superfiacutecie quanto agrave hidrofobicidade de forma eficiente uma vez que leva em consideraccedilatildeo as interaccedilotildees do tipo van der Waals interaccedilotildees eletrostaacuteticas aleacutem das forccedilas de interaccedilatildeo de caraacuteter polar podendo estas ser atrativas ou repulsivas

Essas superfiacutecies funcionalizadas com antimicrobianos satildeo promissoras para uso na induacutestria de alimentos uma vez que a adesatildeo e a formaccedilatildeo de biofilme podem reduzir a

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eficiecircncia de transferecircncia de energia na forma de calor em trocadores teacutermicos diminuir o fluxo em tubulaccedilotildees desencadear processos corrosivos e principalmente se tornarem fontes de contaminaccedilatildeo microbiana Sob o aspecto microbioloacutegico a adesatildeo pode consti-tuir-se de micro-organismos alteradores eou patogecircnicos que resultam em seacuterios proble-mas de higiene de sauacutede puacuteblica ou de ordem econocircmica (Beech 2004 Masaaki 2006 Arauacutejo et al 2010)

Quanto ao estudo de voltametria ciacuteclica a anaacutelise conjunta dos VC a partir da Figura 2 mostrou que os picos de corrente anoacutedicos satildeo semelhantes para os dois cupons de accedilo inox sem prata aacuterea eletroativa com boa reprodutibilidade A partir dos VC (Figura 2) observa-se que no primeiro ciclo (varredura direta) ocorre a oxidaccedilatildeo do ferro (elemento majoritaacuterio da composiccedilatildeo quiacutemica do accedilo inoxidaacutevel austeniacutetico AISI 304) em potencial de + 050 V que se refere agrave formaccedilatildeo do iacuteon Fe2+ (Gentil 2007) Na varredura inversa desse mesmo ciclo natildeo foi possiacutevel identificar o aparecimento dos picos de reduccedilatildeo

Pode-se observar (Figura 3) que haacute modificaccedilatildeo na superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica com prata Verifica-se que no primeiro ciclo (varredura direta) ocorre a oxidaccedilatildeo do ferro (+05V) jaacute na varredura inversa desse mesmo ciclo aparecem picos alongados de reduccedilatildeo (+ 025 a - 025V) que se referem a reduccedilatildeo dos materiais depositados na superfiacutecie do accedilo inox por pulverizaccedilatildeo catoacutedica iacuteons Ag+ e impurezas na superfiacutecie do cupom de accedilo

Os valores de corrente para o cupom de accedilo modificado satildeo diferentes dos valores de corrente para o cupom natildeo funcionalizado o que implica que a prata fica depositada sobre a superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica com au-mento (85) da aacuterea eletroativa do cupom de accedilo inox

Por fim observou-se tambeacutem que houve maior similaridade no comportamento eletro-quiacutemico entre os cupons de accedilo funcionalizados com filme de prata antes e apoacutes a simulaccedilatildeo da limpeza CIP em relaccedilatildeo ao cupom natildeo funcionalizado (Figura 4) Com isso verifica-se que natildeo houve lixiviaccedilatildeo da prata na simulaccedilatildeo de limpeza CIP Sendo assim a pulverizaccedilatildeo catoacutedica pode ser empregada na induacutestria de alimentos para depositar prata nas superfiacutecies de processamento de alimentos sem restriccedilatildeo em utilizar a limpeza CIP

Apoacutes o contato do cupom de accedilo funcionalizado com as amostras de leite integral UHT e leite desnatado UHT natildeo foi possiacutevel quantificar os iacuteons Ag+ uma vez que todas as anaacute-lises ficaram abaixo do limite de quantificaccedilatildeo (0002 μg Lndash1) da voltametria de redissoluccedilatildeo anoacutedica para anaacutelise de metais (RileyampWatson 1987)

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 455

CONCLUSAtildeO CONSIDERACcedilOtildeES FINAIS

As amostras de accedilo inox foram eficientemente funcionalizadas com recobrimento de prata usando pulverizaccedilatildeo catoacutedica A funcionalizaccedilatildeo das superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel mostrou ser eficiente para reduccedilatildeo da carga microbiana aderida o que reduz o risco de poacutes-contaminaccedilatildeo de produtos na induacutestria de alimentos O recobrimento manteve as ca-racteriacutesticas morfoloacutegicas das superfiacutecies das amostras funcionalizadas Um ligeiro aumento na rugosidade meacutedia das amostras foi observado nas amostras funcionalizadas

Do ponto de vista eletroquiacutemico observou-se que houve modificaccedilatildeo na superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica ou seja a prata perma-neceu depositada sobre a superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulve-rizaccedilatildeo catoacutedica com aumento da aacuterea eletroativa do cupom de accedilo inox Os resultados portanto indicam o potencial do uso das amostras funcionalizadas com prata na induacutestria de alimentos a fim de reduzir a quantidade de cloro inorgacircnico aplicado comumente na etapa de sanitizaccedilatildeo Aleacutem disso o processo de pulverizaccedilatildeo catoacutedica pode ser usado em escala industrial reduzindo custos de produccedilatildeo uma vez que natildeo satildeo usados processos quiacutemicos nesse processo

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33 Van Oss C J Interfacial Forces in Aqueous Media New York Marcel Dekker Inc 1994 440 p (1994)

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1458

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Page 5: funcionalizada com prata por pulverização catódica · 2020. 12. 18. · presença de prata. Os resultados de adesão bacteriana mostraram que houve menor número de células aderidas

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 445

Medida da espessura do filme de prata depositado sobre os cupons de accedilo inoxidaacutevel

A microscopia de forccedila atocircmica foi utilizada para medir a espessura do filme de prata depositado sobre os cupons de accedilo inoxidaacutevel O equipamento utilizado foi Microscoacutepio Shimadzu SPM 9700 as medidas foram realizadas no modo dinacircmico atraveacutes de cantilever de siliacutecio (Si) fornecido pela empresa NT-MDT As imagens foram tratadas de modo a se obter as espessuras e rugosidades das superfiacutecies com o software Gwyddion

Efeito antimicrobiano das superfiacutecies funcionalizadas com prata

Estirpes de Escherichia coli (ATCC 11229) e de Staphylococcus aureus (ATCC 6538) foram ativadas duas vezes em caldo BHI e incubados de 18-24 h em estufa a 36 plusmn 1deg C A seguir os cupons funcionalizados com prata e controle (sem revestimento) previamente higienizados foram adicionados em tubos falcon contendo caldo BHI Em cada tubo foi acrescentado 1 mL da cultura bacteriana de E coli e de Saureus Os tubos foram incubados sob agitaccedilatildeo de 120 rpm a 37 ordmC para S aureus e para Ecoli por 72 h sendo que a cada 24 h o meio era trocado Em seguida os cupons foram removidos e lavados com tampatildeo fosfato salino (PBS pH 74 01 M) esterilizado removendo-se assim as ceacutelulas natildeo aderidas (Marques 2005) Na sequecircncia os cupons foram imersos no tampatildeo fosfato salino com a finalidade de remover as ceacutelulas seacutesseis por meio de agitaccedilatildeo em vortex (Velp Scientifica) durante 1 min Diluiccedilotildees foram preparadas a partir deste uacuteltimo tampatildeo e aliacutequotas foram plaqueadas em aacutegar padratildeo para contagem (PCA) determinando-se o nuacutemero de unidades formadoras de colocircnias por centiacutemetro quadrado (UFCcmndash2) aplicando a equaccedilatildeo 1 Todo o procedimento foi realizado em duplicata sendo trecircs repeticcedilotildees

Contagem UFC cmC VV A

R

A

2

(1)

Em que C meacutedia do nuacutemero de unidades formadoras de colocircnias (UFC) VR Volume usado na rinsagem (mL) VA Volume usado no plaqueamento (mL) A aacuterea do cupom (cmsup2)

Voltametria ciacuteclica

Para a anaacutelise dos efeitos da deposiccedilatildeo de prata nas superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel (eletrodo de trabalho) foi empregada a voltametria ciacuteclica utilizando como eletroacutelito su-porte a soluccedilatildeo aquosa de KOH 01 molLndash1 eletrodo de referecircncia foi o AgAgCl em KCl 3 molLndash1 e o contra eletrodo foi o de platina aacuterea geomeacutetrica de 2 cm2O potenciostato utili-zado na aplicaccedilatildeo das teacutecnicas voltameacutetricas foi o CH Instruments modelo 760C Metrohm Autolab Nova 20

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1446

Detecccedilatildeo de resiacuteduos de prata em leite integral e leite desnatado

Com o objetivo de observar a lixiviaccedilatildeo da prata para o alimento utilizaram-se amos-tras de leite integral UHT e leite desnatado UHT em contato com cupons de accedilo inoxidaacutevel funcionalizados com prata A imersatildeo dos cupons com o leite ocorreu durante 48 horas de acordo com a metodologia adaptada Brasil (1998) Apoacutes o contato a quantificaccedilatildeo dos iacuteons prata (Ag+) nas amostras de leite foi realizada pelo meacutetodo da voltametria de redissoluccedilatildeo anoacutedica (RileyampWatson 1987)

Simulaccedilatildeo de limpeza CIP

A simulaccedilatildeo da limpeza CIP foi realizada para observar a estabilidade da prata na superfiacutecie funcionalizada apoacutes o contato com os detergentes de limpeza Desta forma o experimento foi conduzindo simulando 06 meses de limpeza CIP com uso de hidroacutexido de soacutedio 15 (mv)(Vetec Quiacutemica Fina Ltda) agrave 80 deg C e aacutecido niacutetrico (SIGMA-ALDRICH) a 05 (vv) agrave 70 degC (Andrade 2008) Para perfazer o tempo de 06 meses cupons higieniza-dos foram colocados em imersatildeo no hidroacutexido de soacutedio (NaOH) por 42 horas e imersos em aacutecido niacutetrico (HNO3) por 6 horas Apoacutes a exposiccedilatildeo os cupons foram enxaguados com aacutegua destilada por 5 minutos e conduzidos para anaacutelise por voltametria ciacuteclica (item 25) A esta-bilidade da prata na superfiacutecie do accedilo inoxidaacutevel foi avaliada a partir da sobreposiccedilatildeo dos voltamogramas ciacuteclicos dos cupons funcionalizados e natildeo funcionalizados antes e apoacutes a simulaccedilatildeo da limpeza CIP

Medida da hidrofobicidade do cupom

Os acircngulos de contato das amostras de cupom de accedilo inoxidaacutevel controle e funcio-nalizados foram medidos por meio da gota seacutessil com auxiacutelio do equipamento goniocircmetro Trecircs liacutequidos com polaridades diferentes foram usados (aacutegua destilada formamida (PA) e α-bromonaphthaleno (PA) para o caacutelculo da energia da superfiacutecie

Determinaccedilatildeo da energia livre de interaccedilatildeo e da variaccedilatildeo da energia livre de adesatildeo

Para o caacutelculo da variaccedilatildeo da energia de interaccedilatildeo hidrofoacutebica aplicou-se a teoria dos componentes de tensatildeo interfacial (VAN OSS 1994) Apoacutes as aproximaccedilotildees das equaccedilotildees envolvidas na teoria a energia da superfiacutecie (ys) seja ela da bacteacuteria ou das superfiacutecies de processamento de alimentos resultou da combinaccedilatildeo de trecircs contribuiccedilotildees (equaccedilatildeo 2)

(2)

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 447

Em que γLW representa o componente da interaccedilatildeo de Lifshit-van der Waals γ+ refere-se ao componente da interaccedilatildeo de aacutecido de Lewis e γndash eacute o componente da interaccedilatildeo da base de Lewis Aplicando uma gota de um liquido no equiliacutebrio com a superfiacutecie os componentes γs

LW γs+ e γs

ndash foram calculados (Equaccedilatildeo 3) usando as medidas do acircngulo de contato

(3)

Em que eacute a tensatildeo superficial do liquido usado na medida eacute o acircngulo de con-tato medido e S e l indicam superfiacutecie e liacutequido respectivamente Para determinar esses componentes da energia livre da superfiacutecie γs

LW e os paracircmetros γs+ e γs

ndash de uma superfiacutecie foi medido o acircngulo de contato de pelo menos trecircs liacutequidos com conhecidos componentes de tensatildeo interfacial (γs

LW γs+ e γs

ndash )A energia livre de adesatildeo (∆Gadhesion) foi calculada com base nas medidas do acircngulo

de contato e nos valores dos componentes das tensotildees interfaciais obtendo os valores para ∆Gbls

LW e∆GblsAB

Delineamento experimental

O delineamento para o experimento foi inteiramente casualizado A contagem das bacteacuterias nos cupons foi expressa como Log de UFC cmndash2 Os dados foram analisados por meio da Anaacutelise de Variacircncia (ANOVA) e as meacutedias foram comparadas usando teste Tukey a 5 de probabilidade O experimento foi realizado em trecircs repeticcedilotildees As anaacutelises foram feitas com auxiacutelio do software estatiacutestico STATISTICAversatildeo 80

RESULTADOS

As morfologias representativas das superfiacutecies do accedilo controle (sem filme) e do accedilo recoberto com filme de prata satildeo mostradas na Figura 1 Uma anaacutelise criteriosa envolveu a estimativa de rugosidade meacutedia em medidas feitas por AFM em diversos pontos da superfiacute-cie das amostras e resultou nos valores de 66 plusmn 256 nm e 128 plusmn 57 nm para as amostras controle e recobertas com filme de prata respectivamente indicando que o depoacutesito de prata contribui para uma superfiacutecie mais rugosa O uso de AFM permitiu ainda a medida da espessura do filme de prata que neste caso foi de 31 nm

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1448

Figura 1 Imagem topograacutefica obtida por AFM para o substrato de Accedilo inox controle (a) e para accedilo recoberto com filme de prata (b)

A Tabela 1 apresenta os resultados de adesatildeo bacteriana em cupons de accedilo inoxidaacutevel funcionalizados com prata

Tabela 1 Meacutedia do Log do nuacutemero de ceacutelulas aderidas (UFCcm2) de Escherichia coli e Staphylococcus aureus em superfiacutecies funcionalizadas com prata

Tratamentos CupomControle

CupomPrata Reduccedilatildeo Decimal

Adesatildeo de E coli 699a 606a 093

Adesatildeo de S aureus 741a 593b 177

Meacutedias seguidas por letras iguais na mesma coluna natildeo diferem entre si pelo teste Tukey (p lt 005)

Jaacute a Tabela 2 apresenta os resultados da variaccedilatildeo da energia livre da interaccedilatildeo hidro-foacutebica ( TOT

sasG∆ ) obtida por meio dos valores dos acircngulos de contato

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 449

Tabela 2 Valores dos componentes apolares (∆GsasLW) e polares (∆Gsas

AB) da energia livre total de interaccedilatildeo das superfiacutecies funcionalizadas de accedilo inoxidaacutevel

Superfiacutecies ∆GsasLW (mJm2) ∆Gsas

AB (mJm2) TOTsasG∆

(mJm2)

Accedilo inoxidaacutevel controle -234098 -18549 -20889a

Accedilo inoxidaacutevel prata -12713 -365716 -49284b

Meacutedias seguidas por letras iguais na mesma coluna natildeo diferem entre si pelo teste Tukey (p lt 005)

Quanto ao estudo de voltametria ciacuteclica sabe-se que os cupons de accedilo inox devem apresentar respostas eletroquiacutemicas semelhantes para serem utilizados nos experimentos de deposiccedilatildeo de prata por pulverizaccedilatildeo catoacutedica A Figura 2 mostra o perfil eletroquiacutemico de dois cupons de accedilo em soluccedilatildeo aquosa de KOH 01 molLndash1

Figura 2 Voltametria ciacuteclica do accedilo inox em soluccedilatildeo aquosa de KOH 01 mol Lndash1Nuacutemero de ciclo = 1 v= 50 mV sndash1 janela de potencial -1 a + 1V

-10 -05 00 05 10

-0004

-0002

0000

0002

0004

0006

0008

Corre

nte

mA

Potencial V vs AgAgCl

cupom de accedilo sem prata cupom de accedilo sem prata

A Figura 3 mostra a regiatildeo de atividade eletroquiacutemica do cupom de accedilo funcionalizado com prata comparado com o cupom de accedilo natildeo funcionalizado com prata em soluccedilatildeo de KOH 01 molLndash1

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1450

Figura 3 Voltametria ciacuteclica dos cupons de accedilo inox natildeo funcionalizados com prata (-) e funcionalizados com prata (-) em soluccedilatildeo aquosa de KOH 01 mol Lndash1Nuacutemero de ciclo = 1 v= 50 mV sndash1 janela de potencial -1 a + 1V

-10 -05 00 05 10-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

Corre

nte

mA

Potencial V vs AgAgCl

cupom de accedilo sem prata cupom de accedilo com prata

A Figura 4 mostra a sobreposiccedilatildeo dos voltamogramas ciacuteclicos dos cupons de accedilo inox natildeo funcionalizados funcionalizados antes e apoacutes o tratamento com aacutecido niacutetrico e hidroacutexido de soacutedio (simulaccedilatildeo de limpeza CIP)

Figura 4 Voltamogramas ciacuteclicos do 1deg ciclo de varredura obtidos em soluccedilatildeo eletroliacutetica de KOH 01 mol Lndash1 v= 50 mV sndash1 janela de potencial -1 a + 1V para os cupons de accedilo inox natildeo funcionalizado (-) funcionalizados com prata (-) apoacutes

tratamento com HNO3 (-) e NaOH (-)

-10 -05 00 05 10

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

Corre

nte

mA

Potencial V vs AgAgCl

cupom natildeo funcionalizado cupom funcionalizado cupom funcionalizado trat HNO3

cupom funcionalizado trat NaOH

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 451

DISCUSSAtildeO

A fotomicrografia obtida por meio da microscopia de forccedila atocircmica da amostra contro-le permite observar a presenccedila de alguns precipitados que foram originados no processo de obtenccedilatildeo da liga de accedilo (Figura 1a) Alguns riscos satildeo tambeacutem observados e podem ter sua origem no processo de limpeza mecacircnica ou mesmo no processo de laminaccedilatildeo da liga de accedilo Jaacute a amostra recoberta com filme de prata (Figura 1b) apresentou uma ligeira mudanccedila na superfiacutecie com a presenccedila de aglomerados sobre a superfiacutecie que satildeo devido ao processo de nucleaccedilatildeo na fase de vapor efeito comum no processo de deposiccedilatildeo por sputtering (Machuno et al 2016)

Os resultados de adesatildeo bacteriana em cupons de accedilo inoxidaacutevel funcionalizados com prata apresentados na Tabela 1 mostraram que houve menor nuacutemero de ceacutelulas aderidas de S aureus na superfiacutecie de accedilo inoxidaacutevel quando comparado agrave E coli Outros trabalhos relatam resultado diferente do observado nesse estudo sendo as bacteacuterias Gram-negativas mais susceptiacuteveis agrave accedilatildeo da prata e as Gram-positivas menos susceptiacuteveis sugerindo um efeito protetor promovido pela camada mais espessa de peptideoglicano nas Gram-positivas (Zilio et al 2020 Ji et al 2020)

Alguns mecanismos de accedilatildeo de iacuteons Ag+ sobre micro-organismos tecircm sido propostos como a possibilidade de ligaccedilatildeo extracelular ou precipitaccedilatildeo do referido iacuteon na parede e membrana celular (Franci et al 2015) O iacuteon Ag+ poderaacute interagir com proteiacutenas celulares incluindo enzimas levando agrave inativaccedilatildeo das proteiacutenas provocando a letalidade das ceacutelulas (Gomaa 2017) Outra accedilatildeo proposta refere-se agrave interaccedilatildeo do iacuteon Ag+ com o aacutecido desoxir-ribonucleacuteico (DNA) por meio de deslocamento das ligaccedilotildees de hidrogecircnio entre as bases puriacutenicas e pirimidiacutenicas impedindo sua replicaccedilatildeo Por uacuteltimo eacute tambeacutem aceito que o iacuteon Ag+ se liga a grupos doadores de eleacutetrons como aminas hidroxilas e fosfatos que contecircm nitrogecircnio oxigecircnio e enxofre (Deng et al 2015) Dentre os mecanismos foram relatados como os principais os danos diretos na membrana celular e a geraccedilatildeo de espeacutecies reativas de oxigecircnio pelos iacuteons de prata (Ontong et al 2020)

Assim a espeacutecie do micro-organismo em contato com a prata eacute de grande importacircncia no mecanismo de reaccedilatildeo envolvida As bacteacuterias satildeo classificadas em Gram-positivas ou Gram-negativas em funccedilatildeo da diferenccedila na arquitetura da parede celular Considerando as bacteacuterias desse estudo tem-se Ecoli como Gram-negativa e S aureus como Gram-positiva A parede celular de Gram-positiva consiste de uma camada espessa de pepti-deoglicano (~30 nm) enquanto a parede celular da Gram-negativa apresenta estrutura e composiccedilatildeo da membrana mais complexa Na Gram-negativa a camada de peptideoglicano eacute mais fina (~10 nm) e a superfiacutecie externa da ceacutelula possui uma membrana consistindo de proteiacutenas lipopolissacariacutedeos e fosfolipiacutedeos (Ubbink e Schar-zammaretti 2007 Beveridge

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1452

1999) A superfiacutecie do peptideoglicano de bacteacuteria Gram-positiva eacute coberta principalmen-te por polissacariacutedeos neutros e aacutecidos grande nuacutemero de diferentes proteiacutenas e aacutecidos teicoicos (Jefferson 2004)

Dessa forma a interaccedilatildeo do iacuteon Ag+ para a reduccedilatildeo da carga microbiana pode ter ocorrido com os grupos carboxil e fosforil os quais conferem agrave superfiacutecie celular uma den-sidade de carga negativa De acordo com Langley amp Beveridge (1999) quando a superfiacutecie celular estaacute em contato direto com o ambiente os grupos carregados dentro da camada da superfiacutecie satildeo capazes de interagir com os iacuteons ou moleacuteculas carregadas presentes no meio externo Portanto os caacutetions podem tornar-se atraiacutedos eletrostaticamente e ligarem-se na superfiacutecie celular Os locais responsaacuteveis pela ligaccedilatildeo com metais no micro-organismo satildeo provavelmente nestes grupos carboxil dentro do peptideoglicano assim como nos grupos fosforil de aacutecidos teicoicos e teicurocircnicos presentes nas superfiacutecies bacterianas (Katsikogianni amp Missirlis 2004)

Trabalho semelhante na literatura foi realizado mas com implantaccedilatildeo de outros iacuteons Os autores Zhao et al (2008) implantaram os iacuteons +++

3 SiFON na superfiacutecie do accedilo inoxidaacutevel De acordo com os pesquisadores os iacuteons implantados tornam a superfiacutecie me-nos atrativa para a bacteacuteria afetando o processo de adesatildeo e isso eacute possiacutevel em razatildeo da implantaccedilatildeo do iacuteon reduzir a energia livre da superfiacutecie Neste estudo a dose e a energia de implantaccedilatildeo dos iacuteons foram de 1016 iacuteonscm2 e 30 KeV respectivamente Os autores tambeacutem observaram que a superfiacutecie com a presenccedila do iacuteon +

3SiF apresentou a melhor reduccedilatildeo da adesatildeo bacteriana Neste estudo a adesatildeo bacteriana reduziu com a diminuiccedilatildeo da energia da superfiacutecie As superfiacutecies com iacuteons implantados apresentaram melhores resultados que as superfiacutecies controle quanto agrave adesatildeo Os autores concluiacuteram que a superfiacutecie de accedilo inoxidaacutevel com +

3SiF pode exercer importante funccedilatildeo na reduccedilatildeo de ceacutelulas aderidasNovello (2012) avaliou a capacidade de adesatildeo de Listeria monocytogenes CECT

4031 T em superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel austeniacutetico AISI 304 implantadas com iacuteons Ag+ com energias de 70 e 200 keV Os autores observaram que a energia de implantaccedilatildeo influenciou a eficiecircncia antimicrobiana sendo que o melhor resultado para a superfiacutecie de accedilo AISI 304 foi com a implantaccedilatildeo em que se aplicou 70 keV Nessa superfiacutecie houve reduccedilatildeo de mais de dois ciclos log enquanto que na superfiacutecie com energia de 200 keV a adesatildeo natildeo diferiu da superfiacutecie controle

A meacutedia da reduccedilatildeo microbiana alcanccedilada nesse estudo para as duas bacteacuterias foi de 135 reduccedilotildees logariacutetmicas essa reduccedilatildeo natildeo caracteriza a superfiacutecie como sanitizante ou seja natildeo se pode afirmar que a superfiacutecie funcionalizada eacute alternativa ao uso do cloro Pode-se inferir que a funcionalizaccedilatildeo da superfiacutecie pode contribuir para menor adesatildeo de ceacutelulas microbianas e consequentemente pode diminuir o risco de contaminaccedilatildeo dos alimentos que

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 453

entrarem em contato com a superfiacutecie funcionalizada Ademais considerando a reduccedilatildeo meacutedia de 135 ciclos logariacutetmicos pode-se optar pelo uso de um sanitizante diferente dos clorados inorgacircnicos para complementar a eficiecircncia da etapa de sanitizaccedilatildeo obtendo-se um sinergismo positivo reduzindo tambeacutem a possibilidade de formaccedilatildeo de trihalometanos

Zilio et al (2020) observaram a presenccedila de prata nas superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel AISI 304 a uma profundidade de ateacute 5 nm da superfiacutecie e a concentraccedilatildeo mais alta foi de aproximadamente 17 nm de profundidade quando a prata foi aplicada com energia de 2 keV Novello (2012) observou a presenccedila de prata nas superfiacutecies de estudo (accedilo inoxidaacutevel AISI 304) a uma profundidade de 25 nm quando a prata foi aplicada com energia de 200 keV e de 15 nm quando aplicada com energia de 70 keV Tendo em vista que o bombardeamento proposto por Novello (2012) eacute obtido com teacutecnicas de maior complexidade que inviabilizam sua aplicaccedilatildeo em larga escala o meacutetodo aqui proposto utilizando sputtering teacutecnica propiacutecia e reconhecida para a deposiccedilatildeo de filmes em grandes aacutereas e quantidades (Machuno et al 2016) viabiliza assim o processo industrialmente

A partir de Tabela 2 eacute possiacutevel verificar que as s superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel tanto controle como as funcionalizadas com a prata foram consideradas hidrofoacutebicas por apresen-tarem o valor TOT

sasG∆ negativo Aleacutem disso verificou-se que houve diferenccedila (p lt 005) entre os valores de TOT

sasG∆ encontrados paras as superfiacutecies funcionalizadas quando comparadas agraves superfiacutecies controles sendo possiacutevel afirmar que o tratamento das superfiacutecies de accedilo com prata contribuiu para o aumento da hidrofobicidade das superfiacutecies O aumento no valor da hidrofobicidade proveniente da funcionalizaccedilatildeo da superfiacutecie com prata pode ser justificado pela reduccedilatildeo na energia potencial de solvataccedilatildeo quando se tem prata iocircnica interagindo com a aacutegua Nessa interaccedilatildeo o maior raio de interaccedilatildeo do iacuteon (Ag+) com a moleacutecula de aacutegua ocasiona a reduccedilatildeo na energia potencial da interaccedilatildeo iacuteon-dipolo (Equaccedilatildeo 4) e consequen-temente no aumento da hidrofobicidade (Atkinsamp Jones 2006)

EZrp | |

2 (4)

Em que Ep significa a energia potencial de solvataccedilatildeo Z a carga do iacuteon μ o momento de dipolo eleacutetrico da moleacutecula polar (H2O) r eacute o raio de hidrataccedilatildeo do iacuteon (Ag+)

O paracircmetro ΔGTOT calculado expressou a variaccedilatildeo da energia livre de interaccedilatildeo in-terfacial entre as moleacuteculas do material imersas em aacutegua e eacute a mais apropriada medida da hidrofobicidade sendo considerado um criteacuterio quantitativo Esse criteacuterio quantitativo define a superfiacutecie quanto agrave hidrofobicidade de forma eficiente uma vez que leva em consideraccedilatildeo as interaccedilotildees do tipo van der Waals interaccedilotildees eletrostaacuteticas aleacutem das forccedilas de interaccedilatildeo de caraacuteter polar podendo estas ser atrativas ou repulsivas

Essas superfiacutecies funcionalizadas com antimicrobianos satildeo promissoras para uso na induacutestria de alimentos uma vez que a adesatildeo e a formaccedilatildeo de biofilme podem reduzir a

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1454

eficiecircncia de transferecircncia de energia na forma de calor em trocadores teacutermicos diminuir o fluxo em tubulaccedilotildees desencadear processos corrosivos e principalmente se tornarem fontes de contaminaccedilatildeo microbiana Sob o aspecto microbioloacutegico a adesatildeo pode consti-tuir-se de micro-organismos alteradores eou patogecircnicos que resultam em seacuterios proble-mas de higiene de sauacutede puacuteblica ou de ordem econocircmica (Beech 2004 Masaaki 2006 Arauacutejo et al 2010)

Quanto ao estudo de voltametria ciacuteclica a anaacutelise conjunta dos VC a partir da Figura 2 mostrou que os picos de corrente anoacutedicos satildeo semelhantes para os dois cupons de accedilo inox sem prata aacuterea eletroativa com boa reprodutibilidade A partir dos VC (Figura 2) observa-se que no primeiro ciclo (varredura direta) ocorre a oxidaccedilatildeo do ferro (elemento majoritaacuterio da composiccedilatildeo quiacutemica do accedilo inoxidaacutevel austeniacutetico AISI 304) em potencial de + 050 V que se refere agrave formaccedilatildeo do iacuteon Fe2+ (Gentil 2007) Na varredura inversa desse mesmo ciclo natildeo foi possiacutevel identificar o aparecimento dos picos de reduccedilatildeo

Pode-se observar (Figura 3) que haacute modificaccedilatildeo na superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica com prata Verifica-se que no primeiro ciclo (varredura direta) ocorre a oxidaccedilatildeo do ferro (+05V) jaacute na varredura inversa desse mesmo ciclo aparecem picos alongados de reduccedilatildeo (+ 025 a - 025V) que se referem a reduccedilatildeo dos materiais depositados na superfiacutecie do accedilo inox por pulverizaccedilatildeo catoacutedica iacuteons Ag+ e impurezas na superfiacutecie do cupom de accedilo

Os valores de corrente para o cupom de accedilo modificado satildeo diferentes dos valores de corrente para o cupom natildeo funcionalizado o que implica que a prata fica depositada sobre a superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica com au-mento (85) da aacuterea eletroativa do cupom de accedilo inox

Por fim observou-se tambeacutem que houve maior similaridade no comportamento eletro-quiacutemico entre os cupons de accedilo funcionalizados com filme de prata antes e apoacutes a simulaccedilatildeo da limpeza CIP em relaccedilatildeo ao cupom natildeo funcionalizado (Figura 4) Com isso verifica-se que natildeo houve lixiviaccedilatildeo da prata na simulaccedilatildeo de limpeza CIP Sendo assim a pulverizaccedilatildeo catoacutedica pode ser empregada na induacutestria de alimentos para depositar prata nas superfiacutecies de processamento de alimentos sem restriccedilatildeo em utilizar a limpeza CIP

Apoacutes o contato do cupom de accedilo funcionalizado com as amostras de leite integral UHT e leite desnatado UHT natildeo foi possiacutevel quantificar os iacuteons Ag+ uma vez que todas as anaacute-lises ficaram abaixo do limite de quantificaccedilatildeo (0002 μg Lndash1) da voltametria de redissoluccedilatildeo anoacutedica para anaacutelise de metais (RileyampWatson 1987)

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 455

CONCLUSAtildeO CONSIDERACcedilOtildeES FINAIS

As amostras de accedilo inox foram eficientemente funcionalizadas com recobrimento de prata usando pulverizaccedilatildeo catoacutedica A funcionalizaccedilatildeo das superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel mostrou ser eficiente para reduccedilatildeo da carga microbiana aderida o que reduz o risco de poacutes-contaminaccedilatildeo de produtos na induacutestria de alimentos O recobrimento manteve as ca-racteriacutesticas morfoloacutegicas das superfiacutecies das amostras funcionalizadas Um ligeiro aumento na rugosidade meacutedia das amostras foi observado nas amostras funcionalizadas

Do ponto de vista eletroquiacutemico observou-se que houve modificaccedilatildeo na superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica ou seja a prata perma-neceu depositada sobre a superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulve-rizaccedilatildeo catoacutedica com aumento da aacuterea eletroativa do cupom de accedilo inox Os resultados portanto indicam o potencial do uso das amostras funcionalizadas com prata na induacutestria de alimentos a fim de reduzir a quantidade de cloro inorgacircnico aplicado comumente na etapa de sanitizaccedilatildeo Aleacutem disso o processo de pulverizaccedilatildeo catoacutedica pode ser usado em escala industrial reduzindo custos de produccedilatildeo uma vez que natildeo satildeo usados processos quiacutemicos nesse processo

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Page 6: funcionalizada com prata por pulverização catódica · 2020. 12. 18. · presença de prata. Os resultados de adesão bacteriana mostraram que houve menor número de células aderidas

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1446

Detecccedilatildeo de resiacuteduos de prata em leite integral e leite desnatado

Com o objetivo de observar a lixiviaccedilatildeo da prata para o alimento utilizaram-se amos-tras de leite integral UHT e leite desnatado UHT em contato com cupons de accedilo inoxidaacutevel funcionalizados com prata A imersatildeo dos cupons com o leite ocorreu durante 48 horas de acordo com a metodologia adaptada Brasil (1998) Apoacutes o contato a quantificaccedilatildeo dos iacuteons prata (Ag+) nas amostras de leite foi realizada pelo meacutetodo da voltametria de redissoluccedilatildeo anoacutedica (RileyampWatson 1987)

Simulaccedilatildeo de limpeza CIP

A simulaccedilatildeo da limpeza CIP foi realizada para observar a estabilidade da prata na superfiacutecie funcionalizada apoacutes o contato com os detergentes de limpeza Desta forma o experimento foi conduzindo simulando 06 meses de limpeza CIP com uso de hidroacutexido de soacutedio 15 (mv)(Vetec Quiacutemica Fina Ltda) agrave 80 deg C e aacutecido niacutetrico (SIGMA-ALDRICH) a 05 (vv) agrave 70 degC (Andrade 2008) Para perfazer o tempo de 06 meses cupons higieniza-dos foram colocados em imersatildeo no hidroacutexido de soacutedio (NaOH) por 42 horas e imersos em aacutecido niacutetrico (HNO3) por 6 horas Apoacutes a exposiccedilatildeo os cupons foram enxaguados com aacutegua destilada por 5 minutos e conduzidos para anaacutelise por voltametria ciacuteclica (item 25) A esta-bilidade da prata na superfiacutecie do accedilo inoxidaacutevel foi avaliada a partir da sobreposiccedilatildeo dos voltamogramas ciacuteclicos dos cupons funcionalizados e natildeo funcionalizados antes e apoacutes a simulaccedilatildeo da limpeza CIP

Medida da hidrofobicidade do cupom

Os acircngulos de contato das amostras de cupom de accedilo inoxidaacutevel controle e funcio-nalizados foram medidos por meio da gota seacutessil com auxiacutelio do equipamento goniocircmetro Trecircs liacutequidos com polaridades diferentes foram usados (aacutegua destilada formamida (PA) e α-bromonaphthaleno (PA) para o caacutelculo da energia da superfiacutecie

Determinaccedilatildeo da energia livre de interaccedilatildeo e da variaccedilatildeo da energia livre de adesatildeo

Para o caacutelculo da variaccedilatildeo da energia de interaccedilatildeo hidrofoacutebica aplicou-se a teoria dos componentes de tensatildeo interfacial (VAN OSS 1994) Apoacutes as aproximaccedilotildees das equaccedilotildees envolvidas na teoria a energia da superfiacutecie (ys) seja ela da bacteacuteria ou das superfiacutecies de processamento de alimentos resultou da combinaccedilatildeo de trecircs contribuiccedilotildees (equaccedilatildeo 2)

(2)

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 447

Em que γLW representa o componente da interaccedilatildeo de Lifshit-van der Waals γ+ refere-se ao componente da interaccedilatildeo de aacutecido de Lewis e γndash eacute o componente da interaccedilatildeo da base de Lewis Aplicando uma gota de um liquido no equiliacutebrio com a superfiacutecie os componentes γs

LW γs+ e γs

ndash foram calculados (Equaccedilatildeo 3) usando as medidas do acircngulo de contato

(3)

Em que eacute a tensatildeo superficial do liquido usado na medida eacute o acircngulo de con-tato medido e S e l indicam superfiacutecie e liacutequido respectivamente Para determinar esses componentes da energia livre da superfiacutecie γs

LW e os paracircmetros γs+ e γs

ndash de uma superfiacutecie foi medido o acircngulo de contato de pelo menos trecircs liacutequidos com conhecidos componentes de tensatildeo interfacial (γs

LW γs+ e γs

ndash )A energia livre de adesatildeo (∆Gadhesion) foi calculada com base nas medidas do acircngulo

de contato e nos valores dos componentes das tensotildees interfaciais obtendo os valores para ∆Gbls

LW e∆GblsAB

Delineamento experimental

O delineamento para o experimento foi inteiramente casualizado A contagem das bacteacuterias nos cupons foi expressa como Log de UFC cmndash2 Os dados foram analisados por meio da Anaacutelise de Variacircncia (ANOVA) e as meacutedias foram comparadas usando teste Tukey a 5 de probabilidade O experimento foi realizado em trecircs repeticcedilotildees As anaacutelises foram feitas com auxiacutelio do software estatiacutestico STATISTICAversatildeo 80

RESULTADOS

As morfologias representativas das superfiacutecies do accedilo controle (sem filme) e do accedilo recoberto com filme de prata satildeo mostradas na Figura 1 Uma anaacutelise criteriosa envolveu a estimativa de rugosidade meacutedia em medidas feitas por AFM em diversos pontos da superfiacute-cie das amostras e resultou nos valores de 66 plusmn 256 nm e 128 plusmn 57 nm para as amostras controle e recobertas com filme de prata respectivamente indicando que o depoacutesito de prata contribui para uma superfiacutecie mais rugosa O uso de AFM permitiu ainda a medida da espessura do filme de prata que neste caso foi de 31 nm

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1448

Figura 1 Imagem topograacutefica obtida por AFM para o substrato de Accedilo inox controle (a) e para accedilo recoberto com filme de prata (b)

A Tabela 1 apresenta os resultados de adesatildeo bacteriana em cupons de accedilo inoxidaacutevel funcionalizados com prata

Tabela 1 Meacutedia do Log do nuacutemero de ceacutelulas aderidas (UFCcm2) de Escherichia coli e Staphylococcus aureus em superfiacutecies funcionalizadas com prata

Tratamentos CupomControle

CupomPrata Reduccedilatildeo Decimal

Adesatildeo de E coli 699a 606a 093

Adesatildeo de S aureus 741a 593b 177

Meacutedias seguidas por letras iguais na mesma coluna natildeo diferem entre si pelo teste Tukey (p lt 005)

Jaacute a Tabela 2 apresenta os resultados da variaccedilatildeo da energia livre da interaccedilatildeo hidro-foacutebica ( TOT

sasG∆ ) obtida por meio dos valores dos acircngulos de contato

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 449

Tabela 2 Valores dos componentes apolares (∆GsasLW) e polares (∆Gsas

AB) da energia livre total de interaccedilatildeo das superfiacutecies funcionalizadas de accedilo inoxidaacutevel

Superfiacutecies ∆GsasLW (mJm2) ∆Gsas

AB (mJm2) TOTsasG∆

(mJm2)

Accedilo inoxidaacutevel controle -234098 -18549 -20889a

Accedilo inoxidaacutevel prata -12713 -365716 -49284b

Meacutedias seguidas por letras iguais na mesma coluna natildeo diferem entre si pelo teste Tukey (p lt 005)

Quanto ao estudo de voltametria ciacuteclica sabe-se que os cupons de accedilo inox devem apresentar respostas eletroquiacutemicas semelhantes para serem utilizados nos experimentos de deposiccedilatildeo de prata por pulverizaccedilatildeo catoacutedica A Figura 2 mostra o perfil eletroquiacutemico de dois cupons de accedilo em soluccedilatildeo aquosa de KOH 01 molLndash1

Figura 2 Voltametria ciacuteclica do accedilo inox em soluccedilatildeo aquosa de KOH 01 mol Lndash1Nuacutemero de ciclo = 1 v= 50 mV sndash1 janela de potencial -1 a + 1V

-10 -05 00 05 10

-0004

-0002

0000

0002

0004

0006

0008

Corre

nte

mA

Potencial V vs AgAgCl

cupom de accedilo sem prata cupom de accedilo sem prata

A Figura 3 mostra a regiatildeo de atividade eletroquiacutemica do cupom de accedilo funcionalizado com prata comparado com o cupom de accedilo natildeo funcionalizado com prata em soluccedilatildeo de KOH 01 molLndash1

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1450

Figura 3 Voltametria ciacuteclica dos cupons de accedilo inox natildeo funcionalizados com prata (-) e funcionalizados com prata (-) em soluccedilatildeo aquosa de KOH 01 mol Lndash1Nuacutemero de ciclo = 1 v= 50 mV sndash1 janela de potencial -1 a + 1V

-10 -05 00 05 10-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

Corre

nte

mA

Potencial V vs AgAgCl

cupom de accedilo sem prata cupom de accedilo com prata

A Figura 4 mostra a sobreposiccedilatildeo dos voltamogramas ciacuteclicos dos cupons de accedilo inox natildeo funcionalizados funcionalizados antes e apoacutes o tratamento com aacutecido niacutetrico e hidroacutexido de soacutedio (simulaccedilatildeo de limpeza CIP)

Figura 4 Voltamogramas ciacuteclicos do 1deg ciclo de varredura obtidos em soluccedilatildeo eletroliacutetica de KOH 01 mol Lndash1 v= 50 mV sndash1 janela de potencial -1 a + 1V para os cupons de accedilo inox natildeo funcionalizado (-) funcionalizados com prata (-) apoacutes

tratamento com HNO3 (-) e NaOH (-)

-10 -05 00 05 10

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

Corre

nte

mA

Potencial V vs AgAgCl

cupom natildeo funcionalizado cupom funcionalizado cupom funcionalizado trat HNO3

cupom funcionalizado trat NaOH

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 451

DISCUSSAtildeO

A fotomicrografia obtida por meio da microscopia de forccedila atocircmica da amostra contro-le permite observar a presenccedila de alguns precipitados que foram originados no processo de obtenccedilatildeo da liga de accedilo (Figura 1a) Alguns riscos satildeo tambeacutem observados e podem ter sua origem no processo de limpeza mecacircnica ou mesmo no processo de laminaccedilatildeo da liga de accedilo Jaacute a amostra recoberta com filme de prata (Figura 1b) apresentou uma ligeira mudanccedila na superfiacutecie com a presenccedila de aglomerados sobre a superfiacutecie que satildeo devido ao processo de nucleaccedilatildeo na fase de vapor efeito comum no processo de deposiccedilatildeo por sputtering (Machuno et al 2016)

Os resultados de adesatildeo bacteriana em cupons de accedilo inoxidaacutevel funcionalizados com prata apresentados na Tabela 1 mostraram que houve menor nuacutemero de ceacutelulas aderidas de S aureus na superfiacutecie de accedilo inoxidaacutevel quando comparado agrave E coli Outros trabalhos relatam resultado diferente do observado nesse estudo sendo as bacteacuterias Gram-negativas mais susceptiacuteveis agrave accedilatildeo da prata e as Gram-positivas menos susceptiacuteveis sugerindo um efeito protetor promovido pela camada mais espessa de peptideoglicano nas Gram-positivas (Zilio et al 2020 Ji et al 2020)

Alguns mecanismos de accedilatildeo de iacuteons Ag+ sobre micro-organismos tecircm sido propostos como a possibilidade de ligaccedilatildeo extracelular ou precipitaccedilatildeo do referido iacuteon na parede e membrana celular (Franci et al 2015) O iacuteon Ag+ poderaacute interagir com proteiacutenas celulares incluindo enzimas levando agrave inativaccedilatildeo das proteiacutenas provocando a letalidade das ceacutelulas (Gomaa 2017) Outra accedilatildeo proposta refere-se agrave interaccedilatildeo do iacuteon Ag+ com o aacutecido desoxir-ribonucleacuteico (DNA) por meio de deslocamento das ligaccedilotildees de hidrogecircnio entre as bases puriacutenicas e pirimidiacutenicas impedindo sua replicaccedilatildeo Por uacuteltimo eacute tambeacutem aceito que o iacuteon Ag+ se liga a grupos doadores de eleacutetrons como aminas hidroxilas e fosfatos que contecircm nitrogecircnio oxigecircnio e enxofre (Deng et al 2015) Dentre os mecanismos foram relatados como os principais os danos diretos na membrana celular e a geraccedilatildeo de espeacutecies reativas de oxigecircnio pelos iacuteons de prata (Ontong et al 2020)

Assim a espeacutecie do micro-organismo em contato com a prata eacute de grande importacircncia no mecanismo de reaccedilatildeo envolvida As bacteacuterias satildeo classificadas em Gram-positivas ou Gram-negativas em funccedilatildeo da diferenccedila na arquitetura da parede celular Considerando as bacteacuterias desse estudo tem-se Ecoli como Gram-negativa e S aureus como Gram-positiva A parede celular de Gram-positiva consiste de uma camada espessa de pepti-deoglicano (~30 nm) enquanto a parede celular da Gram-negativa apresenta estrutura e composiccedilatildeo da membrana mais complexa Na Gram-negativa a camada de peptideoglicano eacute mais fina (~10 nm) e a superfiacutecie externa da ceacutelula possui uma membrana consistindo de proteiacutenas lipopolissacariacutedeos e fosfolipiacutedeos (Ubbink e Schar-zammaretti 2007 Beveridge

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1452

1999) A superfiacutecie do peptideoglicano de bacteacuteria Gram-positiva eacute coberta principalmen-te por polissacariacutedeos neutros e aacutecidos grande nuacutemero de diferentes proteiacutenas e aacutecidos teicoicos (Jefferson 2004)

Dessa forma a interaccedilatildeo do iacuteon Ag+ para a reduccedilatildeo da carga microbiana pode ter ocorrido com os grupos carboxil e fosforil os quais conferem agrave superfiacutecie celular uma den-sidade de carga negativa De acordo com Langley amp Beveridge (1999) quando a superfiacutecie celular estaacute em contato direto com o ambiente os grupos carregados dentro da camada da superfiacutecie satildeo capazes de interagir com os iacuteons ou moleacuteculas carregadas presentes no meio externo Portanto os caacutetions podem tornar-se atraiacutedos eletrostaticamente e ligarem-se na superfiacutecie celular Os locais responsaacuteveis pela ligaccedilatildeo com metais no micro-organismo satildeo provavelmente nestes grupos carboxil dentro do peptideoglicano assim como nos grupos fosforil de aacutecidos teicoicos e teicurocircnicos presentes nas superfiacutecies bacterianas (Katsikogianni amp Missirlis 2004)

Trabalho semelhante na literatura foi realizado mas com implantaccedilatildeo de outros iacuteons Os autores Zhao et al (2008) implantaram os iacuteons +++

3 SiFON na superfiacutecie do accedilo inoxidaacutevel De acordo com os pesquisadores os iacuteons implantados tornam a superfiacutecie me-nos atrativa para a bacteacuteria afetando o processo de adesatildeo e isso eacute possiacutevel em razatildeo da implantaccedilatildeo do iacuteon reduzir a energia livre da superfiacutecie Neste estudo a dose e a energia de implantaccedilatildeo dos iacuteons foram de 1016 iacuteonscm2 e 30 KeV respectivamente Os autores tambeacutem observaram que a superfiacutecie com a presenccedila do iacuteon +

3SiF apresentou a melhor reduccedilatildeo da adesatildeo bacteriana Neste estudo a adesatildeo bacteriana reduziu com a diminuiccedilatildeo da energia da superfiacutecie As superfiacutecies com iacuteons implantados apresentaram melhores resultados que as superfiacutecies controle quanto agrave adesatildeo Os autores concluiacuteram que a superfiacutecie de accedilo inoxidaacutevel com +

3SiF pode exercer importante funccedilatildeo na reduccedilatildeo de ceacutelulas aderidasNovello (2012) avaliou a capacidade de adesatildeo de Listeria monocytogenes CECT

4031 T em superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel austeniacutetico AISI 304 implantadas com iacuteons Ag+ com energias de 70 e 200 keV Os autores observaram que a energia de implantaccedilatildeo influenciou a eficiecircncia antimicrobiana sendo que o melhor resultado para a superfiacutecie de accedilo AISI 304 foi com a implantaccedilatildeo em que se aplicou 70 keV Nessa superfiacutecie houve reduccedilatildeo de mais de dois ciclos log enquanto que na superfiacutecie com energia de 200 keV a adesatildeo natildeo diferiu da superfiacutecie controle

A meacutedia da reduccedilatildeo microbiana alcanccedilada nesse estudo para as duas bacteacuterias foi de 135 reduccedilotildees logariacutetmicas essa reduccedilatildeo natildeo caracteriza a superfiacutecie como sanitizante ou seja natildeo se pode afirmar que a superfiacutecie funcionalizada eacute alternativa ao uso do cloro Pode-se inferir que a funcionalizaccedilatildeo da superfiacutecie pode contribuir para menor adesatildeo de ceacutelulas microbianas e consequentemente pode diminuir o risco de contaminaccedilatildeo dos alimentos que

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 453

entrarem em contato com a superfiacutecie funcionalizada Ademais considerando a reduccedilatildeo meacutedia de 135 ciclos logariacutetmicos pode-se optar pelo uso de um sanitizante diferente dos clorados inorgacircnicos para complementar a eficiecircncia da etapa de sanitizaccedilatildeo obtendo-se um sinergismo positivo reduzindo tambeacutem a possibilidade de formaccedilatildeo de trihalometanos

Zilio et al (2020) observaram a presenccedila de prata nas superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel AISI 304 a uma profundidade de ateacute 5 nm da superfiacutecie e a concentraccedilatildeo mais alta foi de aproximadamente 17 nm de profundidade quando a prata foi aplicada com energia de 2 keV Novello (2012) observou a presenccedila de prata nas superfiacutecies de estudo (accedilo inoxidaacutevel AISI 304) a uma profundidade de 25 nm quando a prata foi aplicada com energia de 200 keV e de 15 nm quando aplicada com energia de 70 keV Tendo em vista que o bombardeamento proposto por Novello (2012) eacute obtido com teacutecnicas de maior complexidade que inviabilizam sua aplicaccedilatildeo em larga escala o meacutetodo aqui proposto utilizando sputtering teacutecnica propiacutecia e reconhecida para a deposiccedilatildeo de filmes em grandes aacutereas e quantidades (Machuno et al 2016) viabiliza assim o processo industrialmente

A partir de Tabela 2 eacute possiacutevel verificar que as s superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel tanto controle como as funcionalizadas com a prata foram consideradas hidrofoacutebicas por apresen-tarem o valor TOT

sasG∆ negativo Aleacutem disso verificou-se que houve diferenccedila (p lt 005) entre os valores de TOT

sasG∆ encontrados paras as superfiacutecies funcionalizadas quando comparadas agraves superfiacutecies controles sendo possiacutevel afirmar que o tratamento das superfiacutecies de accedilo com prata contribuiu para o aumento da hidrofobicidade das superfiacutecies O aumento no valor da hidrofobicidade proveniente da funcionalizaccedilatildeo da superfiacutecie com prata pode ser justificado pela reduccedilatildeo na energia potencial de solvataccedilatildeo quando se tem prata iocircnica interagindo com a aacutegua Nessa interaccedilatildeo o maior raio de interaccedilatildeo do iacuteon (Ag+) com a moleacutecula de aacutegua ocasiona a reduccedilatildeo na energia potencial da interaccedilatildeo iacuteon-dipolo (Equaccedilatildeo 4) e consequen-temente no aumento da hidrofobicidade (Atkinsamp Jones 2006)

EZrp | |

2 (4)

Em que Ep significa a energia potencial de solvataccedilatildeo Z a carga do iacuteon μ o momento de dipolo eleacutetrico da moleacutecula polar (H2O) r eacute o raio de hidrataccedilatildeo do iacuteon (Ag+)

O paracircmetro ΔGTOT calculado expressou a variaccedilatildeo da energia livre de interaccedilatildeo in-terfacial entre as moleacuteculas do material imersas em aacutegua e eacute a mais apropriada medida da hidrofobicidade sendo considerado um criteacuterio quantitativo Esse criteacuterio quantitativo define a superfiacutecie quanto agrave hidrofobicidade de forma eficiente uma vez que leva em consideraccedilatildeo as interaccedilotildees do tipo van der Waals interaccedilotildees eletrostaacuteticas aleacutem das forccedilas de interaccedilatildeo de caraacuteter polar podendo estas ser atrativas ou repulsivas

Essas superfiacutecies funcionalizadas com antimicrobianos satildeo promissoras para uso na induacutestria de alimentos uma vez que a adesatildeo e a formaccedilatildeo de biofilme podem reduzir a

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eficiecircncia de transferecircncia de energia na forma de calor em trocadores teacutermicos diminuir o fluxo em tubulaccedilotildees desencadear processos corrosivos e principalmente se tornarem fontes de contaminaccedilatildeo microbiana Sob o aspecto microbioloacutegico a adesatildeo pode consti-tuir-se de micro-organismos alteradores eou patogecircnicos que resultam em seacuterios proble-mas de higiene de sauacutede puacuteblica ou de ordem econocircmica (Beech 2004 Masaaki 2006 Arauacutejo et al 2010)

Quanto ao estudo de voltametria ciacuteclica a anaacutelise conjunta dos VC a partir da Figura 2 mostrou que os picos de corrente anoacutedicos satildeo semelhantes para os dois cupons de accedilo inox sem prata aacuterea eletroativa com boa reprodutibilidade A partir dos VC (Figura 2) observa-se que no primeiro ciclo (varredura direta) ocorre a oxidaccedilatildeo do ferro (elemento majoritaacuterio da composiccedilatildeo quiacutemica do accedilo inoxidaacutevel austeniacutetico AISI 304) em potencial de + 050 V que se refere agrave formaccedilatildeo do iacuteon Fe2+ (Gentil 2007) Na varredura inversa desse mesmo ciclo natildeo foi possiacutevel identificar o aparecimento dos picos de reduccedilatildeo

Pode-se observar (Figura 3) que haacute modificaccedilatildeo na superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica com prata Verifica-se que no primeiro ciclo (varredura direta) ocorre a oxidaccedilatildeo do ferro (+05V) jaacute na varredura inversa desse mesmo ciclo aparecem picos alongados de reduccedilatildeo (+ 025 a - 025V) que se referem a reduccedilatildeo dos materiais depositados na superfiacutecie do accedilo inox por pulverizaccedilatildeo catoacutedica iacuteons Ag+ e impurezas na superfiacutecie do cupom de accedilo

Os valores de corrente para o cupom de accedilo modificado satildeo diferentes dos valores de corrente para o cupom natildeo funcionalizado o que implica que a prata fica depositada sobre a superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica com au-mento (85) da aacuterea eletroativa do cupom de accedilo inox

Por fim observou-se tambeacutem que houve maior similaridade no comportamento eletro-quiacutemico entre os cupons de accedilo funcionalizados com filme de prata antes e apoacutes a simulaccedilatildeo da limpeza CIP em relaccedilatildeo ao cupom natildeo funcionalizado (Figura 4) Com isso verifica-se que natildeo houve lixiviaccedilatildeo da prata na simulaccedilatildeo de limpeza CIP Sendo assim a pulverizaccedilatildeo catoacutedica pode ser empregada na induacutestria de alimentos para depositar prata nas superfiacutecies de processamento de alimentos sem restriccedilatildeo em utilizar a limpeza CIP

Apoacutes o contato do cupom de accedilo funcionalizado com as amostras de leite integral UHT e leite desnatado UHT natildeo foi possiacutevel quantificar os iacuteons Ag+ uma vez que todas as anaacute-lises ficaram abaixo do limite de quantificaccedilatildeo (0002 μg Lndash1) da voltametria de redissoluccedilatildeo anoacutedica para anaacutelise de metais (RileyampWatson 1987)

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 455

CONCLUSAtildeO CONSIDERACcedilOtildeES FINAIS

As amostras de accedilo inox foram eficientemente funcionalizadas com recobrimento de prata usando pulverizaccedilatildeo catoacutedica A funcionalizaccedilatildeo das superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel mostrou ser eficiente para reduccedilatildeo da carga microbiana aderida o que reduz o risco de poacutes-contaminaccedilatildeo de produtos na induacutestria de alimentos O recobrimento manteve as ca-racteriacutesticas morfoloacutegicas das superfiacutecies das amostras funcionalizadas Um ligeiro aumento na rugosidade meacutedia das amostras foi observado nas amostras funcionalizadas

Do ponto de vista eletroquiacutemico observou-se que houve modificaccedilatildeo na superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica ou seja a prata perma-neceu depositada sobre a superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulve-rizaccedilatildeo catoacutedica com aumento da aacuterea eletroativa do cupom de accedilo inox Os resultados portanto indicam o potencial do uso das amostras funcionalizadas com prata na induacutestria de alimentos a fim de reduzir a quantidade de cloro inorgacircnico aplicado comumente na etapa de sanitizaccedilatildeo Aleacutem disso o processo de pulverizaccedilatildeo catoacutedica pode ser usado em escala industrial reduzindo custos de produccedilatildeo uma vez que natildeo satildeo usados processos quiacutemicos nesse processo

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Page 7: funcionalizada com prata por pulverização catódica · 2020. 12. 18. · presença de prata. Os resultados de adesão bacteriana mostraram que houve menor número de células aderidas

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 447

Em que γLW representa o componente da interaccedilatildeo de Lifshit-van der Waals γ+ refere-se ao componente da interaccedilatildeo de aacutecido de Lewis e γndash eacute o componente da interaccedilatildeo da base de Lewis Aplicando uma gota de um liquido no equiliacutebrio com a superfiacutecie os componentes γs

LW γs+ e γs

ndash foram calculados (Equaccedilatildeo 3) usando as medidas do acircngulo de contato

(3)

Em que eacute a tensatildeo superficial do liquido usado na medida eacute o acircngulo de con-tato medido e S e l indicam superfiacutecie e liacutequido respectivamente Para determinar esses componentes da energia livre da superfiacutecie γs

LW e os paracircmetros γs+ e γs

ndash de uma superfiacutecie foi medido o acircngulo de contato de pelo menos trecircs liacutequidos com conhecidos componentes de tensatildeo interfacial (γs

LW γs+ e γs

ndash )A energia livre de adesatildeo (∆Gadhesion) foi calculada com base nas medidas do acircngulo

de contato e nos valores dos componentes das tensotildees interfaciais obtendo os valores para ∆Gbls

LW e∆GblsAB

Delineamento experimental

O delineamento para o experimento foi inteiramente casualizado A contagem das bacteacuterias nos cupons foi expressa como Log de UFC cmndash2 Os dados foram analisados por meio da Anaacutelise de Variacircncia (ANOVA) e as meacutedias foram comparadas usando teste Tukey a 5 de probabilidade O experimento foi realizado em trecircs repeticcedilotildees As anaacutelises foram feitas com auxiacutelio do software estatiacutestico STATISTICAversatildeo 80

RESULTADOS

As morfologias representativas das superfiacutecies do accedilo controle (sem filme) e do accedilo recoberto com filme de prata satildeo mostradas na Figura 1 Uma anaacutelise criteriosa envolveu a estimativa de rugosidade meacutedia em medidas feitas por AFM em diversos pontos da superfiacute-cie das amostras e resultou nos valores de 66 plusmn 256 nm e 128 plusmn 57 nm para as amostras controle e recobertas com filme de prata respectivamente indicando que o depoacutesito de prata contribui para uma superfiacutecie mais rugosa O uso de AFM permitiu ainda a medida da espessura do filme de prata que neste caso foi de 31 nm

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1448

Figura 1 Imagem topograacutefica obtida por AFM para o substrato de Accedilo inox controle (a) e para accedilo recoberto com filme de prata (b)

A Tabela 1 apresenta os resultados de adesatildeo bacteriana em cupons de accedilo inoxidaacutevel funcionalizados com prata

Tabela 1 Meacutedia do Log do nuacutemero de ceacutelulas aderidas (UFCcm2) de Escherichia coli e Staphylococcus aureus em superfiacutecies funcionalizadas com prata

Tratamentos CupomControle

CupomPrata Reduccedilatildeo Decimal

Adesatildeo de E coli 699a 606a 093

Adesatildeo de S aureus 741a 593b 177

Meacutedias seguidas por letras iguais na mesma coluna natildeo diferem entre si pelo teste Tukey (p lt 005)

Jaacute a Tabela 2 apresenta os resultados da variaccedilatildeo da energia livre da interaccedilatildeo hidro-foacutebica ( TOT

sasG∆ ) obtida por meio dos valores dos acircngulos de contato

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 449

Tabela 2 Valores dos componentes apolares (∆GsasLW) e polares (∆Gsas

AB) da energia livre total de interaccedilatildeo das superfiacutecies funcionalizadas de accedilo inoxidaacutevel

Superfiacutecies ∆GsasLW (mJm2) ∆Gsas

AB (mJm2) TOTsasG∆

(mJm2)

Accedilo inoxidaacutevel controle -234098 -18549 -20889a

Accedilo inoxidaacutevel prata -12713 -365716 -49284b

Meacutedias seguidas por letras iguais na mesma coluna natildeo diferem entre si pelo teste Tukey (p lt 005)

Quanto ao estudo de voltametria ciacuteclica sabe-se que os cupons de accedilo inox devem apresentar respostas eletroquiacutemicas semelhantes para serem utilizados nos experimentos de deposiccedilatildeo de prata por pulverizaccedilatildeo catoacutedica A Figura 2 mostra o perfil eletroquiacutemico de dois cupons de accedilo em soluccedilatildeo aquosa de KOH 01 molLndash1

Figura 2 Voltametria ciacuteclica do accedilo inox em soluccedilatildeo aquosa de KOH 01 mol Lndash1Nuacutemero de ciclo = 1 v= 50 mV sndash1 janela de potencial -1 a + 1V

-10 -05 00 05 10

-0004

-0002

0000

0002

0004

0006

0008

Corre

nte

mA

Potencial V vs AgAgCl

cupom de accedilo sem prata cupom de accedilo sem prata

A Figura 3 mostra a regiatildeo de atividade eletroquiacutemica do cupom de accedilo funcionalizado com prata comparado com o cupom de accedilo natildeo funcionalizado com prata em soluccedilatildeo de KOH 01 molLndash1

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1450

Figura 3 Voltametria ciacuteclica dos cupons de accedilo inox natildeo funcionalizados com prata (-) e funcionalizados com prata (-) em soluccedilatildeo aquosa de KOH 01 mol Lndash1Nuacutemero de ciclo = 1 v= 50 mV sndash1 janela de potencial -1 a + 1V

-10 -05 00 05 10-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

Corre

nte

mA

Potencial V vs AgAgCl

cupom de accedilo sem prata cupom de accedilo com prata

A Figura 4 mostra a sobreposiccedilatildeo dos voltamogramas ciacuteclicos dos cupons de accedilo inox natildeo funcionalizados funcionalizados antes e apoacutes o tratamento com aacutecido niacutetrico e hidroacutexido de soacutedio (simulaccedilatildeo de limpeza CIP)

Figura 4 Voltamogramas ciacuteclicos do 1deg ciclo de varredura obtidos em soluccedilatildeo eletroliacutetica de KOH 01 mol Lndash1 v= 50 mV sndash1 janela de potencial -1 a + 1V para os cupons de accedilo inox natildeo funcionalizado (-) funcionalizados com prata (-) apoacutes

tratamento com HNO3 (-) e NaOH (-)

-10 -05 00 05 10

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

Corre

nte

mA

Potencial V vs AgAgCl

cupom natildeo funcionalizado cupom funcionalizado cupom funcionalizado trat HNO3

cupom funcionalizado trat NaOH

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DISCUSSAtildeO

A fotomicrografia obtida por meio da microscopia de forccedila atocircmica da amostra contro-le permite observar a presenccedila de alguns precipitados que foram originados no processo de obtenccedilatildeo da liga de accedilo (Figura 1a) Alguns riscos satildeo tambeacutem observados e podem ter sua origem no processo de limpeza mecacircnica ou mesmo no processo de laminaccedilatildeo da liga de accedilo Jaacute a amostra recoberta com filme de prata (Figura 1b) apresentou uma ligeira mudanccedila na superfiacutecie com a presenccedila de aglomerados sobre a superfiacutecie que satildeo devido ao processo de nucleaccedilatildeo na fase de vapor efeito comum no processo de deposiccedilatildeo por sputtering (Machuno et al 2016)

Os resultados de adesatildeo bacteriana em cupons de accedilo inoxidaacutevel funcionalizados com prata apresentados na Tabela 1 mostraram que houve menor nuacutemero de ceacutelulas aderidas de S aureus na superfiacutecie de accedilo inoxidaacutevel quando comparado agrave E coli Outros trabalhos relatam resultado diferente do observado nesse estudo sendo as bacteacuterias Gram-negativas mais susceptiacuteveis agrave accedilatildeo da prata e as Gram-positivas menos susceptiacuteveis sugerindo um efeito protetor promovido pela camada mais espessa de peptideoglicano nas Gram-positivas (Zilio et al 2020 Ji et al 2020)

Alguns mecanismos de accedilatildeo de iacuteons Ag+ sobre micro-organismos tecircm sido propostos como a possibilidade de ligaccedilatildeo extracelular ou precipitaccedilatildeo do referido iacuteon na parede e membrana celular (Franci et al 2015) O iacuteon Ag+ poderaacute interagir com proteiacutenas celulares incluindo enzimas levando agrave inativaccedilatildeo das proteiacutenas provocando a letalidade das ceacutelulas (Gomaa 2017) Outra accedilatildeo proposta refere-se agrave interaccedilatildeo do iacuteon Ag+ com o aacutecido desoxir-ribonucleacuteico (DNA) por meio de deslocamento das ligaccedilotildees de hidrogecircnio entre as bases puriacutenicas e pirimidiacutenicas impedindo sua replicaccedilatildeo Por uacuteltimo eacute tambeacutem aceito que o iacuteon Ag+ se liga a grupos doadores de eleacutetrons como aminas hidroxilas e fosfatos que contecircm nitrogecircnio oxigecircnio e enxofre (Deng et al 2015) Dentre os mecanismos foram relatados como os principais os danos diretos na membrana celular e a geraccedilatildeo de espeacutecies reativas de oxigecircnio pelos iacuteons de prata (Ontong et al 2020)

Assim a espeacutecie do micro-organismo em contato com a prata eacute de grande importacircncia no mecanismo de reaccedilatildeo envolvida As bacteacuterias satildeo classificadas em Gram-positivas ou Gram-negativas em funccedilatildeo da diferenccedila na arquitetura da parede celular Considerando as bacteacuterias desse estudo tem-se Ecoli como Gram-negativa e S aureus como Gram-positiva A parede celular de Gram-positiva consiste de uma camada espessa de pepti-deoglicano (~30 nm) enquanto a parede celular da Gram-negativa apresenta estrutura e composiccedilatildeo da membrana mais complexa Na Gram-negativa a camada de peptideoglicano eacute mais fina (~10 nm) e a superfiacutecie externa da ceacutelula possui uma membrana consistindo de proteiacutenas lipopolissacariacutedeos e fosfolipiacutedeos (Ubbink e Schar-zammaretti 2007 Beveridge

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1452

1999) A superfiacutecie do peptideoglicano de bacteacuteria Gram-positiva eacute coberta principalmen-te por polissacariacutedeos neutros e aacutecidos grande nuacutemero de diferentes proteiacutenas e aacutecidos teicoicos (Jefferson 2004)

Dessa forma a interaccedilatildeo do iacuteon Ag+ para a reduccedilatildeo da carga microbiana pode ter ocorrido com os grupos carboxil e fosforil os quais conferem agrave superfiacutecie celular uma den-sidade de carga negativa De acordo com Langley amp Beveridge (1999) quando a superfiacutecie celular estaacute em contato direto com o ambiente os grupos carregados dentro da camada da superfiacutecie satildeo capazes de interagir com os iacuteons ou moleacuteculas carregadas presentes no meio externo Portanto os caacutetions podem tornar-se atraiacutedos eletrostaticamente e ligarem-se na superfiacutecie celular Os locais responsaacuteveis pela ligaccedilatildeo com metais no micro-organismo satildeo provavelmente nestes grupos carboxil dentro do peptideoglicano assim como nos grupos fosforil de aacutecidos teicoicos e teicurocircnicos presentes nas superfiacutecies bacterianas (Katsikogianni amp Missirlis 2004)

Trabalho semelhante na literatura foi realizado mas com implantaccedilatildeo de outros iacuteons Os autores Zhao et al (2008) implantaram os iacuteons +++

3 SiFON na superfiacutecie do accedilo inoxidaacutevel De acordo com os pesquisadores os iacuteons implantados tornam a superfiacutecie me-nos atrativa para a bacteacuteria afetando o processo de adesatildeo e isso eacute possiacutevel em razatildeo da implantaccedilatildeo do iacuteon reduzir a energia livre da superfiacutecie Neste estudo a dose e a energia de implantaccedilatildeo dos iacuteons foram de 1016 iacuteonscm2 e 30 KeV respectivamente Os autores tambeacutem observaram que a superfiacutecie com a presenccedila do iacuteon +

3SiF apresentou a melhor reduccedilatildeo da adesatildeo bacteriana Neste estudo a adesatildeo bacteriana reduziu com a diminuiccedilatildeo da energia da superfiacutecie As superfiacutecies com iacuteons implantados apresentaram melhores resultados que as superfiacutecies controle quanto agrave adesatildeo Os autores concluiacuteram que a superfiacutecie de accedilo inoxidaacutevel com +

3SiF pode exercer importante funccedilatildeo na reduccedilatildeo de ceacutelulas aderidasNovello (2012) avaliou a capacidade de adesatildeo de Listeria monocytogenes CECT

4031 T em superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel austeniacutetico AISI 304 implantadas com iacuteons Ag+ com energias de 70 e 200 keV Os autores observaram que a energia de implantaccedilatildeo influenciou a eficiecircncia antimicrobiana sendo que o melhor resultado para a superfiacutecie de accedilo AISI 304 foi com a implantaccedilatildeo em que se aplicou 70 keV Nessa superfiacutecie houve reduccedilatildeo de mais de dois ciclos log enquanto que na superfiacutecie com energia de 200 keV a adesatildeo natildeo diferiu da superfiacutecie controle

A meacutedia da reduccedilatildeo microbiana alcanccedilada nesse estudo para as duas bacteacuterias foi de 135 reduccedilotildees logariacutetmicas essa reduccedilatildeo natildeo caracteriza a superfiacutecie como sanitizante ou seja natildeo se pode afirmar que a superfiacutecie funcionalizada eacute alternativa ao uso do cloro Pode-se inferir que a funcionalizaccedilatildeo da superfiacutecie pode contribuir para menor adesatildeo de ceacutelulas microbianas e consequentemente pode diminuir o risco de contaminaccedilatildeo dos alimentos que

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entrarem em contato com a superfiacutecie funcionalizada Ademais considerando a reduccedilatildeo meacutedia de 135 ciclos logariacutetmicos pode-se optar pelo uso de um sanitizante diferente dos clorados inorgacircnicos para complementar a eficiecircncia da etapa de sanitizaccedilatildeo obtendo-se um sinergismo positivo reduzindo tambeacutem a possibilidade de formaccedilatildeo de trihalometanos

Zilio et al (2020) observaram a presenccedila de prata nas superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel AISI 304 a uma profundidade de ateacute 5 nm da superfiacutecie e a concentraccedilatildeo mais alta foi de aproximadamente 17 nm de profundidade quando a prata foi aplicada com energia de 2 keV Novello (2012) observou a presenccedila de prata nas superfiacutecies de estudo (accedilo inoxidaacutevel AISI 304) a uma profundidade de 25 nm quando a prata foi aplicada com energia de 200 keV e de 15 nm quando aplicada com energia de 70 keV Tendo em vista que o bombardeamento proposto por Novello (2012) eacute obtido com teacutecnicas de maior complexidade que inviabilizam sua aplicaccedilatildeo em larga escala o meacutetodo aqui proposto utilizando sputtering teacutecnica propiacutecia e reconhecida para a deposiccedilatildeo de filmes em grandes aacutereas e quantidades (Machuno et al 2016) viabiliza assim o processo industrialmente

A partir de Tabela 2 eacute possiacutevel verificar que as s superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel tanto controle como as funcionalizadas com a prata foram consideradas hidrofoacutebicas por apresen-tarem o valor TOT

sasG∆ negativo Aleacutem disso verificou-se que houve diferenccedila (p lt 005) entre os valores de TOT

sasG∆ encontrados paras as superfiacutecies funcionalizadas quando comparadas agraves superfiacutecies controles sendo possiacutevel afirmar que o tratamento das superfiacutecies de accedilo com prata contribuiu para o aumento da hidrofobicidade das superfiacutecies O aumento no valor da hidrofobicidade proveniente da funcionalizaccedilatildeo da superfiacutecie com prata pode ser justificado pela reduccedilatildeo na energia potencial de solvataccedilatildeo quando se tem prata iocircnica interagindo com a aacutegua Nessa interaccedilatildeo o maior raio de interaccedilatildeo do iacuteon (Ag+) com a moleacutecula de aacutegua ocasiona a reduccedilatildeo na energia potencial da interaccedilatildeo iacuteon-dipolo (Equaccedilatildeo 4) e consequen-temente no aumento da hidrofobicidade (Atkinsamp Jones 2006)

EZrp | |

2 (4)

Em que Ep significa a energia potencial de solvataccedilatildeo Z a carga do iacuteon μ o momento de dipolo eleacutetrico da moleacutecula polar (H2O) r eacute o raio de hidrataccedilatildeo do iacuteon (Ag+)

O paracircmetro ΔGTOT calculado expressou a variaccedilatildeo da energia livre de interaccedilatildeo in-terfacial entre as moleacuteculas do material imersas em aacutegua e eacute a mais apropriada medida da hidrofobicidade sendo considerado um criteacuterio quantitativo Esse criteacuterio quantitativo define a superfiacutecie quanto agrave hidrofobicidade de forma eficiente uma vez que leva em consideraccedilatildeo as interaccedilotildees do tipo van der Waals interaccedilotildees eletrostaacuteticas aleacutem das forccedilas de interaccedilatildeo de caraacuteter polar podendo estas ser atrativas ou repulsivas

Essas superfiacutecies funcionalizadas com antimicrobianos satildeo promissoras para uso na induacutestria de alimentos uma vez que a adesatildeo e a formaccedilatildeo de biofilme podem reduzir a

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eficiecircncia de transferecircncia de energia na forma de calor em trocadores teacutermicos diminuir o fluxo em tubulaccedilotildees desencadear processos corrosivos e principalmente se tornarem fontes de contaminaccedilatildeo microbiana Sob o aspecto microbioloacutegico a adesatildeo pode consti-tuir-se de micro-organismos alteradores eou patogecircnicos que resultam em seacuterios proble-mas de higiene de sauacutede puacuteblica ou de ordem econocircmica (Beech 2004 Masaaki 2006 Arauacutejo et al 2010)

Quanto ao estudo de voltametria ciacuteclica a anaacutelise conjunta dos VC a partir da Figura 2 mostrou que os picos de corrente anoacutedicos satildeo semelhantes para os dois cupons de accedilo inox sem prata aacuterea eletroativa com boa reprodutibilidade A partir dos VC (Figura 2) observa-se que no primeiro ciclo (varredura direta) ocorre a oxidaccedilatildeo do ferro (elemento majoritaacuterio da composiccedilatildeo quiacutemica do accedilo inoxidaacutevel austeniacutetico AISI 304) em potencial de + 050 V que se refere agrave formaccedilatildeo do iacuteon Fe2+ (Gentil 2007) Na varredura inversa desse mesmo ciclo natildeo foi possiacutevel identificar o aparecimento dos picos de reduccedilatildeo

Pode-se observar (Figura 3) que haacute modificaccedilatildeo na superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica com prata Verifica-se que no primeiro ciclo (varredura direta) ocorre a oxidaccedilatildeo do ferro (+05V) jaacute na varredura inversa desse mesmo ciclo aparecem picos alongados de reduccedilatildeo (+ 025 a - 025V) que se referem a reduccedilatildeo dos materiais depositados na superfiacutecie do accedilo inox por pulverizaccedilatildeo catoacutedica iacuteons Ag+ e impurezas na superfiacutecie do cupom de accedilo

Os valores de corrente para o cupom de accedilo modificado satildeo diferentes dos valores de corrente para o cupom natildeo funcionalizado o que implica que a prata fica depositada sobre a superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica com au-mento (85) da aacuterea eletroativa do cupom de accedilo inox

Por fim observou-se tambeacutem que houve maior similaridade no comportamento eletro-quiacutemico entre os cupons de accedilo funcionalizados com filme de prata antes e apoacutes a simulaccedilatildeo da limpeza CIP em relaccedilatildeo ao cupom natildeo funcionalizado (Figura 4) Com isso verifica-se que natildeo houve lixiviaccedilatildeo da prata na simulaccedilatildeo de limpeza CIP Sendo assim a pulverizaccedilatildeo catoacutedica pode ser empregada na induacutestria de alimentos para depositar prata nas superfiacutecies de processamento de alimentos sem restriccedilatildeo em utilizar a limpeza CIP

Apoacutes o contato do cupom de accedilo funcionalizado com as amostras de leite integral UHT e leite desnatado UHT natildeo foi possiacutevel quantificar os iacuteons Ag+ uma vez que todas as anaacute-lises ficaram abaixo do limite de quantificaccedilatildeo (0002 μg Lndash1) da voltametria de redissoluccedilatildeo anoacutedica para anaacutelise de metais (RileyampWatson 1987)

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CONCLUSAtildeO CONSIDERACcedilOtildeES FINAIS

As amostras de accedilo inox foram eficientemente funcionalizadas com recobrimento de prata usando pulverizaccedilatildeo catoacutedica A funcionalizaccedilatildeo das superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel mostrou ser eficiente para reduccedilatildeo da carga microbiana aderida o que reduz o risco de poacutes-contaminaccedilatildeo de produtos na induacutestria de alimentos O recobrimento manteve as ca-racteriacutesticas morfoloacutegicas das superfiacutecies das amostras funcionalizadas Um ligeiro aumento na rugosidade meacutedia das amostras foi observado nas amostras funcionalizadas

Do ponto de vista eletroquiacutemico observou-se que houve modificaccedilatildeo na superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica ou seja a prata perma-neceu depositada sobre a superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulve-rizaccedilatildeo catoacutedica com aumento da aacuterea eletroativa do cupom de accedilo inox Os resultados portanto indicam o potencial do uso das amostras funcionalizadas com prata na induacutestria de alimentos a fim de reduzir a quantidade de cloro inorgacircnico aplicado comumente na etapa de sanitizaccedilatildeo Aleacutem disso o processo de pulverizaccedilatildeo catoacutedica pode ser usado em escala industrial reduzindo custos de produccedilatildeo uma vez que natildeo satildeo usados processos quiacutemicos nesse processo

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Page 8: funcionalizada com prata por pulverização catódica · 2020. 12. 18. · presença de prata. Os resultados de adesão bacteriana mostraram que houve menor número de células aderidas

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1448

Figura 1 Imagem topograacutefica obtida por AFM para o substrato de Accedilo inox controle (a) e para accedilo recoberto com filme de prata (b)

A Tabela 1 apresenta os resultados de adesatildeo bacteriana em cupons de accedilo inoxidaacutevel funcionalizados com prata

Tabela 1 Meacutedia do Log do nuacutemero de ceacutelulas aderidas (UFCcm2) de Escherichia coli e Staphylococcus aureus em superfiacutecies funcionalizadas com prata

Tratamentos CupomControle

CupomPrata Reduccedilatildeo Decimal

Adesatildeo de E coli 699a 606a 093

Adesatildeo de S aureus 741a 593b 177

Meacutedias seguidas por letras iguais na mesma coluna natildeo diferem entre si pelo teste Tukey (p lt 005)

Jaacute a Tabela 2 apresenta os resultados da variaccedilatildeo da energia livre da interaccedilatildeo hidro-foacutebica ( TOT

sasG∆ ) obtida por meio dos valores dos acircngulos de contato

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Tabela 2 Valores dos componentes apolares (∆GsasLW) e polares (∆Gsas

AB) da energia livre total de interaccedilatildeo das superfiacutecies funcionalizadas de accedilo inoxidaacutevel

Superfiacutecies ∆GsasLW (mJm2) ∆Gsas

AB (mJm2) TOTsasG∆

(mJm2)

Accedilo inoxidaacutevel controle -234098 -18549 -20889a

Accedilo inoxidaacutevel prata -12713 -365716 -49284b

Meacutedias seguidas por letras iguais na mesma coluna natildeo diferem entre si pelo teste Tukey (p lt 005)

Quanto ao estudo de voltametria ciacuteclica sabe-se que os cupons de accedilo inox devem apresentar respostas eletroquiacutemicas semelhantes para serem utilizados nos experimentos de deposiccedilatildeo de prata por pulverizaccedilatildeo catoacutedica A Figura 2 mostra o perfil eletroquiacutemico de dois cupons de accedilo em soluccedilatildeo aquosa de KOH 01 molLndash1

Figura 2 Voltametria ciacuteclica do accedilo inox em soluccedilatildeo aquosa de KOH 01 mol Lndash1Nuacutemero de ciclo = 1 v= 50 mV sndash1 janela de potencial -1 a + 1V

-10 -05 00 05 10

-0004

-0002

0000

0002

0004

0006

0008

Corre

nte

mA

Potencial V vs AgAgCl

cupom de accedilo sem prata cupom de accedilo sem prata

A Figura 3 mostra a regiatildeo de atividade eletroquiacutemica do cupom de accedilo funcionalizado com prata comparado com o cupom de accedilo natildeo funcionalizado com prata em soluccedilatildeo de KOH 01 molLndash1

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1450

Figura 3 Voltametria ciacuteclica dos cupons de accedilo inox natildeo funcionalizados com prata (-) e funcionalizados com prata (-) em soluccedilatildeo aquosa de KOH 01 mol Lndash1Nuacutemero de ciclo = 1 v= 50 mV sndash1 janela de potencial -1 a + 1V

-10 -05 00 05 10-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

Corre

nte

mA

Potencial V vs AgAgCl

cupom de accedilo sem prata cupom de accedilo com prata

A Figura 4 mostra a sobreposiccedilatildeo dos voltamogramas ciacuteclicos dos cupons de accedilo inox natildeo funcionalizados funcionalizados antes e apoacutes o tratamento com aacutecido niacutetrico e hidroacutexido de soacutedio (simulaccedilatildeo de limpeza CIP)

Figura 4 Voltamogramas ciacuteclicos do 1deg ciclo de varredura obtidos em soluccedilatildeo eletroliacutetica de KOH 01 mol Lndash1 v= 50 mV sndash1 janela de potencial -1 a + 1V para os cupons de accedilo inox natildeo funcionalizado (-) funcionalizados com prata (-) apoacutes

tratamento com HNO3 (-) e NaOH (-)

-10 -05 00 05 10

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

Corre

nte

mA

Potencial V vs AgAgCl

cupom natildeo funcionalizado cupom funcionalizado cupom funcionalizado trat HNO3

cupom funcionalizado trat NaOH

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DISCUSSAtildeO

A fotomicrografia obtida por meio da microscopia de forccedila atocircmica da amostra contro-le permite observar a presenccedila de alguns precipitados que foram originados no processo de obtenccedilatildeo da liga de accedilo (Figura 1a) Alguns riscos satildeo tambeacutem observados e podem ter sua origem no processo de limpeza mecacircnica ou mesmo no processo de laminaccedilatildeo da liga de accedilo Jaacute a amostra recoberta com filme de prata (Figura 1b) apresentou uma ligeira mudanccedila na superfiacutecie com a presenccedila de aglomerados sobre a superfiacutecie que satildeo devido ao processo de nucleaccedilatildeo na fase de vapor efeito comum no processo de deposiccedilatildeo por sputtering (Machuno et al 2016)

Os resultados de adesatildeo bacteriana em cupons de accedilo inoxidaacutevel funcionalizados com prata apresentados na Tabela 1 mostraram que houve menor nuacutemero de ceacutelulas aderidas de S aureus na superfiacutecie de accedilo inoxidaacutevel quando comparado agrave E coli Outros trabalhos relatam resultado diferente do observado nesse estudo sendo as bacteacuterias Gram-negativas mais susceptiacuteveis agrave accedilatildeo da prata e as Gram-positivas menos susceptiacuteveis sugerindo um efeito protetor promovido pela camada mais espessa de peptideoglicano nas Gram-positivas (Zilio et al 2020 Ji et al 2020)

Alguns mecanismos de accedilatildeo de iacuteons Ag+ sobre micro-organismos tecircm sido propostos como a possibilidade de ligaccedilatildeo extracelular ou precipitaccedilatildeo do referido iacuteon na parede e membrana celular (Franci et al 2015) O iacuteon Ag+ poderaacute interagir com proteiacutenas celulares incluindo enzimas levando agrave inativaccedilatildeo das proteiacutenas provocando a letalidade das ceacutelulas (Gomaa 2017) Outra accedilatildeo proposta refere-se agrave interaccedilatildeo do iacuteon Ag+ com o aacutecido desoxir-ribonucleacuteico (DNA) por meio de deslocamento das ligaccedilotildees de hidrogecircnio entre as bases puriacutenicas e pirimidiacutenicas impedindo sua replicaccedilatildeo Por uacuteltimo eacute tambeacutem aceito que o iacuteon Ag+ se liga a grupos doadores de eleacutetrons como aminas hidroxilas e fosfatos que contecircm nitrogecircnio oxigecircnio e enxofre (Deng et al 2015) Dentre os mecanismos foram relatados como os principais os danos diretos na membrana celular e a geraccedilatildeo de espeacutecies reativas de oxigecircnio pelos iacuteons de prata (Ontong et al 2020)

Assim a espeacutecie do micro-organismo em contato com a prata eacute de grande importacircncia no mecanismo de reaccedilatildeo envolvida As bacteacuterias satildeo classificadas em Gram-positivas ou Gram-negativas em funccedilatildeo da diferenccedila na arquitetura da parede celular Considerando as bacteacuterias desse estudo tem-se Ecoli como Gram-negativa e S aureus como Gram-positiva A parede celular de Gram-positiva consiste de uma camada espessa de pepti-deoglicano (~30 nm) enquanto a parede celular da Gram-negativa apresenta estrutura e composiccedilatildeo da membrana mais complexa Na Gram-negativa a camada de peptideoglicano eacute mais fina (~10 nm) e a superfiacutecie externa da ceacutelula possui uma membrana consistindo de proteiacutenas lipopolissacariacutedeos e fosfolipiacutedeos (Ubbink e Schar-zammaretti 2007 Beveridge

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1999) A superfiacutecie do peptideoglicano de bacteacuteria Gram-positiva eacute coberta principalmen-te por polissacariacutedeos neutros e aacutecidos grande nuacutemero de diferentes proteiacutenas e aacutecidos teicoicos (Jefferson 2004)

Dessa forma a interaccedilatildeo do iacuteon Ag+ para a reduccedilatildeo da carga microbiana pode ter ocorrido com os grupos carboxil e fosforil os quais conferem agrave superfiacutecie celular uma den-sidade de carga negativa De acordo com Langley amp Beveridge (1999) quando a superfiacutecie celular estaacute em contato direto com o ambiente os grupos carregados dentro da camada da superfiacutecie satildeo capazes de interagir com os iacuteons ou moleacuteculas carregadas presentes no meio externo Portanto os caacutetions podem tornar-se atraiacutedos eletrostaticamente e ligarem-se na superfiacutecie celular Os locais responsaacuteveis pela ligaccedilatildeo com metais no micro-organismo satildeo provavelmente nestes grupos carboxil dentro do peptideoglicano assim como nos grupos fosforil de aacutecidos teicoicos e teicurocircnicos presentes nas superfiacutecies bacterianas (Katsikogianni amp Missirlis 2004)

Trabalho semelhante na literatura foi realizado mas com implantaccedilatildeo de outros iacuteons Os autores Zhao et al (2008) implantaram os iacuteons +++

3 SiFON na superfiacutecie do accedilo inoxidaacutevel De acordo com os pesquisadores os iacuteons implantados tornam a superfiacutecie me-nos atrativa para a bacteacuteria afetando o processo de adesatildeo e isso eacute possiacutevel em razatildeo da implantaccedilatildeo do iacuteon reduzir a energia livre da superfiacutecie Neste estudo a dose e a energia de implantaccedilatildeo dos iacuteons foram de 1016 iacuteonscm2 e 30 KeV respectivamente Os autores tambeacutem observaram que a superfiacutecie com a presenccedila do iacuteon +

3SiF apresentou a melhor reduccedilatildeo da adesatildeo bacteriana Neste estudo a adesatildeo bacteriana reduziu com a diminuiccedilatildeo da energia da superfiacutecie As superfiacutecies com iacuteons implantados apresentaram melhores resultados que as superfiacutecies controle quanto agrave adesatildeo Os autores concluiacuteram que a superfiacutecie de accedilo inoxidaacutevel com +

3SiF pode exercer importante funccedilatildeo na reduccedilatildeo de ceacutelulas aderidasNovello (2012) avaliou a capacidade de adesatildeo de Listeria monocytogenes CECT

4031 T em superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel austeniacutetico AISI 304 implantadas com iacuteons Ag+ com energias de 70 e 200 keV Os autores observaram que a energia de implantaccedilatildeo influenciou a eficiecircncia antimicrobiana sendo que o melhor resultado para a superfiacutecie de accedilo AISI 304 foi com a implantaccedilatildeo em que se aplicou 70 keV Nessa superfiacutecie houve reduccedilatildeo de mais de dois ciclos log enquanto que na superfiacutecie com energia de 200 keV a adesatildeo natildeo diferiu da superfiacutecie controle

A meacutedia da reduccedilatildeo microbiana alcanccedilada nesse estudo para as duas bacteacuterias foi de 135 reduccedilotildees logariacutetmicas essa reduccedilatildeo natildeo caracteriza a superfiacutecie como sanitizante ou seja natildeo se pode afirmar que a superfiacutecie funcionalizada eacute alternativa ao uso do cloro Pode-se inferir que a funcionalizaccedilatildeo da superfiacutecie pode contribuir para menor adesatildeo de ceacutelulas microbianas e consequentemente pode diminuir o risco de contaminaccedilatildeo dos alimentos que

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 453

entrarem em contato com a superfiacutecie funcionalizada Ademais considerando a reduccedilatildeo meacutedia de 135 ciclos logariacutetmicos pode-se optar pelo uso de um sanitizante diferente dos clorados inorgacircnicos para complementar a eficiecircncia da etapa de sanitizaccedilatildeo obtendo-se um sinergismo positivo reduzindo tambeacutem a possibilidade de formaccedilatildeo de trihalometanos

Zilio et al (2020) observaram a presenccedila de prata nas superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel AISI 304 a uma profundidade de ateacute 5 nm da superfiacutecie e a concentraccedilatildeo mais alta foi de aproximadamente 17 nm de profundidade quando a prata foi aplicada com energia de 2 keV Novello (2012) observou a presenccedila de prata nas superfiacutecies de estudo (accedilo inoxidaacutevel AISI 304) a uma profundidade de 25 nm quando a prata foi aplicada com energia de 200 keV e de 15 nm quando aplicada com energia de 70 keV Tendo em vista que o bombardeamento proposto por Novello (2012) eacute obtido com teacutecnicas de maior complexidade que inviabilizam sua aplicaccedilatildeo em larga escala o meacutetodo aqui proposto utilizando sputtering teacutecnica propiacutecia e reconhecida para a deposiccedilatildeo de filmes em grandes aacutereas e quantidades (Machuno et al 2016) viabiliza assim o processo industrialmente

A partir de Tabela 2 eacute possiacutevel verificar que as s superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel tanto controle como as funcionalizadas com a prata foram consideradas hidrofoacutebicas por apresen-tarem o valor TOT

sasG∆ negativo Aleacutem disso verificou-se que houve diferenccedila (p lt 005) entre os valores de TOT

sasG∆ encontrados paras as superfiacutecies funcionalizadas quando comparadas agraves superfiacutecies controles sendo possiacutevel afirmar que o tratamento das superfiacutecies de accedilo com prata contribuiu para o aumento da hidrofobicidade das superfiacutecies O aumento no valor da hidrofobicidade proveniente da funcionalizaccedilatildeo da superfiacutecie com prata pode ser justificado pela reduccedilatildeo na energia potencial de solvataccedilatildeo quando se tem prata iocircnica interagindo com a aacutegua Nessa interaccedilatildeo o maior raio de interaccedilatildeo do iacuteon (Ag+) com a moleacutecula de aacutegua ocasiona a reduccedilatildeo na energia potencial da interaccedilatildeo iacuteon-dipolo (Equaccedilatildeo 4) e consequen-temente no aumento da hidrofobicidade (Atkinsamp Jones 2006)

EZrp | |

2 (4)

Em que Ep significa a energia potencial de solvataccedilatildeo Z a carga do iacuteon μ o momento de dipolo eleacutetrico da moleacutecula polar (H2O) r eacute o raio de hidrataccedilatildeo do iacuteon (Ag+)

O paracircmetro ΔGTOT calculado expressou a variaccedilatildeo da energia livre de interaccedilatildeo in-terfacial entre as moleacuteculas do material imersas em aacutegua e eacute a mais apropriada medida da hidrofobicidade sendo considerado um criteacuterio quantitativo Esse criteacuterio quantitativo define a superfiacutecie quanto agrave hidrofobicidade de forma eficiente uma vez que leva em consideraccedilatildeo as interaccedilotildees do tipo van der Waals interaccedilotildees eletrostaacuteticas aleacutem das forccedilas de interaccedilatildeo de caraacuteter polar podendo estas ser atrativas ou repulsivas

Essas superfiacutecies funcionalizadas com antimicrobianos satildeo promissoras para uso na induacutestria de alimentos uma vez que a adesatildeo e a formaccedilatildeo de biofilme podem reduzir a

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eficiecircncia de transferecircncia de energia na forma de calor em trocadores teacutermicos diminuir o fluxo em tubulaccedilotildees desencadear processos corrosivos e principalmente se tornarem fontes de contaminaccedilatildeo microbiana Sob o aspecto microbioloacutegico a adesatildeo pode consti-tuir-se de micro-organismos alteradores eou patogecircnicos que resultam em seacuterios proble-mas de higiene de sauacutede puacuteblica ou de ordem econocircmica (Beech 2004 Masaaki 2006 Arauacutejo et al 2010)

Quanto ao estudo de voltametria ciacuteclica a anaacutelise conjunta dos VC a partir da Figura 2 mostrou que os picos de corrente anoacutedicos satildeo semelhantes para os dois cupons de accedilo inox sem prata aacuterea eletroativa com boa reprodutibilidade A partir dos VC (Figura 2) observa-se que no primeiro ciclo (varredura direta) ocorre a oxidaccedilatildeo do ferro (elemento majoritaacuterio da composiccedilatildeo quiacutemica do accedilo inoxidaacutevel austeniacutetico AISI 304) em potencial de + 050 V que se refere agrave formaccedilatildeo do iacuteon Fe2+ (Gentil 2007) Na varredura inversa desse mesmo ciclo natildeo foi possiacutevel identificar o aparecimento dos picos de reduccedilatildeo

Pode-se observar (Figura 3) que haacute modificaccedilatildeo na superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica com prata Verifica-se que no primeiro ciclo (varredura direta) ocorre a oxidaccedilatildeo do ferro (+05V) jaacute na varredura inversa desse mesmo ciclo aparecem picos alongados de reduccedilatildeo (+ 025 a - 025V) que se referem a reduccedilatildeo dos materiais depositados na superfiacutecie do accedilo inox por pulverizaccedilatildeo catoacutedica iacuteons Ag+ e impurezas na superfiacutecie do cupom de accedilo

Os valores de corrente para o cupom de accedilo modificado satildeo diferentes dos valores de corrente para o cupom natildeo funcionalizado o que implica que a prata fica depositada sobre a superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica com au-mento (85) da aacuterea eletroativa do cupom de accedilo inox

Por fim observou-se tambeacutem que houve maior similaridade no comportamento eletro-quiacutemico entre os cupons de accedilo funcionalizados com filme de prata antes e apoacutes a simulaccedilatildeo da limpeza CIP em relaccedilatildeo ao cupom natildeo funcionalizado (Figura 4) Com isso verifica-se que natildeo houve lixiviaccedilatildeo da prata na simulaccedilatildeo de limpeza CIP Sendo assim a pulverizaccedilatildeo catoacutedica pode ser empregada na induacutestria de alimentos para depositar prata nas superfiacutecies de processamento de alimentos sem restriccedilatildeo em utilizar a limpeza CIP

Apoacutes o contato do cupom de accedilo funcionalizado com as amostras de leite integral UHT e leite desnatado UHT natildeo foi possiacutevel quantificar os iacuteons Ag+ uma vez que todas as anaacute-lises ficaram abaixo do limite de quantificaccedilatildeo (0002 μg Lndash1) da voltametria de redissoluccedilatildeo anoacutedica para anaacutelise de metais (RileyampWatson 1987)

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 455

CONCLUSAtildeO CONSIDERACcedilOtildeES FINAIS

As amostras de accedilo inox foram eficientemente funcionalizadas com recobrimento de prata usando pulverizaccedilatildeo catoacutedica A funcionalizaccedilatildeo das superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel mostrou ser eficiente para reduccedilatildeo da carga microbiana aderida o que reduz o risco de poacutes-contaminaccedilatildeo de produtos na induacutestria de alimentos O recobrimento manteve as ca-racteriacutesticas morfoloacutegicas das superfiacutecies das amostras funcionalizadas Um ligeiro aumento na rugosidade meacutedia das amostras foi observado nas amostras funcionalizadas

Do ponto de vista eletroquiacutemico observou-se que houve modificaccedilatildeo na superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica ou seja a prata perma-neceu depositada sobre a superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulve-rizaccedilatildeo catoacutedica com aumento da aacuterea eletroativa do cupom de accedilo inox Os resultados portanto indicam o potencial do uso das amostras funcionalizadas com prata na induacutestria de alimentos a fim de reduzir a quantidade de cloro inorgacircnico aplicado comumente na etapa de sanitizaccedilatildeo Aleacutem disso o processo de pulverizaccedilatildeo catoacutedica pode ser usado em escala industrial reduzindo custos de produccedilatildeo uma vez que natildeo satildeo usados processos quiacutemicos nesse processo

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Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 449

Tabela 2 Valores dos componentes apolares (∆GsasLW) e polares (∆Gsas

AB) da energia livre total de interaccedilatildeo das superfiacutecies funcionalizadas de accedilo inoxidaacutevel

Superfiacutecies ∆GsasLW (mJm2) ∆Gsas

AB (mJm2) TOTsasG∆

(mJm2)

Accedilo inoxidaacutevel controle -234098 -18549 -20889a

Accedilo inoxidaacutevel prata -12713 -365716 -49284b

Meacutedias seguidas por letras iguais na mesma coluna natildeo diferem entre si pelo teste Tukey (p lt 005)

Quanto ao estudo de voltametria ciacuteclica sabe-se que os cupons de accedilo inox devem apresentar respostas eletroquiacutemicas semelhantes para serem utilizados nos experimentos de deposiccedilatildeo de prata por pulverizaccedilatildeo catoacutedica A Figura 2 mostra o perfil eletroquiacutemico de dois cupons de accedilo em soluccedilatildeo aquosa de KOH 01 molLndash1

Figura 2 Voltametria ciacuteclica do accedilo inox em soluccedilatildeo aquosa de KOH 01 mol Lndash1Nuacutemero de ciclo = 1 v= 50 mV sndash1 janela de potencial -1 a + 1V

-10 -05 00 05 10

-0004

-0002

0000

0002

0004

0006

0008

Corre

nte

mA

Potencial V vs AgAgCl

cupom de accedilo sem prata cupom de accedilo sem prata

A Figura 3 mostra a regiatildeo de atividade eletroquiacutemica do cupom de accedilo funcionalizado com prata comparado com o cupom de accedilo natildeo funcionalizado com prata em soluccedilatildeo de KOH 01 molLndash1

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1450

Figura 3 Voltametria ciacuteclica dos cupons de accedilo inox natildeo funcionalizados com prata (-) e funcionalizados com prata (-) em soluccedilatildeo aquosa de KOH 01 mol Lndash1Nuacutemero de ciclo = 1 v= 50 mV sndash1 janela de potencial -1 a + 1V

-10 -05 00 05 10-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

Corre

nte

mA

Potencial V vs AgAgCl

cupom de accedilo sem prata cupom de accedilo com prata

A Figura 4 mostra a sobreposiccedilatildeo dos voltamogramas ciacuteclicos dos cupons de accedilo inox natildeo funcionalizados funcionalizados antes e apoacutes o tratamento com aacutecido niacutetrico e hidroacutexido de soacutedio (simulaccedilatildeo de limpeza CIP)

Figura 4 Voltamogramas ciacuteclicos do 1deg ciclo de varredura obtidos em soluccedilatildeo eletroliacutetica de KOH 01 mol Lndash1 v= 50 mV sndash1 janela de potencial -1 a + 1V para os cupons de accedilo inox natildeo funcionalizado (-) funcionalizados com prata (-) apoacutes

tratamento com HNO3 (-) e NaOH (-)

-10 -05 00 05 10

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

Corre

nte

mA

Potencial V vs AgAgCl

cupom natildeo funcionalizado cupom funcionalizado cupom funcionalizado trat HNO3

cupom funcionalizado trat NaOH

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DISCUSSAtildeO

A fotomicrografia obtida por meio da microscopia de forccedila atocircmica da amostra contro-le permite observar a presenccedila de alguns precipitados que foram originados no processo de obtenccedilatildeo da liga de accedilo (Figura 1a) Alguns riscos satildeo tambeacutem observados e podem ter sua origem no processo de limpeza mecacircnica ou mesmo no processo de laminaccedilatildeo da liga de accedilo Jaacute a amostra recoberta com filme de prata (Figura 1b) apresentou uma ligeira mudanccedila na superfiacutecie com a presenccedila de aglomerados sobre a superfiacutecie que satildeo devido ao processo de nucleaccedilatildeo na fase de vapor efeito comum no processo de deposiccedilatildeo por sputtering (Machuno et al 2016)

Os resultados de adesatildeo bacteriana em cupons de accedilo inoxidaacutevel funcionalizados com prata apresentados na Tabela 1 mostraram que houve menor nuacutemero de ceacutelulas aderidas de S aureus na superfiacutecie de accedilo inoxidaacutevel quando comparado agrave E coli Outros trabalhos relatam resultado diferente do observado nesse estudo sendo as bacteacuterias Gram-negativas mais susceptiacuteveis agrave accedilatildeo da prata e as Gram-positivas menos susceptiacuteveis sugerindo um efeito protetor promovido pela camada mais espessa de peptideoglicano nas Gram-positivas (Zilio et al 2020 Ji et al 2020)

Alguns mecanismos de accedilatildeo de iacuteons Ag+ sobre micro-organismos tecircm sido propostos como a possibilidade de ligaccedilatildeo extracelular ou precipitaccedilatildeo do referido iacuteon na parede e membrana celular (Franci et al 2015) O iacuteon Ag+ poderaacute interagir com proteiacutenas celulares incluindo enzimas levando agrave inativaccedilatildeo das proteiacutenas provocando a letalidade das ceacutelulas (Gomaa 2017) Outra accedilatildeo proposta refere-se agrave interaccedilatildeo do iacuteon Ag+ com o aacutecido desoxir-ribonucleacuteico (DNA) por meio de deslocamento das ligaccedilotildees de hidrogecircnio entre as bases puriacutenicas e pirimidiacutenicas impedindo sua replicaccedilatildeo Por uacuteltimo eacute tambeacutem aceito que o iacuteon Ag+ se liga a grupos doadores de eleacutetrons como aminas hidroxilas e fosfatos que contecircm nitrogecircnio oxigecircnio e enxofre (Deng et al 2015) Dentre os mecanismos foram relatados como os principais os danos diretos na membrana celular e a geraccedilatildeo de espeacutecies reativas de oxigecircnio pelos iacuteons de prata (Ontong et al 2020)

Assim a espeacutecie do micro-organismo em contato com a prata eacute de grande importacircncia no mecanismo de reaccedilatildeo envolvida As bacteacuterias satildeo classificadas em Gram-positivas ou Gram-negativas em funccedilatildeo da diferenccedila na arquitetura da parede celular Considerando as bacteacuterias desse estudo tem-se Ecoli como Gram-negativa e S aureus como Gram-positiva A parede celular de Gram-positiva consiste de uma camada espessa de pepti-deoglicano (~30 nm) enquanto a parede celular da Gram-negativa apresenta estrutura e composiccedilatildeo da membrana mais complexa Na Gram-negativa a camada de peptideoglicano eacute mais fina (~10 nm) e a superfiacutecie externa da ceacutelula possui uma membrana consistindo de proteiacutenas lipopolissacariacutedeos e fosfolipiacutedeos (Ubbink e Schar-zammaretti 2007 Beveridge

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1999) A superfiacutecie do peptideoglicano de bacteacuteria Gram-positiva eacute coberta principalmen-te por polissacariacutedeos neutros e aacutecidos grande nuacutemero de diferentes proteiacutenas e aacutecidos teicoicos (Jefferson 2004)

Dessa forma a interaccedilatildeo do iacuteon Ag+ para a reduccedilatildeo da carga microbiana pode ter ocorrido com os grupos carboxil e fosforil os quais conferem agrave superfiacutecie celular uma den-sidade de carga negativa De acordo com Langley amp Beveridge (1999) quando a superfiacutecie celular estaacute em contato direto com o ambiente os grupos carregados dentro da camada da superfiacutecie satildeo capazes de interagir com os iacuteons ou moleacuteculas carregadas presentes no meio externo Portanto os caacutetions podem tornar-se atraiacutedos eletrostaticamente e ligarem-se na superfiacutecie celular Os locais responsaacuteveis pela ligaccedilatildeo com metais no micro-organismo satildeo provavelmente nestes grupos carboxil dentro do peptideoglicano assim como nos grupos fosforil de aacutecidos teicoicos e teicurocircnicos presentes nas superfiacutecies bacterianas (Katsikogianni amp Missirlis 2004)

Trabalho semelhante na literatura foi realizado mas com implantaccedilatildeo de outros iacuteons Os autores Zhao et al (2008) implantaram os iacuteons +++

3 SiFON na superfiacutecie do accedilo inoxidaacutevel De acordo com os pesquisadores os iacuteons implantados tornam a superfiacutecie me-nos atrativa para a bacteacuteria afetando o processo de adesatildeo e isso eacute possiacutevel em razatildeo da implantaccedilatildeo do iacuteon reduzir a energia livre da superfiacutecie Neste estudo a dose e a energia de implantaccedilatildeo dos iacuteons foram de 1016 iacuteonscm2 e 30 KeV respectivamente Os autores tambeacutem observaram que a superfiacutecie com a presenccedila do iacuteon +

3SiF apresentou a melhor reduccedilatildeo da adesatildeo bacteriana Neste estudo a adesatildeo bacteriana reduziu com a diminuiccedilatildeo da energia da superfiacutecie As superfiacutecies com iacuteons implantados apresentaram melhores resultados que as superfiacutecies controle quanto agrave adesatildeo Os autores concluiacuteram que a superfiacutecie de accedilo inoxidaacutevel com +

3SiF pode exercer importante funccedilatildeo na reduccedilatildeo de ceacutelulas aderidasNovello (2012) avaliou a capacidade de adesatildeo de Listeria monocytogenes CECT

4031 T em superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel austeniacutetico AISI 304 implantadas com iacuteons Ag+ com energias de 70 e 200 keV Os autores observaram que a energia de implantaccedilatildeo influenciou a eficiecircncia antimicrobiana sendo que o melhor resultado para a superfiacutecie de accedilo AISI 304 foi com a implantaccedilatildeo em que se aplicou 70 keV Nessa superfiacutecie houve reduccedilatildeo de mais de dois ciclos log enquanto que na superfiacutecie com energia de 200 keV a adesatildeo natildeo diferiu da superfiacutecie controle

A meacutedia da reduccedilatildeo microbiana alcanccedilada nesse estudo para as duas bacteacuterias foi de 135 reduccedilotildees logariacutetmicas essa reduccedilatildeo natildeo caracteriza a superfiacutecie como sanitizante ou seja natildeo se pode afirmar que a superfiacutecie funcionalizada eacute alternativa ao uso do cloro Pode-se inferir que a funcionalizaccedilatildeo da superfiacutecie pode contribuir para menor adesatildeo de ceacutelulas microbianas e consequentemente pode diminuir o risco de contaminaccedilatildeo dos alimentos que

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 453

entrarem em contato com a superfiacutecie funcionalizada Ademais considerando a reduccedilatildeo meacutedia de 135 ciclos logariacutetmicos pode-se optar pelo uso de um sanitizante diferente dos clorados inorgacircnicos para complementar a eficiecircncia da etapa de sanitizaccedilatildeo obtendo-se um sinergismo positivo reduzindo tambeacutem a possibilidade de formaccedilatildeo de trihalometanos

Zilio et al (2020) observaram a presenccedila de prata nas superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel AISI 304 a uma profundidade de ateacute 5 nm da superfiacutecie e a concentraccedilatildeo mais alta foi de aproximadamente 17 nm de profundidade quando a prata foi aplicada com energia de 2 keV Novello (2012) observou a presenccedila de prata nas superfiacutecies de estudo (accedilo inoxidaacutevel AISI 304) a uma profundidade de 25 nm quando a prata foi aplicada com energia de 200 keV e de 15 nm quando aplicada com energia de 70 keV Tendo em vista que o bombardeamento proposto por Novello (2012) eacute obtido com teacutecnicas de maior complexidade que inviabilizam sua aplicaccedilatildeo em larga escala o meacutetodo aqui proposto utilizando sputtering teacutecnica propiacutecia e reconhecida para a deposiccedilatildeo de filmes em grandes aacutereas e quantidades (Machuno et al 2016) viabiliza assim o processo industrialmente

A partir de Tabela 2 eacute possiacutevel verificar que as s superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel tanto controle como as funcionalizadas com a prata foram consideradas hidrofoacutebicas por apresen-tarem o valor TOT

sasG∆ negativo Aleacutem disso verificou-se que houve diferenccedila (p lt 005) entre os valores de TOT

sasG∆ encontrados paras as superfiacutecies funcionalizadas quando comparadas agraves superfiacutecies controles sendo possiacutevel afirmar que o tratamento das superfiacutecies de accedilo com prata contribuiu para o aumento da hidrofobicidade das superfiacutecies O aumento no valor da hidrofobicidade proveniente da funcionalizaccedilatildeo da superfiacutecie com prata pode ser justificado pela reduccedilatildeo na energia potencial de solvataccedilatildeo quando se tem prata iocircnica interagindo com a aacutegua Nessa interaccedilatildeo o maior raio de interaccedilatildeo do iacuteon (Ag+) com a moleacutecula de aacutegua ocasiona a reduccedilatildeo na energia potencial da interaccedilatildeo iacuteon-dipolo (Equaccedilatildeo 4) e consequen-temente no aumento da hidrofobicidade (Atkinsamp Jones 2006)

EZrp | |

2 (4)

Em que Ep significa a energia potencial de solvataccedilatildeo Z a carga do iacuteon μ o momento de dipolo eleacutetrico da moleacutecula polar (H2O) r eacute o raio de hidrataccedilatildeo do iacuteon (Ag+)

O paracircmetro ΔGTOT calculado expressou a variaccedilatildeo da energia livre de interaccedilatildeo in-terfacial entre as moleacuteculas do material imersas em aacutegua e eacute a mais apropriada medida da hidrofobicidade sendo considerado um criteacuterio quantitativo Esse criteacuterio quantitativo define a superfiacutecie quanto agrave hidrofobicidade de forma eficiente uma vez que leva em consideraccedilatildeo as interaccedilotildees do tipo van der Waals interaccedilotildees eletrostaacuteticas aleacutem das forccedilas de interaccedilatildeo de caraacuteter polar podendo estas ser atrativas ou repulsivas

Essas superfiacutecies funcionalizadas com antimicrobianos satildeo promissoras para uso na induacutestria de alimentos uma vez que a adesatildeo e a formaccedilatildeo de biofilme podem reduzir a

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eficiecircncia de transferecircncia de energia na forma de calor em trocadores teacutermicos diminuir o fluxo em tubulaccedilotildees desencadear processos corrosivos e principalmente se tornarem fontes de contaminaccedilatildeo microbiana Sob o aspecto microbioloacutegico a adesatildeo pode consti-tuir-se de micro-organismos alteradores eou patogecircnicos que resultam em seacuterios proble-mas de higiene de sauacutede puacuteblica ou de ordem econocircmica (Beech 2004 Masaaki 2006 Arauacutejo et al 2010)

Quanto ao estudo de voltametria ciacuteclica a anaacutelise conjunta dos VC a partir da Figura 2 mostrou que os picos de corrente anoacutedicos satildeo semelhantes para os dois cupons de accedilo inox sem prata aacuterea eletroativa com boa reprodutibilidade A partir dos VC (Figura 2) observa-se que no primeiro ciclo (varredura direta) ocorre a oxidaccedilatildeo do ferro (elemento majoritaacuterio da composiccedilatildeo quiacutemica do accedilo inoxidaacutevel austeniacutetico AISI 304) em potencial de + 050 V que se refere agrave formaccedilatildeo do iacuteon Fe2+ (Gentil 2007) Na varredura inversa desse mesmo ciclo natildeo foi possiacutevel identificar o aparecimento dos picos de reduccedilatildeo

Pode-se observar (Figura 3) que haacute modificaccedilatildeo na superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica com prata Verifica-se que no primeiro ciclo (varredura direta) ocorre a oxidaccedilatildeo do ferro (+05V) jaacute na varredura inversa desse mesmo ciclo aparecem picos alongados de reduccedilatildeo (+ 025 a - 025V) que se referem a reduccedilatildeo dos materiais depositados na superfiacutecie do accedilo inox por pulverizaccedilatildeo catoacutedica iacuteons Ag+ e impurezas na superfiacutecie do cupom de accedilo

Os valores de corrente para o cupom de accedilo modificado satildeo diferentes dos valores de corrente para o cupom natildeo funcionalizado o que implica que a prata fica depositada sobre a superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica com au-mento (85) da aacuterea eletroativa do cupom de accedilo inox

Por fim observou-se tambeacutem que houve maior similaridade no comportamento eletro-quiacutemico entre os cupons de accedilo funcionalizados com filme de prata antes e apoacutes a simulaccedilatildeo da limpeza CIP em relaccedilatildeo ao cupom natildeo funcionalizado (Figura 4) Com isso verifica-se que natildeo houve lixiviaccedilatildeo da prata na simulaccedilatildeo de limpeza CIP Sendo assim a pulverizaccedilatildeo catoacutedica pode ser empregada na induacutestria de alimentos para depositar prata nas superfiacutecies de processamento de alimentos sem restriccedilatildeo em utilizar a limpeza CIP

Apoacutes o contato do cupom de accedilo funcionalizado com as amostras de leite integral UHT e leite desnatado UHT natildeo foi possiacutevel quantificar os iacuteons Ag+ uma vez que todas as anaacute-lises ficaram abaixo do limite de quantificaccedilatildeo (0002 μg Lndash1) da voltametria de redissoluccedilatildeo anoacutedica para anaacutelise de metais (RileyampWatson 1987)

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 455

CONCLUSAtildeO CONSIDERACcedilOtildeES FINAIS

As amostras de accedilo inox foram eficientemente funcionalizadas com recobrimento de prata usando pulverizaccedilatildeo catoacutedica A funcionalizaccedilatildeo das superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel mostrou ser eficiente para reduccedilatildeo da carga microbiana aderida o que reduz o risco de poacutes-contaminaccedilatildeo de produtos na induacutestria de alimentos O recobrimento manteve as ca-racteriacutesticas morfoloacutegicas das superfiacutecies das amostras funcionalizadas Um ligeiro aumento na rugosidade meacutedia das amostras foi observado nas amostras funcionalizadas

Do ponto de vista eletroquiacutemico observou-se que houve modificaccedilatildeo na superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica ou seja a prata perma-neceu depositada sobre a superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulve-rizaccedilatildeo catoacutedica com aumento da aacuterea eletroativa do cupom de accedilo inox Os resultados portanto indicam o potencial do uso das amostras funcionalizadas com prata na induacutestria de alimentos a fim de reduzir a quantidade de cloro inorgacircnico aplicado comumente na etapa de sanitizaccedilatildeo Aleacutem disso o processo de pulverizaccedilatildeo catoacutedica pode ser usado em escala industrial reduzindo custos de produccedilatildeo uma vez que natildeo satildeo usados processos quiacutemicos nesse processo

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Page 10: funcionalizada com prata por pulverização catódica · 2020. 12. 18. · presença de prata. Os resultados de adesão bacteriana mostraram que houve menor número de células aderidas

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1450

Figura 3 Voltametria ciacuteclica dos cupons de accedilo inox natildeo funcionalizados com prata (-) e funcionalizados com prata (-) em soluccedilatildeo aquosa de KOH 01 mol Lndash1Nuacutemero de ciclo = 1 v= 50 mV sndash1 janela de potencial -1 a + 1V

-10 -05 00 05 10-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

Corre

nte

mA

Potencial V vs AgAgCl

cupom de accedilo sem prata cupom de accedilo com prata

A Figura 4 mostra a sobreposiccedilatildeo dos voltamogramas ciacuteclicos dos cupons de accedilo inox natildeo funcionalizados funcionalizados antes e apoacutes o tratamento com aacutecido niacutetrico e hidroacutexido de soacutedio (simulaccedilatildeo de limpeza CIP)

Figura 4 Voltamogramas ciacuteclicos do 1deg ciclo de varredura obtidos em soluccedilatildeo eletroliacutetica de KOH 01 mol Lndash1 v= 50 mV sndash1 janela de potencial -1 a + 1V para os cupons de accedilo inox natildeo funcionalizado (-) funcionalizados com prata (-) apoacutes

tratamento com HNO3 (-) e NaOH (-)

-10 -05 00 05 10

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

Corre

nte

mA

Potencial V vs AgAgCl

cupom natildeo funcionalizado cupom funcionalizado cupom funcionalizado trat HNO3

cupom funcionalizado trat NaOH

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DISCUSSAtildeO

A fotomicrografia obtida por meio da microscopia de forccedila atocircmica da amostra contro-le permite observar a presenccedila de alguns precipitados que foram originados no processo de obtenccedilatildeo da liga de accedilo (Figura 1a) Alguns riscos satildeo tambeacutem observados e podem ter sua origem no processo de limpeza mecacircnica ou mesmo no processo de laminaccedilatildeo da liga de accedilo Jaacute a amostra recoberta com filme de prata (Figura 1b) apresentou uma ligeira mudanccedila na superfiacutecie com a presenccedila de aglomerados sobre a superfiacutecie que satildeo devido ao processo de nucleaccedilatildeo na fase de vapor efeito comum no processo de deposiccedilatildeo por sputtering (Machuno et al 2016)

Os resultados de adesatildeo bacteriana em cupons de accedilo inoxidaacutevel funcionalizados com prata apresentados na Tabela 1 mostraram que houve menor nuacutemero de ceacutelulas aderidas de S aureus na superfiacutecie de accedilo inoxidaacutevel quando comparado agrave E coli Outros trabalhos relatam resultado diferente do observado nesse estudo sendo as bacteacuterias Gram-negativas mais susceptiacuteveis agrave accedilatildeo da prata e as Gram-positivas menos susceptiacuteveis sugerindo um efeito protetor promovido pela camada mais espessa de peptideoglicano nas Gram-positivas (Zilio et al 2020 Ji et al 2020)

Alguns mecanismos de accedilatildeo de iacuteons Ag+ sobre micro-organismos tecircm sido propostos como a possibilidade de ligaccedilatildeo extracelular ou precipitaccedilatildeo do referido iacuteon na parede e membrana celular (Franci et al 2015) O iacuteon Ag+ poderaacute interagir com proteiacutenas celulares incluindo enzimas levando agrave inativaccedilatildeo das proteiacutenas provocando a letalidade das ceacutelulas (Gomaa 2017) Outra accedilatildeo proposta refere-se agrave interaccedilatildeo do iacuteon Ag+ com o aacutecido desoxir-ribonucleacuteico (DNA) por meio de deslocamento das ligaccedilotildees de hidrogecircnio entre as bases puriacutenicas e pirimidiacutenicas impedindo sua replicaccedilatildeo Por uacuteltimo eacute tambeacutem aceito que o iacuteon Ag+ se liga a grupos doadores de eleacutetrons como aminas hidroxilas e fosfatos que contecircm nitrogecircnio oxigecircnio e enxofre (Deng et al 2015) Dentre os mecanismos foram relatados como os principais os danos diretos na membrana celular e a geraccedilatildeo de espeacutecies reativas de oxigecircnio pelos iacuteons de prata (Ontong et al 2020)

Assim a espeacutecie do micro-organismo em contato com a prata eacute de grande importacircncia no mecanismo de reaccedilatildeo envolvida As bacteacuterias satildeo classificadas em Gram-positivas ou Gram-negativas em funccedilatildeo da diferenccedila na arquitetura da parede celular Considerando as bacteacuterias desse estudo tem-se Ecoli como Gram-negativa e S aureus como Gram-positiva A parede celular de Gram-positiva consiste de uma camada espessa de pepti-deoglicano (~30 nm) enquanto a parede celular da Gram-negativa apresenta estrutura e composiccedilatildeo da membrana mais complexa Na Gram-negativa a camada de peptideoglicano eacute mais fina (~10 nm) e a superfiacutecie externa da ceacutelula possui uma membrana consistindo de proteiacutenas lipopolissacariacutedeos e fosfolipiacutedeos (Ubbink e Schar-zammaretti 2007 Beveridge

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1999) A superfiacutecie do peptideoglicano de bacteacuteria Gram-positiva eacute coberta principalmen-te por polissacariacutedeos neutros e aacutecidos grande nuacutemero de diferentes proteiacutenas e aacutecidos teicoicos (Jefferson 2004)

Dessa forma a interaccedilatildeo do iacuteon Ag+ para a reduccedilatildeo da carga microbiana pode ter ocorrido com os grupos carboxil e fosforil os quais conferem agrave superfiacutecie celular uma den-sidade de carga negativa De acordo com Langley amp Beveridge (1999) quando a superfiacutecie celular estaacute em contato direto com o ambiente os grupos carregados dentro da camada da superfiacutecie satildeo capazes de interagir com os iacuteons ou moleacuteculas carregadas presentes no meio externo Portanto os caacutetions podem tornar-se atraiacutedos eletrostaticamente e ligarem-se na superfiacutecie celular Os locais responsaacuteveis pela ligaccedilatildeo com metais no micro-organismo satildeo provavelmente nestes grupos carboxil dentro do peptideoglicano assim como nos grupos fosforil de aacutecidos teicoicos e teicurocircnicos presentes nas superfiacutecies bacterianas (Katsikogianni amp Missirlis 2004)

Trabalho semelhante na literatura foi realizado mas com implantaccedilatildeo de outros iacuteons Os autores Zhao et al (2008) implantaram os iacuteons +++

3 SiFON na superfiacutecie do accedilo inoxidaacutevel De acordo com os pesquisadores os iacuteons implantados tornam a superfiacutecie me-nos atrativa para a bacteacuteria afetando o processo de adesatildeo e isso eacute possiacutevel em razatildeo da implantaccedilatildeo do iacuteon reduzir a energia livre da superfiacutecie Neste estudo a dose e a energia de implantaccedilatildeo dos iacuteons foram de 1016 iacuteonscm2 e 30 KeV respectivamente Os autores tambeacutem observaram que a superfiacutecie com a presenccedila do iacuteon +

3SiF apresentou a melhor reduccedilatildeo da adesatildeo bacteriana Neste estudo a adesatildeo bacteriana reduziu com a diminuiccedilatildeo da energia da superfiacutecie As superfiacutecies com iacuteons implantados apresentaram melhores resultados que as superfiacutecies controle quanto agrave adesatildeo Os autores concluiacuteram que a superfiacutecie de accedilo inoxidaacutevel com +

3SiF pode exercer importante funccedilatildeo na reduccedilatildeo de ceacutelulas aderidasNovello (2012) avaliou a capacidade de adesatildeo de Listeria monocytogenes CECT

4031 T em superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel austeniacutetico AISI 304 implantadas com iacuteons Ag+ com energias de 70 e 200 keV Os autores observaram que a energia de implantaccedilatildeo influenciou a eficiecircncia antimicrobiana sendo que o melhor resultado para a superfiacutecie de accedilo AISI 304 foi com a implantaccedilatildeo em que se aplicou 70 keV Nessa superfiacutecie houve reduccedilatildeo de mais de dois ciclos log enquanto que na superfiacutecie com energia de 200 keV a adesatildeo natildeo diferiu da superfiacutecie controle

A meacutedia da reduccedilatildeo microbiana alcanccedilada nesse estudo para as duas bacteacuterias foi de 135 reduccedilotildees logariacutetmicas essa reduccedilatildeo natildeo caracteriza a superfiacutecie como sanitizante ou seja natildeo se pode afirmar que a superfiacutecie funcionalizada eacute alternativa ao uso do cloro Pode-se inferir que a funcionalizaccedilatildeo da superfiacutecie pode contribuir para menor adesatildeo de ceacutelulas microbianas e consequentemente pode diminuir o risco de contaminaccedilatildeo dos alimentos que

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entrarem em contato com a superfiacutecie funcionalizada Ademais considerando a reduccedilatildeo meacutedia de 135 ciclos logariacutetmicos pode-se optar pelo uso de um sanitizante diferente dos clorados inorgacircnicos para complementar a eficiecircncia da etapa de sanitizaccedilatildeo obtendo-se um sinergismo positivo reduzindo tambeacutem a possibilidade de formaccedilatildeo de trihalometanos

Zilio et al (2020) observaram a presenccedila de prata nas superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel AISI 304 a uma profundidade de ateacute 5 nm da superfiacutecie e a concentraccedilatildeo mais alta foi de aproximadamente 17 nm de profundidade quando a prata foi aplicada com energia de 2 keV Novello (2012) observou a presenccedila de prata nas superfiacutecies de estudo (accedilo inoxidaacutevel AISI 304) a uma profundidade de 25 nm quando a prata foi aplicada com energia de 200 keV e de 15 nm quando aplicada com energia de 70 keV Tendo em vista que o bombardeamento proposto por Novello (2012) eacute obtido com teacutecnicas de maior complexidade que inviabilizam sua aplicaccedilatildeo em larga escala o meacutetodo aqui proposto utilizando sputtering teacutecnica propiacutecia e reconhecida para a deposiccedilatildeo de filmes em grandes aacutereas e quantidades (Machuno et al 2016) viabiliza assim o processo industrialmente

A partir de Tabela 2 eacute possiacutevel verificar que as s superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel tanto controle como as funcionalizadas com a prata foram consideradas hidrofoacutebicas por apresen-tarem o valor TOT

sasG∆ negativo Aleacutem disso verificou-se que houve diferenccedila (p lt 005) entre os valores de TOT

sasG∆ encontrados paras as superfiacutecies funcionalizadas quando comparadas agraves superfiacutecies controles sendo possiacutevel afirmar que o tratamento das superfiacutecies de accedilo com prata contribuiu para o aumento da hidrofobicidade das superfiacutecies O aumento no valor da hidrofobicidade proveniente da funcionalizaccedilatildeo da superfiacutecie com prata pode ser justificado pela reduccedilatildeo na energia potencial de solvataccedilatildeo quando se tem prata iocircnica interagindo com a aacutegua Nessa interaccedilatildeo o maior raio de interaccedilatildeo do iacuteon (Ag+) com a moleacutecula de aacutegua ocasiona a reduccedilatildeo na energia potencial da interaccedilatildeo iacuteon-dipolo (Equaccedilatildeo 4) e consequen-temente no aumento da hidrofobicidade (Atkinsamp Jones 2006)

EZrp | |

2 (4)

Em que Ep significa a energia potencial de solvataccedilatildeo Z a carga do iacuteon μ o momento de dipolo eleacutetrico da moleacutecula polar (H2O) r eacute o raio de hidrataccedilatildeo do iacuteon (Ag+)

O paracircmetro ΔGTOT calculado expressou a variaccedilatildeo da energia livre de interaccedilatildeo in-terfacial entre as moleacuteculas do material imersas em aacutegua e eacute a mais apropriada medida da hidrofobicidade sendo considerado um criteacuterio quantitativo Esse criteacuterio quantitativo define a superfiacutecie quanto agrave hidrofobicidade de forma eficiente uma vez que leva em consideraccedilatildeo as interaccedilotildees do tipo van der Waals interaccedilotildees eletrostaacuteticas aleacutem das forccedilas de interaccedilatildeo de caraacuteter polar podendo estas ser atrativas ou repulsivas

Essas superfiacutecies funcionalizadas com antimicrobianos satildeo promissoras para uso na induacutestria de alimentos uma vez que a adesatildeo e a formaccedilatildeo de biofilme podem reduzir a

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eficiecircncia de transferecircncia de energia na forma de calor em trocadores teacutermicos diminuir o fluxo em tubulaccedilotildees desencadear processos corrosivos e principalmente se tornarem fontes de contaminaccedilatildeo microbiana Sob o aspecto microbioloacutegico a adesatildeo pode consti-tuir-se de micro-organismos alteradores eou patogecircnicos que resultam em seacuterios proble-mas de higiene de sauacutede puacuteblica ou de ordem econocircmica (Beech 2004 Masaaki 2006 Arauacutejo et al 2010)

Quanto ao estudo de voltametria ciacuteclica a anaacutelise conjunta dos VC a partir da Figura 2 mostrou que os picos de corrente anoacutedicos satildeo semelhantes para os dois cupons de accedilo inox sem prata aacuterea eletroativa com boa reprodutibilidade A partir dos VC (Figura 2) observa-se que no primeiro ciclo (varredura direta) ocorre a oxidaccedilatildeo do ferro (elemento majoritaacuterio da composiccedilatildeo quiacutemica do accedilo inoxidaacutevel austeniacutetico AISI 304) em potencial de + 050 V que se refere agrave formaccedilatildeo do iacuteon Fe2+ (Gentil 2007) Na varredura inversa desse mesmo ciclo natildeo foi possiacutevel identificar o aparecimento dos picos de reduccedilatildeo

Pode-se observar (Figura 3) que haacute modificaccedilatildeo na superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica com prata Verifica-se que no primeiro ciclo (varredura direta) ocorre a oxidaccedilatildeo do ferro (+05V) jaacute na varredura inversa desse mesmo ciclo aparecem picos alongados de reduccedilatildeo (+ 025 a - 025V) que se referem a reduccedilatildeo dos materiais depositados na superfiacutecie do accedilo inox por pulverizaccedilatildeo catoacutedica iacuteons Ag+ e impurezas na superfiacutecie do cupom de accedilo

Os valores de corrente para o cupom de accedilo modificado satildeo diferentes dos valores de corrente para o cupom natildeo funcionalizado o que implica que a prata fica depositada sobre a superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica com au-mento (85) da aacuterea eletroativa do cupom de accedilo inox

Por fim observou-se tambeacutem que houve maior similaridade no comportamento eletro-quiacutemico entre os cupons de accedilo funcionalizados com filme de prata antes e apoacutes a simulaccedilatildeo da limpeza CIP em relaccedilatildeo ao cupom natildeo funcionalizado (Figura 4) Com isso verifica-se que natildeo houve lixiviaccedilatildeo da prata na simulaccedilatildeo de limpeza CIP Sendo assim a pulverizaccedilatildeo catoacutedica pode ser empregada na induacutestria de alimentos para depositar prata nas superfiacutecies de processamento de alimentos sem restriccedilatildeo em utilizar a limpeza CIP

Apoacutes o contato do cupom de accedilo funcionalizado com as amostras de leite integral UHT e leite desnatado UHT natildeo foi possiacutevel quantificar os iacuteons Ag+ uma vez que todas as anaacute-lises ficaram abaixo do limite de quantificaccedilatildeo (0002 μg Lndash1) da voltametria de redissoluccedilatildeo anoacutedica para anaacutelise de metais (RileyampWatson 1987)

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CONCLUSAtildeO CONSIDERACcedilOtildeES FINAIS

As amostras de accedilo inox foram eficientemente funcionalizadas com recobrimento de prata usando pulverizaccedilatildeo catoacutedica A funcionalizaccedilatildeo das superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel mostrou ser eficiente para reduccedilatildeo da carga microbiana aderida o que reduz o risco de poacutes-contaminaccedilatildeo de produtos na induacutestria de alimentos O recobrimento manteve as ca-racteriacutesticas morfoloacutegicas das superfiacutecies das amostras funcionalizadas Um ligeiro aumento na rugosidade meacutedia das amostras foi observado nas amostras funcionalizadas

Do ponto de vista eletroquiacutemico observou-se que houve modificaccedilatildeo na superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica ou seja a prata perma-neceu depositada sobre a superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulve-rizaccedilatildeo catoacutedica com aumento da aacuterea eletroativa do cupom de accedilo inox Os resultados portanto indicam o potencial do uso das amostras funcionalizadas com prata na induacutestria de alimentos a fim de reduzir a quantidade de cloro inorgacircnico aplicado comumente na etapa de sanitizaccedilatildeo Aleacutem disso o processo de pulverizaccedilatildeo catoacutedica pode ser usado em escala industrial reduzindo custos de produccedilatildeo uma vez que natildeo satildeo usados processos quiacutemicos nesse processo

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Page 11: funcionalizada com prata por pulverização catódica · 2020. 12. 18. · presença de prata. Os resultados de adesão bacteriana mostraram que houve menor número de células aderidas

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DISCUSSAtildeO

A fotomicrografia obtida por meio da microscopia de forccedila atocircmica da amostra contro-le permite observar a presenccedila de alguns precipitados que foram originados no processo de obtenccedilatildeo da liga de accedilo (Figura 1a) Alguns riscos satildeo tambeacutem observados e podem ter sua origem no processo de limpeza mecacircnica ou mesmo no processo de laminaccedilatildeo da liga de accedilo Jaacute a amostra recoberta com filme de prata (Figura 1b) apresentou uma ligeira mudanccedila na superfiacutecie com a presenccedila de aglomerados sobre a superfiacutecie que satildeo devido ao processo de nucleaccedilatildeo na fase de vapor efeito comum no processo de deposiccedilatildeo por sputtering (Machuno et al 2016)

Os resultados de adesatildeo bacteriana em cupons de accedilo inoxidaacutevel funcionalizados com prata apresentados na Tabela 1 mostraram que houve menor nuacutemero de ceacutelulas aderidas de S aureus na superfiacutecie de accedilo inoxidaacutevel quando comparado agrave E coli Outros trabalhos relatam resultado diferente do observado nesse estudo sendo as bacteacuterias Gram-negativas mais susceptiacuteveis agrave accedilatildeo da prata e as Gram-positivas menos susceptiacuteveis sugerindo um efeito protetor promovido pela camada mais espessa de peptideoglicano nas Gram-positivas (Zilio et al 2020 Ji et al 2020)

Alguns mecanismos de accedilatildeo de iacuteons Ag+ sobre micro-organismos tecircm sido propostos como a possibilidade de ligaccedilatildeo extracelular ou precipitaccedilatildeo do referido iacuteon na parede e membrana celular (Franci et al 2015) O iacuteon Ag+ poderaacute interagir com proteiacutenas celulares incluindo enzimas levando agrave inativaccedilatildeo das proteiacutenas provocando a letalidade das ceacutelulas (Gomaa 2017) Outra accedilatildeo proposta refere-se agrave interaccedilatildeo do iacuteon Ag+ com o aacutecido desoxir-ribonucleacuteico (DNA) por meio de deslocamento das ligaccedilotildees de hidrogecircnio entre as bases puriacutenicas e pirimidiacutenicas impedindo sua replicaccedilatildeo Por uacuteltimo eacute tambeacutem aceito que o iacuteon Ag+ se liga a grupos doadores de eleacutetrons como aminas hidroxilas e fosfatos que contecircm nitrogecircnio oxigecircnio e enxofre (Deng et al 2015) Dentre os mecanismos foram relatados como os principais os danos diretos na membrana celular e a geraccedilatildeo de espeacutecies reativas de oxigecircnio pelos iacuteons de prata (Ontong et al 2020)

Assim a espeacutecie do micro-organismo em contato com a prata eacute de grande importacircncia no mecanismo de reaccedilatildeo envolvida As bacteacuterias satildeo classificadas em Gram-positivas ou Gram-negativas em funccedilatildeo da diferenccedila na arquitetura da parede celular Considerando as bacteacuterias desse estudo tem-se Ecoli como Gram-negativa e S aureus como Gram-positiva A parede celular de Gram-positiva consiste de uma camada espessa de pepti-deoglicano (~30 nm) enquanto a parede celular da Gram-negativa apresenta estrutura e composiccedilatildeo da membrana mais complexa Na Gram-negativa a camada de peptideoglicano eacute mais fina (~10 nm) e a superfiacutecie externa da ceacutelula possui uma membrana consistindo de proteiacutenas lipopolissacariacutedeos e fosfolipiacutedeos (Ubbink e Schar-zammaretti 2007 Beveridge

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1999) A superfiacutecie do peptideoglicano de bacteacuteria Gram-positiva eacute coberta principalmen-te por polissacariacutedeos neutros e aacutecidos grande nuacutemero de diferentes proteiacutenas e aacutecidos teicoicos (Jefferson 2004)

Dessa forma a interaccedilatildeo do iacuteon Ag+ para a reduccedilatildeo da carga microbiana pode ter ocorrido com os grupos carboxil e fosforil os quais conferem agrave superfiacutecie celular uma den-sidade de carga negativa De acordo com Langley amp Beveridge (1999) quando a superfiacutecie celular estaacute em contato direto com o ambiente os grupos carregados dentro da camada da superfiacutecie satildeo capazes de interagir com os iacuteons ou moleacuteculas carregadas presentes no meio externo Portanto os caacutetions podem tornar-se atraiacutedos eletrostaticamente e ligarem-se na superfiacutecie celular Os locais responsaacuteveis pela ligaccedilatildeo com metais no micro-organismo satildeo provavelmente nestes grupos carboxil dentro do peptideoglicano assim como nos grupos fosforil de aacutecidos teicoicos e teicurocircnicos presentes nas superfiacutecies bacterianas (Katsikogianni amp Missirlis 2004)

Trabalho semelhante na literatura foi realizado mas com implantaccedilatildeo de outros iacuteons Os autores Zhao et al (2008) implantaram os iacuteons +++

3 SiFON na superfiacutecie do accedilo inoxidaacutevel De acordo com os pesquisadores os iacuteons implantados tornam a superfiacutecie me-nos atrativa para a bacteacuteria afetando o processo de adesatildeo e isso eacute possiacutevel em razatildeo da implantaccedilatildeo do iacuteon reduzir a energia livre da superfiacutecie Neste estudo a dose e a energia de implantaccedilatildeo dos iacuteons foram de 1016 iacuteonscm2 e 30 KeV respectivamente Os autores tambeacutem observaram que a superfiacutecie com a presenccedila do iacuteon +

3SiF apresentou a melhor reduccedilatildeo da adesatildeo bacteriana Neste estudo a adesatildeo bacteriana reduziu com a diminuiccedilatildeo da energia da superfiacutecie As superfiacutecies com iacuteons implantados apresentaram melhores resultados que as superfiacutecies controle quanto agrave adesatildeo Os autores concluiacuteram que a superfiacutecie de accedilo inoxidaacutevel com +

3SiF pode exercer importante funccedilatildeo na reduccedilatildeo de ceacutelulas aderidasNovello (2012) avaliou a capacidade de adesatildeo de Listeria monocytogenes CECT

4031 T em superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel austeniacutetico AISI 304 implantadas com iacuteons Ag+ com energias de 70 e 200 keV Os autores observaram que a energia de implantaccedilatildeo influenciou a eficiecircncia antimicrobiana sendo que o melhor resultado para a superfiacutecie de accedilo AISI 304 foi com a implantaccedilatildeo em que se aplicou 70 keV Nessa superfiacutecie houve reduccedilatildeo de mais de dois ciclos log enquanto que na superfiacutecie com energia de 200 keV a adesatildeo natildeo diferiu da superfiacutecie controle

A meacutedia da reduccedilatildeo microbiana alcanccedilada nesse estudo para as duas bacteacuterias foi de 135 reduccedilotildees logariacutetmicas essa reduccedilatildeo natildeo caracteriza a superfiacutecie como sanitizante ou seja natildeo se pode afirmar que a superfiacutecie funcionalizada eacute alternativa ao uso do cloro Pode-se inferir que a funcionalizaccedilatildeo da superfiacutecie pode contribuir para menor adesatildeo de ceacutelulas microbianas e consequentemente pode diminuir o risco de contaminaccedilatildeo dos alimentos que

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entrarem em contato com a superfiacutecie funcionalizada Ademais considerando a reduccedilatildeo meacutedia de 135 ciclos logariacutetmicos pode-se optar pelo uso de um sanitizante diferente dos clorados inorgacircnicos para complementar a eficiecircncia da etapa de sanitizaccedilatildeo obtendo-se um sinergismo positivo reduzindo tambeacutem a possibilidade de formaccedilatildeo de trihalometanos

Zilio et al (2020) observaram a presenccedila de prata nas superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel AISI 304 a uma profundidade de ateacute 5 nm da superfiacutecie e a concentraccedilatildeo mais alta foi de aproximadamente 17 nm de profundidade quando a prata foi aplicada com energia de 2 keV Novello (2012) observou a presenccedila de prata nas superfiacutecies de estudo (accedilo inoxidaacutevel AISI 304) a uma profundidade de 25 nm quando a prata foi aplicada com energia de 200 keV e de 15 nm quando aplicada com energia de 70 keV Tendo em vista que o bombardeamento proposto por Novello (2012) eacute obtido com teacutecnicas de maior complexidade que inviabilizam sua aplicaccedilatildeo em larga escala o meacutetodo aqui proposto utilizando sputtering teacutecnica propiacutecia e reconhecida para a deposiccedilatildeo de filmes em grandes aacutereas e quantidades (Machuno et al 2016) viabiliza assim o processo industrialmente

A partir de Tabela 2 eacute possiacutevel verificar que as s superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel tanto controle como as funcionalizadas com a prata foram consideradas hidrofoacutebicas por apresen-tarem o valor TOT

sasG∆ negativo Aleacutem disso verificou-se que houve diferenccedila (p lt 005) entre os valores de TOT

sasG∆ encontrados paras as superfiacutecies funcionalizadas quando comparadas agraves superfiacutecies controles sendo possiacutevel afirmar que o tratamento das superfiacutecies de accedilo com prata contribuiu para o aumento da hidrofobicidade das superfiacutecies O aumento no valor da hidrofobicidade proveniente da funcionalizaccedilatildeo da superfiacutecie com prata pode ser justificado pela reduccedilatildeo na energia potencial de solvataccedilatildeo quando se tem prata iocircnica interagindo com a aacutegua Nessa interaccedilatildeo o maior raio de interaccedilatildeo do iacuteon (Ag+) com a moleacutecula de aacutegua ocasiona a reduccedilatildeo na energia potencial da interaccedilatildeo iacuteon-dipolo (Equaccedilatildeo 4) e consequen-temente no aumento da hidrofobicidade (Atkinsamp Jones 2006)

EZrp | |

2 (4)

Em que Ep significa a energia potencial de solvataccedilatildeo Z a carga do iacuteon μ o momento de dipolo eleacutetrico da moleacutecula polar (H2O) r eacute o raio de hidrataccedilatildeo do iacuteon (Ag+)

O paracircmetro ΔGTOT calculado expressou a variaccedilatildeo da energia livre de interaccedilatildeo in-terfacial entre as moleacuteculas do material imersas em aacutegua e eacute a mais apropriada medida da hidrofobicidade sendo considerado um criteacuterio quantitativo Esse criteacuterio quantitativo define a superfiacutecie quanto agrave hidrofobicidade de forma eficiente uma vez que leva em consideraccedilatildeo as interaccedilotildees do tipo van der Waals interaccedilotildees eletrostaacuteticas aleacutem das forccedilas de interaccedilatildeo de caraacuteter polar podendo estas ser atrativas ou repulsivas

Essas superfiacutecies funcionalizadas com antimicrobianos satildeo promissoras para uso na induacutestria de alimentos uma vez que a adesatildeo e a formaccedilatildeo de biofilme podem reduzir a

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eficiecircncia de transferecircncia de energia na forma de calor em trocadores teacutermicos diminuir o fluxo em tubulaccedilotildees desencadear processos corrosivos e principalmente se tornarem fontes de contaminaccedilatildeo microbiana Sob o aspecto microbioloacutegico a adesatildeo pode consti-tuir-se de micro-organismos alteradores eou patogecircnicos que resultam em seacuterios proble-mas de higiene de sauacutede puacuteblica ou de ordem econocircmica (Beech 2004 Masaaki 2006 Arauacutejo et al 2010)

Quanto ao estudo de voltametria ciacuteclica a anaacutelise conjunta dos VC a partir da Figura 2 mostrou que os picos de corrente anoacutedicos satildeo semelhantes para os dois cupons de accedilo inox sem prata aacuterea eletroativa com boa reprodutibilidade A partir dos VC (Figura 2) observa-se que no primeiro ciclo (varredura direta) ocorre a oxidaccedilatildeo do ferro (elemento majoritaacuterio da composiccedilatildeo quiacutemica do accedilo inoxidaacutevel austeniacutetico AISI 304) em potencial de + 050 V que se refere agrave formaccedilatildeo do iacuteon Fe2+ (Gentil 2007) Na varredura inversa desse mesmo ciclo natildeo foi possiacutevel identificar o aparecimento dos picos de reduccedilatildeo

Pode-se observar (Figura 3) que haacute modificaccedilatildeo na superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica com prata Verifica-se que no primeiro ciclo (varredura direta) ocorre a oxidaccedilatildeo do ferro (+05V) jaacute na varredura inversa desse mesmo ciclo aparecem picos alongados de reduccedilatildeo (+ 025 a - 025V) que se referem a reduccedilatildeo dos materiais depositados na superfiacutecie do accedilo inox por pulverizaccedilatildeo catoacutedica iacuteons Ag+ e impurezas na superfiacutecie do cupom de accedilo

Os valores de corrente para o cupom de accedilo modificado satildeo diferentes dos valores de corrente para o cupom natildeo funcionalizado o que implica que a prata fica depositada sobre a superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica com au-mento (85) da aacuterea eletroativa do cupom de accedilo inox

Por fim observou-se tambeacutem que houve maior similaridade no comportamento eletro-quiacutemico entre os cupons de accedilo funcionalizados com filme de prata antes e apoacutes a simulaccedilatildeo da limpeza CIP em relaccedilatildeo ao cupom natildeo funcionalizado (Figura 4) Com isso verifica-se que natildeo houve lixiviaccedilatildeo da prata na simulaccedilatildeo de limpeza CIP Sendo assim a pulverizaccedilatildeo catoacutedica pode ser empregada na induacutestria de alimentos para depositar prata nas superfiacutecies de processamento de alimentos sem restriccedilatildeo em utilizar a limpeza CIP

Apoacutes o contato do cupom de accedilo funcionalizado com as amostras de leite integral UHT e leite desnatado UHT natildeo foi possiacutevel quantificar os iacuteons Ag+ uma vez que todas as anaacute-lises ficaram abaixo do limite de quantificaccedilatildeo (0002 μg Lndash1) da voltametria de redissoluccedilatildeo anoacutedica para anaacutelise de metais (RileyampWatson 1987)

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CONCLUSAtildeO CONSIDERACcedilOtildeES FINAIS

As amostras de accedilo inox foram eficientemente funcionalizadas com recobrimento de prata usando pulverizaccedilatildeo catoacutedica A funcionalizaccedilatildeo das superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel mostrou ser eficiente para reduccedilatildeo da carga microbiana aderida o que reduz o risco de poacutes-contaminaccedilatildeo de produtos na induacutestria de alimentos O recobrimento manteve as ca-racteriacutesticas morfoloacutegicas das superfiacutecies das amostras funcionalizadas Um ligeiro aumento na rugosidade meacutedia das amostras foi observado nas amostras funcionalizadas

Do ponto de vista eletroquiacutemico observou-se que houve modificaccedilatildeo na superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica ou seja a prata perma-neceu depositada sobre a superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulve-rizaccedilatildeo catoacutedica com aumento da aacuterea eletroativa do cupom de accedilo inox Os resultados portanto indicam o potencial do uso das amostras funcionalizadas com prata na induacutestria de alimentos a fim de reduzir a quantidade de cloro inorgacircnico aplicado comumente na etapa de sanitizaccedilatildeo Aleacutem disso o processo de pulverizaccedilatildeo catoacutedica pode ser usado em escala industrial reduzindo custos de produccedilatildeo uma vez que natildeo satildeo usados processos quiacutemicos nesse processo

REFEREcircNCIAS

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Page 12: funcionalizada com prata por pulverização catódica · 2020. 12. 18. · presença de prata. Os resultados de adesão bacteriana mostraram que houve menor número de células aderidas

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1452

1999) A superfiacutecie do peptideoglicano de bacteacuteria Gram-positiva eacute coberta principalmen-te por polissacariacutedeos neutros e aacutecidos grande nuacutemero de diferentes proteiacutenas e aacutecidos teicoicos (Jefferson 2004)

Dessa forma a interaccedilatildeo do iacuteon Ag+ para a reduccedilatildeo da carga microbiana pode ter ocorrido com os grupos carboxil e fosforil os quais conferem agrave superfiacutecie celular uma den-sidade de carga negativa De acordo com Langley amp Beveridge (1999) quando a superfiacutecie celular estaacute em contato direto com o ambiente os grupos carregados dentro da camada da superfiacutecie satildeo capazes de interagir com os iacuteons ou moleacuteculas carregadas presentes no meio externo Portanto os caacutetions podem tornar-se atraiacutedos eletrostaticamente e ligarem-se na superfiacutecie celular Os locais responsaacuteveis pela ligaccedilatildeo com metais no micro-organismo satildeo provavelmente nestes grupos carboxil dentro do peptideoglicano assim como nos grupos fosforil de aacutecidos teicoicos e teicurocircnicos presentes nas superfiacutecies bacterianas (Katsikogianni amp Missirlis 2004)

Trabalho semelhante na literatura foi realizado mas com implantaccedilatildeo de outros iacuteons Os autores Zhao et al (2008) implantaram os iacuteons +++

3 SiFON na superfiacutecie do accedilo inoxidaacutevel De acordo com os pesquisadores os iacuteons implantados tornam a superfiacutecie me-nos atrativa para a bacteacuteria afetando o processo de adesatildeo e isso eacute possiacutevel em razatildeo da implantaccedilatildeo do iacuteon reduzir a energia livre da superfiacutecie Neste estudo a dose e a energia de implantaccedilatildeo dos iacuteons foram de 1016 iacuteonscm2 e 30 KeV respectivamente Os autores tambeacutem observaram que a superfiacutecie com a presenccedila do iacuteon +

3SiF apresentou a melhor reduccedilatildeo da adesatildeo bacteriana Neste estudo a adesatildeo bacteriana reduziu com a diminuiccedilatildeo da energia da superfiacutecie As superfiacutecies com iacuteons implantados apresentaram melhores resultados que as superfiacutecies controle quanto agrave adesatildeo Os autores concluiacuteram que a superfiacutecie de accedilo inoxidaacutevel com +

3SiF pode exercer importante funccedilatildeo na reduccedilatildeo de ceacutelulas aderidasNovello (2012) avaliou a capacidade de adesatildeo de Listeria monocytogenes CECT

4031 T em superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel austeniacutetico AISI 304 implantadas com iacuteons Ag+ com energias de 70 e 200 keV Os autores observaram que a energia de implantaccedilatildeo influenciou a eficiecircncia antimicrobiana sendo que o melhor resultado para a superfiacutecie de accedilo AISI 304 foi com a implantaccedilatildeo em que se aplicou 70 keV Nessa superfiacutecie houve reduccedilatildeo de mais de dois ciclos log enquanto que na superfiacutecie com energia de 200 keV a adesatildeo natildeo diferiu da superfiacutecie controle

A meacutedia da reduccedilatildeo microbiana alcanccedilada nesse estudo para as duas bacteacuterias foi de 135 reduccedilotildees logariacutetmicas essa reduccedilatildeo natildeo caracteriza a superfiacutecie como sanitizante ou seja natildeo se pode afirmar que a superfiacutecie funcionalizada eacute alternativa ao uso do cloro Pode-se inferir que a funcionalizaccedilatildeo da superfiacutecie pode contribuir para menor adesatildeo de ceacutelulas microbianas e consequentemente pode diminuir o risco de contaminaccedilatildeo dos alimentos que

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entrarem em contato com a superfiacutecie funcionalizada Ademais considerando a reduccedilatildeo meacutedia de 135 ciclos logariacutetmicos pode-se optar pelo uso de um sanitizante diferente dos clorados inorgacircnicos para complementar a eficiecircncia da etapa de sanitizaccedilatildeo obtendo-se um sinergismo positivo reduzindo tambeacutem a possibilidade de formaccedilatildeo de trihalometanos

Zilio et al (2020) observaram a presenccedila de prata nas superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel AISI 304 a uma profundidade de ateacute 5 nm da superfiacutecie e a concentraccedilatildeo mais alta foi de aproximadamente 17 nm de profundidade quando a prata foi aplicada com energia de 2 keV Novello (2012) observou a presenccedila de prata nas superfiacutecies de estudo (accedilo inoxidaacutevel AISI 304) a uma profundidade de 25 nm quando a prata foi aplicada com energia de 200 keV e de 15 nm quando aplicada com energia de 70 keV Tendo em vista que o bombardeamento proposto por Novello (2012) eacute obtido com teacutecnicas de maior complexidade que inviabilizam sua aplicaccedilatildeo em larga escala o meacutetodo aqui proposto utilizando sputtering teacutecnica propiacutecia e reconhecida para a deposiccedilatildeo de filmes em grandes aacutereas e quantidades (Machuno et al 2016) viabiliza assim o processo industrialmente

A partir de Tabela 2 eacute possiacutevel verificar que as s superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel tanto controle como as funcionalizadas com a prata foram consideradas hidrofoacutebicas por apresen-tarem o valor TOT

sasG∆ negativo Aleacutem disso verificou-se que houve diferenccedila (p lt 005) entre os valores de TOT

sasG∆ encontrados paras as superfiacutecies funcionalizadas quando comparadas agraves superfiacutecies controles sendo possiacutevel afirmar que o tratamento das superfiacutecies de accedilo com prata contribuiu para o aumento da hidrofobicidade das superfiacutecies O aumento no valor da hidrofobicidade proveniente da funcionalizaccedilatildeo da superfiacutecie com prata pode ser justificado pela reduccedilatildeo na energia potencial de solvataccedilatildeo quando se tem prata iocircnica interagindo com a aacutegua Nessa interaccedilatildeo o maior raio de interaccedilatildeo do iacuteon (Ag+) com a moleacutecula de aacutegua ocasiona a reduccedilatildeo na energia potencial da interaccedilatildeo iacuteon-dipolo (Equaccedilatildeo 4) e consequen-temente no aumento da hidrofobicidade (Atkinsamp Jones 2006)

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Em que Ep significa a energia potencial de solvataccedilatildeo Z a carga do iacuteon μ o momento de dipolo eleacutetrico da moleacutecula polar (H2O) r eacute o raio de hidrataccedilatildeo do iacuteon (Ag+)

O paracircmetro ΔGTOT calculado expressou a variaccedilatildeo da energia livre de interaccedilatildeo in-terfacial entre as moleacuteculas do material imersas em aacutegua e eacute a mais apropriada medida da hidrofobicidade sendo considerado um criteacuterio quantitativo Esse criteacuterio quantitativo define a superfiacutecie quanto agrave hidrofobicidade de forma eficiente uma vez que leva em consideraccedilatildeo as interaccedilotildees do tipo van der Waals interaccedilotildees eletrostaacuteticas aleacutem das forccedilas de interaccedilatildeo de caraacuteter polar podendo estas ser atrativas ou repulsivas

Essas superfiacutecies funcionalizadas com antimicrobianos satildeo promissoras para uso na induacutestria de alimentos uma vez que a adesatildeo e a formaccedilatildeo de biofilme podem reduzir a

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eficiecircncia de transferecircncia de energia na forma de calor em trocadores teacutermicos diminuir o fluxo em tubulaccedilotildees desencadear processos corrosivos e principalmente se tornarem fontes de contaminaccedilatildeo microbiana Sob o aspecto microbioloacutegico a adesatildeo pode consti-tuir-se de micro-organismos alteradores eou patogecircnicos que resultam em seacuterios proble-mas de higiene de sauacutede puacuteblica ou de ordem econocircmica (Beech 2004 Masaaki 2006 Arauacutejo et al 2010)

Quanto ao estudo de voltametria ciacuteclica a anaacutelise conjunta dos VC a partir da Figura 2 mostrou que os picos de corrente anoacutedicos satildeo semelhantes para os dois cupons de accedilo inox sem prata aacuterea eletroativa com boa reprodutibilidade A partir dos VC (Figura 2) observa-se que no primeiro ciclo (varredura direta) ocorre a oxidaccedilatildeo do ferro (elemento majoritaacuterio da composiccedilatildeo quiacutemica do accedilo inoxidaacutevel austeniacutetico AISI 304) em potencial de + 050 V que se refere agrave formaccedilatildeo do iacuteon Fe2+ (Gentil 2007) Na varredura inversa desse mesmo ciclo natildeo foi possiacutevel identificar o aparecimento dos picos de reduccedilatildeo

Pode-se observar (Figura 3) que haacute modificaccedilatildeo na superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica com prata Verifica-se que no primeiro ciclo (varredura direta) ocorre a oxidaccedilatildeo do ferro (+05V) jaacute na varredura inversa desse mesmo ciclo aparecem picos alongados de reduccedilatildeo (+ 025 a - 025V) que se referem a reduccedilatildeo dos materiais depositados na superfiacutecie do accedilo inox por pulverizaccedilatildeo catoacutedica iacuteons Ag+ e impurezas na superfiacutecie do cupom de accedilo

Os valores de corrente para o cupom de accedilo modificado satildeo diferentes dos valores de corrente para o cupom natildeo funcionalizado o que implica que a prata fica depositada sobre a superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica com au-mento (85) da aacuterea eletroativa do cupom de accedilo inox

Por fim observou-se tambeacutem que houve maior similaridade no comportamento eletro-quiacutemico entre os cupons de accedilo funcionalizados com filme de prata antes e apoacutes a simulaccedilatildeo da limpeza CIP em relaccedilatildeo ao cupom natildeo funcionalizado (Figura 4) Com isso verifica-se que natildeo houve lixiviaccedilatildeo da prata na simulaccedilatildeo de limpeza CIP Sendo assim a pulverizaccedilatildeo catoacutedica pode ser empregada na induacutestria de alimentos para depositar prata nas superfiacutecies de processamento de alimentos sem restriccedilatildeo em utilizar a limpeza CIP

Apoacutes o contato do cupom de accedilo funcionalizado com as amostras de leite integral UHT e leite desnatado UHT natildeo foi possiacutevel quantificar os iacuteons Ag+ uma vez que todas as anaacute-lises ficaram abaixo do limite de quantificaccedilatildeo (0002 μg Lndash1) da voltametria de redissoluccedilatildeo anoacutedica para anaacutelise de metais (RileyampWatson 1987)

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 455

CONCLUSAtildeO CONSIDERACcedilOtildeES FINAIS

As amostras de accedilo inox foram eficientemente funcionalizadas com recobrimento de prata usando pulverizaccedilatildeo catoacutedica A funcionalizaccedilatildeo das superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel mostrou ser eficiente para reduccedilatildeo da carga microbiana aderida o que reduz o risco de poacutes-contaminaccedilatildeo de produtos na induacutestria de alimentos O recobrimento manteve as ca-racteriacutesticas morfoloacutegicas das superfiacutecies das amostras funcionalizadas Um ligeiro aumento na rugosidade meacutedia das amostras foi observado nas amostras funcionalizadas

Do ponto de vista eletroquiacutemico observou-se que houve modificaccedilatildeo na superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica ou seja a prata perma-neceu depositada sobre a superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulve-rizaccedilatildeo catoacutedica com aumento da aacuterea eletroativa do cupom de accedilo inox Os resultados portanto indicam o potencial do uso das amostras funcionalizadas com prata na induacutestria de alimentos a fim de reduzir a quantidade de cloro inorgacircnico aplicado comumente na etapa de sanitizaccedilatildeo Aleacutem disso o processo de pulverizaccedilatildeo catoacutedica pode ser usado em escala industrial reduzindo custos de produccedilatildeo uma vez que natildeo satildeo usados processos quiacutemicos nesse processo

REFEREcircNCIAS

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Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1456

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Page 13: funcionalizada com prata por pulverização catódica · 2020. 12. 18. · presença de prata. Os resultados de adesão bacteriana mostraram que houve menor número de células aderidas

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 453

entrarem em contato com a superfiacutecie funcionalizada Ademais considerando a reduccedilatildeo meacutedia de 135 ciclos logariacutetmicos pode-se optar pelo uso de um sanitizante diferente dos clorados inorgacircnicos para complementar a eficiecircncia da etapa de sanitizaccedilatildeo obtendo-se um sinergismo positivo reduzindo tambeacutem a possibilidade de formaccedilatildeo de trihalometanos

Zilio et al (2020) observaram a presenccedila de prata nas superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel AISI 304 a uma profundidade de ateacute 5 nm da superfiacutecie e a concentraccedilatildeo mais alta foi de aproximadamente 17 nm de profundidade quando a prata foi aplicada com energia de 2 keV Novello (2012) observou a presenccedila de prata nas superfiacutecies de estudo (accedilo inoxidaacutevel AISI 304) a uma profundidade de 25 nm quando a prata foi aplicada com energia de 200 keV e de 15 nm quando aplicada com energia de 70 keV Tendo em vista que o bombardeamento proposto por Novello (2012) eacute obtido com teacutecnicas de maior complexidade que inviabilizam sua aplicaccedilatildeo em larga escala o meacutetodo aqui proposto utilizando sputtering teacutecnica propiacutecia e reconhecida para a deposiccedilatildeo de filmes em grandes aacutereas e quantidades (Machuno et al 2016) viabiliza assim o processo industrialmente

A partir de Tabela 2 eacute possiacutevel verificar que as s superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel tanto controle como as funcionalizadas com a prata foram consideradas hidrofoacutebicas por apresen-tarem o valor TOT

sasG∆ negativo Aleacutem disso verificou-se que houve diferenccedila (p lt 005) entre os valores de TOT

sasG∆ encontrados paras as superfiacutecies funcionalizadas quando comparadas agraves superfiacutecies controles sendo possiacutevel afirmar que o tratamento das superfiacutecies de accedilo com prata contribuiu para o aumento da hidrofobicidade das superfiacutecies O aumento no valor da hidrofobicidade proveniente da funcionalizaccedilatildeo da superfiacutecie com prata pode ser justificado pela reduccedilatildeo na energia potencial de solvataccedilatildeo quando se tem prata iocircnica interagindo com a aacutegua Nessa interaccedilatildeo o maior raio de interaccedilatildeo do iacuteon (Ag+) com a moleacutecula de aacutegua ocasiona a reduccedilatildeo na energia potencial da interaccedilatildeo iacuteon-dipolo (Equaccedilatildeo 4) e consequen-temente no aumento da hidrofobicidade (Atkinsamp Jones 2006)

EZrp | |

2 (4)

Em que Ep significa a energia potencial de solvataccedilatildeo Z a carga do iacuteon μ o momento de dipolo eleacutetrico da moleacutecula polar (H2O) r eacute o raio de hidrataccedilatildeo do iacuteon (Ag+)

O paracircmetro ΔGTOT calculado expressou a variaccedilatildeo da energia livre de interaccedilatildeo in-terfacial entre as moleacuteculas do material imersas em aacutegua e eacute a mais apropriada medida da hidrofobicidade sendo considerado um criteacuterio quantitativo Esse criteacuterio quantitativo define a superfiacutecie quanto agrave hidrofobicidade de forma eficiente uma vez que leva em consideraccedilatildeo as interaccedilotildees do tipo van der Waals interaccedilotildees eletrostaacuteticas aleacutem das forccedilas de interaccedilatildeo de caraacuteter polar podendo estas ser atrativas ou repulsivas

Essas superfiacutecies funcionalizadas com antimicrobianos satildeo promissoras para uso na induacutestria de alimentos uma vez que a adesatildeo e a formaccedilatildeo de biofilme podem reduzir a

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eficiecircncia de transferecircncia de energia na forma de calor em trocadores teacutermicos diminuir o fluxo em tubulaccedilotildees desencadear processos corrosivos e principalmente se tornarem fontes de contaminaccedilatildeo microbiana Sob o aspecto microbioloacutegico a adesatildeo pode consti-tuir-se de micro-organismos alteradores eou patogecircnicos que resultam em seacuterios proble-mas de higiene de sauacutede puacuteblica ou de ordem econocircmica (Beech 2004 Masaaki 2006 Arauacutejo et al 2010)

Quanto ao estudo de voltametria ciacuteclica a anaacutelise conjunta dos VC a partir da Figura 2 mostrou que os picos de corrente anoacutedicos satildeo semelhantes para os dois cupons de accedilo inox sem prata aacuterea eletroativa com boa reprodutibilidade A partir dos VC (Figura 2) observa-se que no primeiro ciclo (varredura direta) ocorre a oxidaccedilatildeo do ferro (elemento majoritaacuterio da composiccedilatildeo quiacutemica do accedilo inoxidaacutevel austeniacutetico AISI 304) em potencial de + 050 V que se refere agrave formaccedilatildeo do iacuteon Fe2+ (Gentil 2007) Na varredura inversa desse mesmo ciclo natildeo foi possiacutevel identificar o aparecimento dos picos de reduccedilatildeo

Pode-se observar (Figura 3) que haacute modificaccedilatildeo na superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica com prata Verifica-se que no primeiro ciclo (varredura direta) ocorre a oxidaccedilatildeo do ferro (+05V) jaacute na varredura inversa desse mesmo ciclo aparecem picos alongados de reduccedilatildeo (+ 025 a - 025V) que se referem a reduccedilatildeo dos materiais depositados na superfiacutecie do accedilo inox por pulverizaccedilatildeo catoacutedica iacuteons Ag+ e impurezas na superfiacutecie do cupom de accedilo

Os valores de corrente para o cupom de accedilo modificado satildeo diferentes dos valores de corrente para o cupom natildeo funcionalizado o que implica que a prata fica depositada sobre a superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica com au-mento (85) da aacuterea eletroativa do cupom de accedilo inox

Por fim observou-se tambeacutem que houve maior similaridade no comportamento eletro-quiacutemico entre os cupons de accedilo funcionalizados com filme de prata antes e apoacutes a simulaccedilatildeo da limpeza CIP em relaccedilatildeo ao cupom natildeo funcionalizado (Figura 4) Com isso verifica-se que natildeo houve lixiviaccedilatildeo da prata na simulaccedilatildeo de limpeza CIP Sendo assim a pulverizaccedilatildeo catoacutedica pode ser empregada na induacutestria de alimentos para depositar prata nas superfiacutecies de processamento de alimentos sem restriccedilatildeo em utilizar a limpeza CIP

Apoacutes o contato do cupom de accedilo funcionalizado com as amostras de leite integral UHT e leite desnatado UHT natildeo foi possiacutevel quantificar os iacuteons Ag+ uma vez que todas as anaacute-lises ficaram abaixo do limite de quantificaccedilatildeo (0002 μg Lndash1) da voltametria de redissoluccedilatildeo anoacutedica para anaacutelise de metais (RileyampWatson 1987)

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CONCLUSAtildeO CONSIDERACcedilOtildeES FINAIS

As amostras de accedilo inox foram eficientemente funcionalizadas com recobrimento de prata usando pulverizaccedilatildeo catoacutedica A funcionalizaccedilatildeo das superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel mostrou ser eficiente para reduccedilatildeo da carga microbiana aderida o que reduz o risco de poacutes-contaminaccedilatildeo de produtos na induacutestria de alimentos O recobrimento manteve as ca-racteriacutesticas morfoloacutegicas das superfiacutecies das amostras funcionalizadas Um ligeiro aumento na rugosidade meacutedia das amostras foi observado nas amostras funcionalizadas

Do ponto de vista eletroquiacutemico observou-se que houve modificaccedilatildeo na superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica ou seja a prata perma-neceu depositada sobre a superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulve-rizaccedilatildeo catoacutedica com aumento da aacuterea eletroativa do cupom de accedilo inox Os resultados portanto indicam o potencial do uso das amostras funcionalizadas com prata na induacutestria de alimentos a fim de reduzir a quantidade de cloro inorgacircnico aplicado comumente na etapa de sanitizaccedilatildeo Aleacutem disso o processo de pulverizaccedilatildeo catoacutedica pode ser usado em escala industrial reduzindo custos de produccedilatildeo uma vez que natildeo satildeo usados processos quiacutemicos nesse processo

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22 Machuno L G B Lima A B Buso R R Abdanur R M F Rangel E C Gelamo R V Desenvolvimento e avaliaccedilatildeo de uma fonteDC de alta tensatildeo para utilizaccedilatildeo emsistema de deposiccedilatildeo de filmesfinos por pulverizaccedilatildeo catoacutedica Revista Mateacuteria 21 (2) 492 ndash 500 Dis-poniacutevel em httpdxdoiorg101590S1517-7076201600020046

23 Μαρθυεσ C S Formaccedilatildeo de Biofilmes por Staphylococcus aureus na superfiacutecie de accedilo ino-xidaacutevel e vidro e sua resistecircncia a sanificantes quiacutemicos Dissertaccedilatildeo (Mestrado em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos) UFLA (Universidade Federal de Lavras) 2020

24 Μασαακι M J Beneficial biofilm formation by industrial bacteria Bacillus subtilis and related species Journal of Bioscience and Bioengineering 101 1-8 (2006) Disponiacutevel em ht-tpsdoiorg101263jbb1011

25 Novello J C L Implantaccedilatildeo de iacuteons prata em accedilo inoxidaacutevel e infecccedilatildeo faacutegica para o controle de adesatildeo e formaccedilatildeo de biofilmes bacterianos na induacutestria de alimentos (2012) (Tese de doutorado) Universidade Federal de Viccedilosa Viccedilosa

26 Oumllmez HampKretzschmar U Potencial alternative disinfection methods for organic fresh-cut industry for minimizing water consumption and environmental impact Food Science and Te-chnology 42(3)686-693(2009)Disponiacutevel em httpsdoiorg101016jlwt200808001

27 Ontong J C Paosen S Shankar S amp Voravuthikunchai S P Eco-friendly synthesis of silver nanoparticles using Senna alata bark extract and its antimicrobial mechanism through enhancement of bacterial membrane degradation Journal of Microbiological Methods 165 105692 (2019) httpdoi101016jmimet2019105692

28 Riley T Watson A Polarographyc and other Voltammetric Methods LondonJohn Willey amp Sons (1987)

29 Shrestha A amp Kishen A Antibacterial Nanoparticles in Endodontics A Review Journal of Endodontics 42(10) 1417ndash1426 (2016) httpdoi101016jjoen201605021

30 Takamiya A S Monteiro D R Gorup L F Silva E A de Camargo E R Gomes-Filho J E Barbosa D B Biocompatible silver nanoparticles incorporated in acrylic resin for dental application inhibit Candida albicans biofilm Materials Science and Engineering C 118 111341 (2021) Disponiacutevel em httpdoi101016jmsec2020111341

31 Tsagkari E Sloan W T Impact of Methylobacterium in the drinking water microbiome on removal of trihalomethanes International Biodeterioration amp Biodegradation 141 10ndash16 (2019) Disponiacutevel em httpdoi101016jibiod201807015

32 Ubbink J Schar-zammaretti P Colloidal properties and specific interactions of bacterial sur-faces Current Opinion in Colloid and Interface Science 12 263 (2007) Disponiacutevel em httpsdoiorg101016jcocis200708004

33 Van Oss C J Interfacial Forces in Aqueous Media New York Marcel Dekker Inc 1994 440 p (1994)

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1458

34 Wei L Lu J Xu H Patel A Chen Z S Chen ZS Chen G F Silver nanoparticle synthesis properties and therapeutic applications Drug Discovery Today 20 (5) 595-601 (2015) Disponiacutevel em httpsdoiorg101016jdrudis201411014

35 Zhao Q Liu Y Wang C Peng N Jeynes C Reduction of bacterial adhesion on ion-implan-ted stainless steel surfaces Medical Engineering amp Physics 30 341-349 (2008) Disponiacutevel em httpsdoiorg101016jmedengphy200704004

36 Zilio R Kothe CI Zamboni TPS Aguzzoli C Casarin LS Tondo EC Silver im-plantation on AISI 304 stainless steel surface using low-energy doses and the antimicrobial effect against Salmonella Enteritidis and Listeria monocytogenes Journal of Food Science amp Technology 5(6) pp 244-251 (2020)

Page 14: funcionalizada com prata por pulverização catódica · 2020. 12. 18. · presença de prata. Os resultados de adesão bacteriana mostraram que houve menor número de células aderidas

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1454

eficiecircncia de transferecircncia de energia na forma de calor em trocadores teacutermicos diminuir o fluxo em tubulaccedilotildees desencadear processos corrosivos e principalmente se tornarem fontes de contaminaccedilatildeo microbiana Sob o aspecto microbioloacutegico a adesatildeo pode consti-tuir-se de micro-organismos alteradores eou patogecircnicos que resultam em seacuterios proble-mas de higiene de sauacutede puacuteblica ou de ordem econocircmica (Beech 2004 Masaaki 2006 Arauacutejo et al 2010)

Quanto ao estudo de voltametria ciacuteclica a anaacutelise conjunta dos VC a partir da Figura 2 mostrou que os picos de corrente anoacutedicos satildeo semelhantes para os dois cupons de accedilo inox sem prata aacuterea eletroativa com boa reprodutibilidade A partir dos VC (Figura 2) observa-se que no primeiro ciclo (varredura direta) ocorre a oxidaccedilatildeo do ferro (elemento majoritaacuterio da composiccedilatildeo quiacutemica do accedilo inoxidaacutevel austeniacutetico AISI 304) em potencial de + 050 V que se refere agrave formaccedilatildeo do iacuteon Fe2+ (Gentil 2007) Na varredura inversa desse mesmo ciclo natildeo foi possiacutevel identificar o aparecimento dos picos de reduccedilatildeo

Pode-se observar (Figura 3) que haacute modificaccedilatildeo na superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica com prata Verifica-se que no primeiro ciclo (varredura direta) ocorre a oxidaccedilatildeo do ferro (+05V) jaacute na varredura inversa desse mesmo ciclo aparecem picos alongados de reduccedilatildeo (+ 025 a - 025V) que se referem a reduccedilatildeo dos materiais depositados na superfiacutecie do accedilo inox por pulverizaccedilatildeo catoacutedica iacuteons Ag+ e impurezas na superfiacutecie do cupom de accedilo

Os valores de corrente para o cupom de accedilo modificado satildeo diferentes dos valores de corrente para o cupom natildeo funcionalizado o que implica que a prata fica depositada sobre a superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica com au-mento (85) da aacuterea eletroativa do cupom de accedilo inox

Por fim observou-se tambeacutem que houve maior similaridade no comportamento eletro-quiacutemico entre os cupons de accedilo funcionalizados com filme de prata antes e apoacutes a simulaccedilatildeo da limpeza CIP em relaccedilatildeo ao cupom natildeo funcionalizado (Figura 4) Com isso verifica-se que natildeo houve lixiviaccedilatildeo da prata na simulaccedilatildeo de limpeza CIP Sendo assim a pulverizaccedilatildeo catoacutedica pode ser empregada na induacutestria de alimentos para depositar prata nas superfiacutecies de processamento de alimentos sem restriccedilatildeo em utilizar a limpeza CIP

Apoacutes o contato do cupom de accedilo funcionalizado com as amostras de leite integral UHT e leite desnatado UHT natildeo foi possiacutevel quantificar os iacuteons Ag+ uma vez que todas as anaacute-lises ficaram abaixo do limite de quantificaccedilatildeo (0002 μg Lndash1) da voltametria de redissoluccedilatildeo anoacutedica para anaacutelise de metais (RileyampWatson 1987)

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 455

CONCLUSAtildeO CONSIDERACcedilOtildeES FINAIS

As amostras de accedilo inox foram eficientemente funcionalizadas com recobrimento de prata usando pulverizaccedilatildeo catoacutedica A funcionalizaccedilatildeo das superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel mostrou ser eficiente para reduccedilatildeo da carga microbiana aderida o que reduz o risco de poacutes-contaminaccedilatildeo de produtos na induacutestria de alimentos O recobrimento manteve as ca-racteriacutesticas morfoloacutegicas das superfiacutecies das amostras funcionalizadas Um ligeiro aumento na rugosidade meacutedia das amostras foi observado nas amostras funcionalizadas

Do ponto de vista eletroquiacutemico observou-se que houve modificaccedilatildeo na superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica ou seja a prata perma-neceu depositada sobre a superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulve-rizaccedilatildeo catoacutedica com aumento da aacuterea eletroativa do cupom de accedilo inox Os resultados portanto indicam o potencial do uso das amostras funcionalizadas com prata na induacutestria de alimentos a fim de reduzir a quantidade de cloro inorgacircnico aplicado comumente na etapa de sanitizaccedilatildeo Aleacutem disso o processo de pulverizaccedilatildeo catoacutedica pode ser usado em escala industrial reduzindo custos de produccedilatildeo uma vez que natildeo satildeo usados processos quiacutemicos nesse processo

REFEREcircNCIAS

1 Andrade N J (2008) Higiene na Induacutestria de Alimentos Satildeo Paulo Varela Abeleda HEP Javier A P Murillo A Q M Baculi R Q Alpha-amylase conjugated biogenic silver nano-particles as innovative strategy against biofilm-forming multidrug resistant bacteria Bioca-talysis and Agricultural Biotechnology 29 p101784 (2020) Disponiacutevel em httpdxdoiorg101016jbcab2020101784

2 Arauacutejo E A Andrade N J Carvalho A F Ramos A M Silva C A S Silva L H M Aspectos coloidais da adesatildeo de micro-organismos Quiacutemica Nova 33 (9) 1940-1948 (2010) Disponiacutevel em httpdxdoiorg101590S0100-40422010000900022

3 Atkins P W Jones L Princiacutepios de quiacutemica questionando a vida moderna e o meio ambiente (3ed) (2006) Porto Alegre Bookman

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Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1456

7 Brasil 1998 Secretaria de Vigilacircncia Sanitaacuteria do Ministeacuterio da Sauacutede Aprova Regulamentos Teacutecnicos Disposiccedilotildees Gerais para Embalagens e Equipamentos Plaacutesticos em contato com alimentos e seus Anexos Portaria n 912 MS de 131198 Diaacuterio Oficial da Repuacuteblica Fede-rativa do Brasil Brasiacutelia 18 de novembro de 1998

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12 Franci G Falanga A Galdiero S Palomba L Rai M Morelli G Galdiero M Silver Na-noparticles as Potential Antibacterial Agents Molecules 20(5) 8856ndash8874 (2015) Disponiacutevel em httpdoi103390molecules20058856

13 Gentil V Corrosatildeo (5 ed) Rio de Janeiro LTC - Livros Teacutecnicos e Cientiacuteficos (2007)

14 Gomaa E Z Silver nanoparticles as an antimicrobial agent A case study on Staphylococcus aureus and Escherichia coli as models for Gram-positive and Gram-negative bacteria The Journal of General and Applied Microbiology 63(1) 36ndash43 Disponiacutevel em (2017) httpdoi102323jgam201607004

15 Hernaacutendez-Pimentel V M Regalado-Gonzaacutelez C Nava-Morales G M Meas-Vong Y Castantildeeda-Serrano M P Garciacutea-Almendaacuterez B E Effect of neutral electrolyzed water as antimicrobial intervention treatment of chicken meat and on trihalomethanes formation Journal of Applied Poultry Research 29(3) 622ndash635 (2020) Disponiacutevel em httpdoi101016jjapr202004001

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18 Katsikogianni Mamp Missirlis Y F Concise review of mechanisms of bacterial adhesion to bio-materials and of techniques used in estimating bacteria-material interactions (2004) European Cells and Materials 8 37

19 Ji H Zhou S Fu Y Wang Y Mi J Lu T Luuml C Size-controllable preparation and anti-bacterial mechanism of thermo-responsive copolymer-stabilized silver nanoparticles with high antimicrobial activity (2020) Materials Science and Engineering C 110 110735 Disponiacutevel em httpdoi101016jmsec2020110735

Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 457

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27 Ontong J C Paosen S Shankar S amp Voravuthikunchai S P Eco-friendly synthesis of silver nanoparticles using Senna alata bark extract and its antimicrobial mechanism through enhancement of bacterial membrane degradation Journal of Microbiological Methods 165 105692 (2019) httpdoi101016jmimet2019105692

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31 Tsagkari E Sloan W T Impact of Methylobacterium in the drinking water microbiome on removal of trihalomethanes International Biodeterioration amp Biodegradation 141 10ndash16 (2019) Disponiacutevel em httpdoi101016jibiod201807015

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CONCLUSAtildeO CONSIDERACcedilOtildeES FINAIS

As amostras de accedilo inox foram eficientemente funcionalizadas com recobrimento de prata usando pulverizaccedilatildeo catoacutedica A funcionalizaccedilatildeo das superfiacutecies de accedilo inoxidaacutevel mostrou ser eficiente para reduccedilatildeo da carga microbiana aderida o que reduz o risco de poacutes-contaminaccedilatildeo de produtos na induacutestria de alimentos O recobrimento manteve as ca-racteriacutesticas morfoloacutegicas das superfiacutecies das amostras funcionalizadas Um ligeiro aumento na rugosidade meacutedia das amostras foi observado nas amostras funcionalizadas

Do ponto de vista eletroquiacutemico observou-se que houve modificaccedilatildeo na superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulverizaccedilatildeo catoacutedica ou seja a prata perma-neceu depositada sobre a superfiacutecie do cupom de accedilo inox apoacutes o procedimento de pulve-rizaccedilatildeo catoacutedica com aumento da aacuterea eletroativa do cupom de accedilo inox Os resultados portanto indicam o potencial do uso das amostras funcionalizadas com prata na induacutestria de alimentos a fim de reduzir a quantidade de cloro inorgacircnico aplicado comumente na etapa de sanitizaccedilatildeo Aleacutem disso o processo de pulverizaccedilatildeo catoacutedica pode ser usado em escala industrial reduzindo custos de produccedilatildeo uma vez que natildeo satildeo usados processos quiacutemicos nesse processo

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Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 457

20 Langley SampBeveridge T J Effect of O-side-chain-lipopolysaccharide chemistry on metal binding Applied and Environmental Microbiology 65 489 (1999)

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22 Machuno L G B Lima A B Buso R R Abdanur R M F Rangel E C Gelamo R V Desenvolvimento e avaliaccedilatildeo de uma fonteDC de alta tensatildeo para utilizaccedilatildeo emsistema de deposiccedilatildeo de filmesfinos por pulverizaccedilatildeo catoacutedica Revista Mateacuteria 21 (2) 492 ndash 500 Dis-poniacutevel em httpdxdoiorg101590S1517-7076201600020046

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26 Oumllmez HampKretzschmar U Potencial alternative disinfection methods for organic fresh-cut industry for minimizing water consumption and environmental impact Food Science and Te-chnology 42(3)686-693(2009)Disponiacutevel em httpsdoiorg101016jlwt200808001

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Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1458

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Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1456

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Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 457

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Avanccedilos em Ciecircncia e Tecnologia de Alimentos - Volume 1 457

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22 Machuno L G B Lima A B Buso R R Abdanur R M F Rangel E C Gelamo R V Desenvolvimento e avaliaccedilatildeo de uma fonteDC de alta tensatildeo para utilizaccedilatildeo emsistema de deposiccedilatildeo de filmesfinos por pulverizaccedilatildeo catoacutedica Revista Mateacuteria 21 (2) 492 ndash 500 Dis-poniacutevel em httpdxdoiorg101590S1517-7076201600020046

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25 Novello J C L Implantaccedilatildeo de iacuteons prata em accedilo inoxidaacutevel e infecccedilatildeo faacutegica para o controle de adesatildeo e formaccedilatildeo de biofilmes bacterianos na induacutestria de alimentos (2012) (Tese de doutorado) Universidade Federal de Viccedilosa Viccedilosa

26 Oumllmez HampKretzschmar U Potencial alternative disinfection methods for organic fresh-cut industry for minimizing water consumption and environmental impact Food Science and Te-chnology 42(3)686-693(2009)Disponiacutevel em httpsdoiorg101016jlwt200808001

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30 Takamiya A S Monteiro D R Gorup L F Silva E A de Camargo E R Gomes-Filho J E Barbosa D B Biocompatible silver nanoparticles incorporated in acrylic resin for dental application inhibit Candida albicans biofilm Materials Science and Engineering C 118 111341 (2021) Disponiacutevel em httpdoi101016jmsec2020111341

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