Produção, caracterização e aplicação de micropartículas contendo bixina encapsulada em alginato-gelatina- carragenina

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2024.

O urucum (Bixa orellana) é um fruto que contem sementes ricas em carotenoides. A forma de pós é a mais comercializada do urucum direcionada a culinária, mais especificamente como condimento para dar cor e sabor. Sua cor predominante é vermelho-alaranjado devido ao alto teor de bixina, um apocarotenóide. Uma das propriedades biológicas mais importante da bixina é o seu poder antioxidante. Entretanto, a bixina, assim como a maioria dos carotenoides, apresenta alguns inconvenientes em relação às aplicações alimentícias como baixa solubilidade em água, sensibilidade e degradação na presença de luz, oxigênio, entre outros. Logo, a sua aplicação é condicionada à estabilização da mesma, e concomitantemente a sua biodisponibilidade. Nesse contexto, a microencapsulação é uma das estratégias mais promissoras e eficientes para a estabilização da bixina para posterior aplicação. Assim, esta pesquisa objetivou estabilizar o extrato de urucum contendo alto teor de bixina usando a técnica de encapsulamento por gelificação iônica, formando micropartículas de hidrogel usando uma combinação de biopolímeros e aplicação em formulação alimentícia. As micropartículas foram produzidas usando alginato, alginato-gelatina e alginato-carragenina, seguida de secagem sob vácuo em estufa ou liofilização, de forma a avaliar a influência desses processos nas micropartículas e bixina encapsulada. As micropartículas foram caracterizadas quanto sua morfologia, propriedades químicas e físico-química. Extrato de bixina e micropartículas de bixina foram utilizadas nas formulações para produção de barra de cereais. As barras com e sem bixina encapsulada foram caracterizadas e ensaios de liberação de bixina nas condições bucal, gástrica e intestinal foram realizados. A técnica de gelificação iônica apresentou elevada eficiências de encapsulamento de bixina 95,72%, 94,70%, e 93,71% para as micropartículas de alginato, alginato-gelatina e alginato-carragenina, respectivamente. As micropartículas apresentaram baixa atividade de água, entre 0,2 a 0,3 e amorfismo. O tipo de secagem (estufa à vácuo e liofilização) não influenciou nas características termofísicas das micropartículas, porém influenciou no material de parede e processo de liberação. Em relação aos resultados do teste de liberação, para a condição simulando meio gastrointestinal, as micropartículas revestidas de alginato-gelatina liofilizada (AGLb) apresentaram a maior liberação de bixina próximo a 61%. As barras de cereais foram produzidas utilizando as micropartículas de Alginato-gelatina devido a maior liberação de bixina na fase intestinal. As barras com e sem bixina (barras controle - BC, extrato - BEX e Micropartículas - BMP) apresentaram os seguintes resultados: barras BMP apresentaram maior teor de cinzas (1,40%) e maior atividade de água (0,52), quando comparadas as outras barras de cereais. Em relação ao perfil de textura, não houve diferença significativa na dureza, força de cisalhamento e coesão. Considerando a mastigabilidade, a barra BEX (39,87) foi significativamente diferente das barras BC (17,30) e BMP (22,15). Em relação à liberação de bixina as barras de cereais contendo micropartículas apresentaram maior liberação na fase intestinal. Os resultados obtidos nesta pesquisa mostraram que a combinação de alginato-gelatina foi a melhor combinação para encapsular e liberar controladamente a bixina. Adicionalmente esta pesquisa apresenta uma alternativa viável para ampliação da produção de um alimento saudável com propriedades ativas a serem incorporadas pelas indústrias de alimentos.

Abstract: Annatto (Bixa orellana) is a fruit that contains seeds rich in carotenoids. The powder form is the most commercialized form of annatto for cooking, more specifically as a condiment to add color and flavor. Its predominant color is orange-red due to the high content of bixin, an apocarotenoid. One of the most important biological properties of bixin is its antioxidant power. However, bixin, like most carotenoids, presents some drawbacks in relation to food applications, such as low solubility in water, sensitivity and degradation in the presence of light, oxygen, among others. Therefore, its application is conditioned to its stabilization, and concomitantly its bioavailability. In this context, microencapsulation is one of the most promising and efficient strategies for stabilizing bixin for subsequent application. Thus, this research aimed to stabilize annatto extract containing a high bixin content using the ionic gelation encapsulation technique, forming hydrogel microparticles using a combination of biopolymers and application in food formulation. The microparticles were produced using alginate, alginate-gelatin and alginate-carrageenan, followed by drying under vacuum in an oven or freeze-drying, in order to evaluate the influence of these processes on the microparticles and encapsulated bixin. The microparticles were characterized regarding their morphology, chemical and physical-chemical properties. Bixin extract and bixin microparticles were used in formulations for cereal bar production. The bars with and without encapsulated bixin were characterized and bixin release assays under oral, gastric and intestinal conditions were carried out. The ionic gelation technique showed high bixin encapsulation efficiencies of 95.72%, 94.70%, and 93.71% for alginate, alginate-gelatin and alginate-carrageenan microparticles, respectively. The microparticles showed low water activity, between 0.2 and 0.3, and amorphism. The type of drying (vacuum oven and freeze-drying) did not influence the thermophysical characteristics of the microparticles, but it did influence the wall material and release process. Regarding the results of the release test, for the condition simulating the gastrointestinal environment, the microparticles coated with freeze-dried alginate-gelatin (AGLb) showed the highest release of bixin, close to 61%. The cereal bars were produced using Alginate-gelatin microparticles due to the greater release of bixin in the intestinal phase. The bars with and without bixin (control bars - BC, extract - BEX and Microparticles - BMP) showed the following results: BMP bars showed higher ash content (1.40%) and higher water activity (0.52), when compared to other cereal bars. Regarding the texture profile, there was no significant difference in hardness, shear strength and cohesion. Considering chewiness, the BEX bar (39.87) was significantly different from the BC (17.30) and BMP (22.15) bars. Regarding the release of bixin, cereal bars containing microparticles showed greater release in the intestinal phase. The results obtained in this research showed that the alginate-gelatin combination was the best combination to encapsulate and controllably release bixin. Additionally, this research presents a viable alternative for expanding the production of healthy food with active properties to be incorporated by the food industry.