Desenvolvimento de compósitos à base de compostos bioativos do jambolão (Syzygium cumini (L.) Skeels) e montmorilonita: estudo da interação bioativo/argila para aplicação em alimento e embalagem

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2022.

O jambolão é uma fruta exótica, pouco valorizada e rica em compostos bioativos, como as antocianinas, o ácido gálico e a catequina que possuem propriedades antioxidantes e anti-inflamatórias. Estudos que possam mostrar a importância dos compostos dessa matéria-prima, a partir da sua recuperação, permitirá a valorização deste fruto, ainda não comercializado para consumo de mesa e/ou para fins industriais. Um dos compostos identificados como majoritários na polpa de jambolão são as antocianinas, pigmentos naturais, que podem ser utilizados na indústria de alimentos, farmacêutica, de embalagens e de cosméticos, principalmente como corante em alimentos, mas também como um ingrediente ativo. Entretanto, as antocianinas se degradam na presença de luz, alta temperatura (> 40 °C), pH alcalino e oxigênio. A proteção destes compostos é essencial para a manutenção de sua efetividade. Neste contexto, esta pesquisa se propôs a extrair e proteger as antocianinas da polpa de jambolão, desenvolvendo um material biohíbrido, por intercalação dos compostos bioativos em uma matriz adsorvente. Portanto, o objetivo deste trabalho foi desenvolver, caracterizar e aplicar um biohíbrido à base de compostos bioativos do extrato de jambolão e montmorilonita. Para alcançar o objetivo, a pesquisa foi realizada em etapas, conforme apresentadas a seguir. Na etapa 1: foi realizada a extração dos compostos bioativos da polpa e casca dos frutos pelo método sólido-líquido usando água destilada e ácido cítrico (1%). O extrato foi caracterizado quanto sua composição química em que foram identificados os compostos fenólicos, catequina e ácido gálico, e também foram identificadas antocianinas, como petunidina, malvidina e delfinidina, 3,5-diglicosídeo, responsáveis pelas propriedades bioativas do extrato. A partir desse resultado, seguiu-se para a etapa 2, com o objetivo de proteger os compostos bioativos, um material biohíbrido foi produzido usando montmorilonita e extrato de jambolão e o estudo da adsorção e dessorção dos compostos bioativos do extrato na argila (montmorilonita) a diferentes temperaturas (10, 20 e 30 °C) e pHs (1,5; 2,5 e 3,5) foi realizado. Foi analisado também, a efetividade do material quanto suas atividades biológicas. O biohíbrido obtido apresentou coloração rosa e estável em condições controladas de armazenamento a 5 e 25 °C por 60 dias. Além disso, apresentou propriedade antioxidante por DPPH e efeito anti-inflamatório com redução significativa de óxido nítrico e citocinas pró-inflamatórias IL-6, TNF-a e IL-1ß. Na etapa seguinte, balas de gelatina foram desenvolvidas usando o extrato ou o biohíbrido como corante natural. Foram analisadas as propriedades físico-químicas das balas e sua digestibilidade em modelo de digestão in vitro. As balas de gelatina com biohíbrido apresentaram coloração roxa intensa e maior estabilidade quando comparadas as balas com extrato. O biohíbrido protegeu as balas quanto a cor, fenólicos totais, antocianinas e proporcionou liberação controlada dos compostos bioativos durante a digestão. As frações de compostos bioativos das balas foram identificadas na fase intestinal, indicando que estão acessíveis e podem exercer sua bioatividade. Na terceira e última etapa o biohíbrido foi aplicado em indicadores a base de amido produzidos por termocompressão. O biohíbrido foi bem disperso na matriz de amido, de acordo com os resultados de sua morfologia e o indicador inteligente desenvolvido apresentou propriedades como mudança de cor em diferentes pH´s (ácido e básico) e sob vapor de amônia, resultado semelhante também foi observado para o extrato de jambolão. Assim, uma das aplicações desse material pode ser no monitoramento da qualidade de produtos cárneos durante o armazenamento.

Abstract: Jambolan is an exotic fruit that is undervalued and rich in bioactive compounds, such as anthocyanins, gallic acid, and catechin, which have antioxidant and antiinflammatory properties. Studies showing the importance of the compounds of this raw material from its recovery will allow the valorization of this fruit, which is not yet commercialized for table consumption and/or industrial purposes. One of the compounds identified as the majority in jambolan pulp are anthocyanins, natural pigments, which can be used in the food, pharmaceutical, packaging, and cosmetics industries, mainly as a coloring agent in foods but also as an active ingredient. However, anthocyanins degrade in the presence of light, high temperature (> 40 °C), alkaline pH, and oxygen. The protection of these compounds is essential to maintain their effectiveness. In this context, this research aimed to extract and protect anthocyanins from jambolan pulp, developing a biohybrid material by intercalating the bioactive compounds in an adsorbent matrix. Therefore, this work aimed to develop, characterize and apply a biohybrid based on bioactive compounds from jambolan extracts and montmorillonite. The research was carried out in stages to achieve the objective, as shown below. Stage 1: the extraction of the bioactive compounds from the pulp and peel of the fruits was carried out by the solid-liquid method using distilled water and citric acid (1%). The extract was characterized by its chemical composition, in which compounds such as catechin and gallic acid were identified, and anthocyanins such as petunidin, malvidin, and delphinidin, 3,5-diglycoside, responsible for the bioactive properties of the extract were also identified. From this result, we proceeded to step 2. In order to protect the bioactive compounds, a biohybrid material was produced using montmorillonite and jambolan extract, and the study of the adsorption and desorption of bioactive compounds onto clay (montmorillonite) at different temperatures (10, 20, and 30 °C) and pHs (1.5; 2.5 and 3.5) was carried out. It also analyzed the effectiveness of the material regarding its biological activities. The biohybrid obtained showed a pink color and was stable under controlled storage conditions at 5 and 25 °C for 60 days. In addition, it showed antioxidant properties by DPPH and an anti-inflammatory effect with a significant reduction of nitric oxide and pro-inflammatory cytokines IL-6, TNF-a, and IL-1ß. In the next step, gelatin candies were developed using the extract or the biohybrid as a natural dye. The physicochemical properties of the candies and their digestibility were analyzed in an in vitro digestion model. Gelatin candies with biohybrid showed intense purple color and greater stability when compared to candies with the extract. The biohybrid protected the candies in terms of color, total phenolic compounds, and anthocyanins and provided controlled release of bioactive compounds during digestion. The fractions of bioactive compounds in the candies were identified in the intestinal phase, indicating that they are available and can exert their bioactivity. In the third and last step, the biohybrid was applied to indicators based on starch produced by thermocompression. The biohybrid was well dispersed in the starch matrix, according to the results of its morphology, and the intelligent indicator developed showed properties such as color change at different pH's (acidic and basic), and under ammonia vapor, a similar result was also observed for jambolan extract. Thus, one of the applications of this material can be in monitoring the quality of meat products during storage.