Biorefinery of Lignocellulosic and Marine Resources for Obtaining Active PVA/Chitosan/Phenol Films for Application in Intelligent Food Packaging

Abstract

Abstract. This study focuses on the extraction of phenolic compounds from the fermentation of Phanerochaete chrysosporium and Gloeophyllum trabeum. The main goal was to synthesize phenol/chitosan microspheres and PVA films and characterized using FTIR, TGA, DSC, SEM, and mechanical tests to evaluate their physical, chemical, and mechanical properties for antimicrobial packaging applications. Homogeneous chitosan microspheres loaded with lignin-derived phenols were obtained, showing controlled release of antimicrobial compounds. The incorporation of phenolic microspheres into PVA/chitosan films resulted in significant improvements in mechanical properties: the films exhibited an elastic modulus of 36.14 ± 3.73 MPa, tensile strength of 12.01 ± 1.14 MPa, and elongation at break of 65.19 ± 5.96%. Thermal tests revealed that chitosan-containing films had enhanced thermal stability, with decomposition temperatures (T10) reaching 116.77 °C, compared to 89.28 °C for pure PVA. In terms of antimicrobial activity, PVA/chitosan/phenol films effectively reduced Lactobacillus growth and milk acidity, maintaining quality for up to 96 h at room temperature, outperforming controls with acetic acid and H2O2. The films also inhibit yeast growth for one week. In conclusion, phenols can be effective antimicrobial agents in dairy, but their use should be monitored. Additionally, PVA/chitosan-phenol films offer biodegradability, antimicrobial properties, and sustainability for diverse applications.

Resumen. Este estudio se centra en la extracción de compuestos fenólicos a partir de la fermentación de Phanerochaete chrysosporium y Gloeophyllum trabeum. El objetivo principal era sintetizar microesferas de fenol/quitosán y películas de PVA y caracterizarlas mediante FTIR, TGA, DSC, SEM y ensayos mecánicos para evaluar sus propiedades físicas, químicas y mecánicas para aplicaciones de envasado antimicrobiano. Se obtuvieron microesferas homogéneas de quitosano cargadas con fenoles derivados de la lignina, que mostraron una liberación controlada de compuestos antimicrobianos. La incorporación de microesferas fenólicas en películas de PVA/quitosán dio lugar a mejoras significativas de las propiedades mecánicas: las películas presentaron un módulo elástico de 36,14 ± 3,73 MPa, una resistencia a la tracción de 12,01 ± 1,14 MPa y un alargamiento a la rotura de 65,19 ± 5,96%. Las pruebas térmicas revelaron que las películas que contenían quitosano tenían una mayor estabilidad térmica, con temperaturas de descomposición (T10) que alcanzaban los 116,77 °C, en comparación con los 89,28 °C del PVA puro. En cuanto a la actividad antimicrobiana, las películas de PVA/quitosán/fenol redujeron eficazmente el crecimiento de Lactobacillus y la acidez de la leche, manteniendo la calidad hasta 96 h a temperatura ambiente, superando a los controles con ácido acético y H2O2. Las películas también inhiben el crecimiento de levaduras durante una semana. En conclusión, los fenoles pueden ser agentes antimicrobianos eficaces en los productos lácteos, pero su uso debe vigilarse. Además, las películas de PVA/chitosán-fenol ofrecen biodegradabilidad, propiedades antimicrobianas y sostenibilidad para diversas aplicaciones.