Liberação controlada

A técnica de encapsulação permite que o núcleo seja isolado do ambiente externo, proporcionando estabilidade às condições adversas até que a liberação do composto seja desejada. Existem vários meios para provocar a liberação do núcleo, como por difusão, degradação, solventes, pH, temperatura e pressão (Azeredo, 2005). Neste estudo foi avaliado apenas o mecanismo de liberação por meio de solventes, utilizando soluções aquosas, que é o solvente mais comum na indústria

de alimentos. Independente da solução, o perfil de liberação dos compostos fenólicos das microcápsulas foi dependente da matriz utilizada.

A tabela 4 demonstra os resultados de liberação dos compostos fenólicos das matrizes de β-CDS, Q, X e H em solução aquosa a 25 °C.

Tabela 3: Percentual de liberação dos compostos fenólicos em água a 25 °C Cápsula Tempo de liberação (h)

0 10 30 50 Total

(%) (%) (%) (%) (%)

β-CDS 0,57±0,2 bC 4,0±0,2 aC 0,57±0,1 bC 0,56±0,2 bC 5,7±0,7B Q 4,3±1,5 aBC 7,3±1,4 aBC 8,2±2,1 aA 6,9±2,3 aA 26,6±7,4A X 6,3±1,4 aA 10,5±2,9 aBC 5,8±1,8 aBC 4,0±0,8 aBC 26,5±3,3A H 6,8±1,7 aA 11,8±1,1 aA 11,8±1,1 aA 8,2±1,2 aA 38,5±5,1A a _{Números diferentes na mesma linha são estatisticamente diferentes (p <0,05).} A _{Números diferentes}

na mesma coluna são estatisticamente diferentes Os resultados são expressos como médias de três determinações ± desvio padrão.

β-CDS= β-ciclodextrina;Q=quitosana; X=xantana; H=hidrogel

É possível observar que no tempo de 0 h, as cápsulas de β-CDS apresentaram retenção do conteúdo fenólico significativamente superior às demais matrizes. Entretanto, nas 10 h de imersão, as cápsulas de β-CDS propiciaram uma liberação brusca dos compostos fenólicos, liberando quantidades similares após este período. As demais matrizes apresentaram uma liberação gradual e superior a β-CDS e não houve diferença significativa entre as matrizes, Q, X e H no total liberado.

Concentração semelhante de compostos fenólicos foi obtido por Deladino, Anbinder, Navarro, & Martin (2008), ao encapsular o extrato de erva mate nas matrizes alginato e alginato-quitosana. Como resultado de liberação em água em 48h, obteve-se 47,4% para a amostra controle de alginato puro e 35,5% na matriz de quitosana. Entretanto, a máxima liberação em água foi alcançada em menores tempos para as cápsulas de quitosana do que para as cápsulas controle.

De acordo com a Tabela 5, na presença de solução tampão pH 4,5, todas as cápsulas apresentaram liberação gradual e superior a concentração liberada em água, exceto a matriz H em que a liberação foi superior em água. Assim como obtido na água pura, as microcápsulas de β-CDS apresentaram o menor percentual de

liberação e não houve diferença significativa entre as matrizes, Q, X e H no total liberado.

Tabela 4: Percentual de liberação dos compostos fenólicos na presença de solução tampão pH 4,5.

Cápsula Tempo de liberação (h)

0 10 30 50 Total

(%) (%) (%) (%) (%)

β-CDS 1,8±0,3 aD 1,8±0,3 aB 1,7±0,2 aC 1,8±0,3 aC 7,2±1,2B Q 6,7±1,1 aC 9,0±0,7 aA 7,7±1,2 aA 7,0±1,9 aBC 30,3±5,0A X 11,6±1,3 aA 11,8±1,8 aA 7,9±1,7 aA 9,7±1,5 aA 40,9±3,7A H 9,3±1,1 aBC 9,1±1,7 aA 4,8±1,3 aBC 9,3±1,1 aA 32,4±5,1A a _{Números diferentes na mesma linha são estatisticamente diferentes (p <0,05).} A _{Números diferentes}

na mesma coluna são estatisticamente diferentes Os resultados são expressos como médias de três determinações ± desvio padrão.

β-CDS= β-ciclodextrina;Q=quitosana; X=xantana; H=hidrogel

Todas as microcápsulas fenólicas em solução tampão pH 7,4, conforme mostrado na Tabela 6 apresentaram percentuais de liberação inferiores quando comparadas a solução aquosa e ao tampão pH 4,5. Este comportamento pode estar relacionado a facilidade com que as cápsulas são rompidas em pH mais baixo, devido a maior facilidade de solubilização do material de parede.

As cápsulas de β-CDS, Q e H em solução tampão pH 7.4 apresentaram liberação gradual, já as cápsulas de X em 50h apresentaram liberação estatisticamente superior aos demais tempos.

Tabela 5: Percentual de liberação dos compostos fenólicos na presença de solução tampão pH 7,4

Cápsula Tempo de liberação (h)

0 10 30 50 Total

(%) (%) (%) (%) (%)

β-CDS 0,35±0,007aC 0,4±0,007aA 1,1±0,007aA 1,1±0,01aB 2,9±2,6A Q 2,0±0,1aBC 4,1±0,1aA 0,6±0,09aA 3,3±0,2aAB 10,0±5,3A X 2,7±0,2bcBC 2,5±0,25bA 3,7±0,3bA 9,5,2±0,5aA 18,4±4,8A H 4,4±0,2aA 3,8±0,18aA 1,7±0,15aA 1,6±0,1aB 11,6±2,8A

a _{Números diferentes na mesma linha são estatisticamente diferentes (p <0,05).} A _{Números diferentes}

na mesma coluna são estatisticamente diferentes Os resultados são expressos como médias de três determinações ± desvio padrão.

β-CDS= β-ciclodextrina;Q=quitosana; X=xantana; H=hidrogel

3.4 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)

As micrografias do EF apresentaram características amorfas e homogêneas, conforme demonstrado nas Figuras 1a1, 2a2, 3a3 e 4a4, podendo estar relacionado a não purificação do extrato.

Na micrografia de β-CDS (Fig. 1b1) observa-se que o polímero puro apresenta forma de folhetos com partículas de diferentes tamanhos, indicando comportamento característico de moléculas de CDS. Na imagem da mistura física de EF/β-CDS (Fig. 1c1) é possível observar uma matriz amorfa referente ao EF puro, com partículas de formatos irregulares dispersas na sua superfície. Após o processo de encapsulação EF/β-CDS (Fig. 1d1), é possível visualizar claramente o surgimento de partículas de formatos irregulares, características de cápsulas de β-CDS obtidas por liofilização. Vários autores têm demonstrado comportamento semelhante obtidos na encapsulação de fármacos e de compostos fenólicos (Mura, Faucci, Parrini, Furlanetto, & Pinzauti,1999; Koester, Xavier, Mayorga, & Bassani, 2003; Figueiras, Carvalho, Ribeiro, Torres-Labandeira, & Veiga, 2007, Laine, Kylli, Heinonen & Jouppila, 2008).

Figura 1: Micrografias de MEV nas encapsulações: 1a1) EF, 1b1) β-CDS, 1c1) EF/β-CDS mistura física e 1d1) EF/β-CDS microcápsulas.

Na micrografia de Q (Fig 2b2) observa-se uma forma amorfa, e na mistura física de EF/Q (Fig. 2c2) visualiza-se a formação de blocos aglomerados de tamanhos irregulares, semelhante à imagem obtida pela Q na sua forma pura. As microcápsulas obtidas com EF/Q (Fig. 2d2) apresentam formatos regulares, lisas e sem fissuras.

Figura 2: Micrografias de MEV nas encapsulações: 2a2) EF, 2b2) Q, 2c2) EF/Q mistura física e 2d2) EF/Q cápsulas.

Nas micrografias de X (Fig. 3b3) e mistura física EF/X (Fig. 3c3) observa-se formato amorfo e irregular. As microcápsulas EF/X (Fig. 3d3) apresentam estrutura lisa, e com uniformidade de tamanho.

Figura 3: Micrografias de MEV nas encapsulações: 3a3) EF, 3b3) X, 3c3) EF/X mistura física e 3d4) EF/X cápsulas.

A imagem obtida do H (Fig 4b4) mostra estrutura de folhetos e sem ranhuras. Na mistura física EF/H (Fig. 4c4) observa-se pequenas diferenças quando comparado com o EF puro. A cápsula de EF/H (4d4) apresentou formato irregular.

Figura 4: Micrografias de MEV nas encapsulações: 4a4) EF, 4b4) H, 4c4) EF/H mistura física e 4d4) EF/H microcápsulas.

Em função do desaparecimento da morfologia original do extrato e dos polímeros pode-se concluir que houve a encapsulação com todos os polímeros utilizados neste estudo; entretanto, as matrizes com os polímeros X e Q apresetaram formatos característicos de microcápsulas, com formatos regulares, lisos e sem fissuras. Wang, Cao, Sun, & Wang (2011), ao microencapsular ácido ferúlico na presença de HP- β-CDS, confirmaram a formação das cápsulas, pelo desaparecimento da morfologia original dos compostos individualizados (ácido ferúlico e HP- β-CDS).

3.5 Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC)

Os termogramas de DSC do EF (Fig 5a1, 5a2, 5a3 e 5a4), β-CDS (Fig 5b1), EF/β-CDS mistura física e microcápsulas (Fig. 5c1, 5d1); Q (Fig. 5b2), EF/Q mistura física e microcápsulas (Fig. 5c2 e 5d2), X (Fig. 5b3), EF/X mistura física e microcápsulas (Fig. 5c3 e 5d3) e H (Fig. 5b4), EF/H mistura física e microcápsulas (Fig. 5c4 e 5d4), estão demonstrados a seguir.

Figura 5: Termogramas de DSC: 5a1, 5a2, 5a3 e 5a4) EF, 5b1) β-CDS, 5b2) Q, 5b3) X, 5b4) H, 5c1) EF/β-CDS mistura física, 5c2) EF/Q mistura física, 5c3) EF/X mistura física, 5c4) EF/H mistura física e 5d1) EF/β-CDS microcápsulas, 5d2) EF/Q microcápsulas, 5d3) EF/X microcápuslas, 5d4) EF/H microcápsulas

Nas transições exotérmicas e endotérmicas do EF de amora-preta (Fig 5a1, 5a2, 5a3 e 5a4), pode-se observar um pico exotérmico em 154,7°C, devido à fusão dos açúcares presentes no EF bruto sem purificação, seguido de dois picos endotérmicos em 161,4°C e 182,5°C, em função dos diferentes constituintes do extrato. Wang, Cao, Sun, & Wang (2011) ao microencapsular óleo de alho na presença de β-CDS também observaram picos exotérmicos em temperaturas anteriores aos eventos endotérmicos, este comportamento foi atribuído as reações de oxidação ocorridas no composto.

Os polímeros de β-CDS, Q, X e H (Fig. 5b1, 5b2, 5b3 e 5b4), apresentaram picos referentes a eventos endotérmicos em temperaturas de 181°C, 182,41°C, 189,6°C e 183°C, respectivamente.

Na mistura física do EF/β-CDS (Fig. 5c1), há indícios de que possa ter ocorrido uma interação entre os compostos pelo aquecimento, pois o comportamento térmico isolado de cada composto não pôde ser visualizado. Um padrão diferente pode ser observado no termograma do complexo EF/β-CDS (Fig. 5d1); o evento exotérmico dos açúcares se mantém, entretanto houve um

deslocamento do pico endotérmico para 151,60°C, o que confirma a proteção do núcleo fenólico e a interação entre EF/β-CDS. O termograma da mistura física EF/Q (Fig. 5c2) apresenta o pico de fusão em 145°C devido às impurezas do extrato e ainda apresentou dois picos endotérmicos oriundos do EF e da Q, mas em novas posições, em 173,88°C e 188,4°C, respectivamente. Este comportamento sugere a ocorrência de interação entre os compostos durante a análise. A formação das microcápsulas de EF/Q (Fig. 5d2) foi confirmada pelo deslocamento do pico endotérmico para 172ºC, que apresentou características apenas do polímero Q. Estes resultados indicam que a quitosana é capaz de proteger até mesmo as impurezas presentes no extrato bruto.

As misturas físicas de EF/X (Fig. 5c3) e EF/H (Fig. 5c4) apresentaram semelhanças, pois o evento exotérmico oriundo das impurezas do extrato ocorreu em temperaturas próximas a 153°C e 153,04°C, respectivamente. O pico endotérmico da mistura física EF/X (Fig. 5c3) ocorreu na mesma temperatura do polímero X, entretanto pode-se observar o alargamento do pico, referente à presença do EF. A mistura física EF/H (Fig. 5c4) apresentou picos endotérmicos em 159,3°C e 189,7°C, indicando interação entre os compostos durante a análise.

A microencapsulação do EF nas matrizes de X (Fig. 5d3) e H (Fig. 5d4) foi confirmada pela mudança do pico endotérmico quando comparado a mistura física e ao extrato puro, em temperaturas de 165,28 e 168,7°C, respectivamente. Wang, Cao, Sun, & Wang (2011), ao microencapsularem ácido ferúlico na presença de HP- β-CDS (hidroxipropil-β-cilodextrina), também observaram um deslocamento do pico endotérmico para temperaturas inferiores, em relação a HP-β-CDS na sua forma pura, conforme observado neste estudo. Sansone et al. (2011) relataram que ao encapsular o extrato de Fadogia ancylantha, fração rica em polifenois, na matriz maltodextrina/pectina, apenas o perfil térmico da matriz foi detectado. O resultado sugere a encapsulação do extrato, diferentemente do produto comercial em que um residual de eventos endotérmicos do extrato foi detectado.

3.6 Análise termogravimétrica (TGA)

Os termogramas de TGA do EF (Fig 6a1, 6a2, 6a3 e 6a4), β-CDS (Fig 6b1), EF/β-CDS mistura física e microcápsulas (Fig. 6c1, 6d1); Q (Fig. 6b2), EF/Q mistura física e complexo (Fig. 6c2 e 6d2), X (Fig. 6b3), EF/X mistura física e microcápsulas

(Fig. 6c3 e 6d3) e H (Fig. 6b4), EF/H mistura física e microcápsulas (Fig. 6c4 e 6d4), e suas respectivas transições térmicas estão demonstrados na Tabela 7.

Tabela 6: Transições térmicas do EF, polímeros, misturas físicas e das microcápsulas Transições térmicas EF β-CDS EF/β- CDS mf EF/β- CDS Q EF/Q mf EF/Q X EF/X mf EF/X H EF/H mf EF/H Ponto 1 (°C) 67,9 88,6 146,8 138,4 102,8 147,8 66,5 87,3 126,9 63,4 79,1 109,0 71,9 Ponto 2 (°C) 123,5 302,8 188,5 250,8 257,0 201,4 203,5 215,7 157,1 171,9 210,0 170,4 159,3 Perda de massa 1 (%) 11,8 10,2 27,2 15,8 5,1 30,1 21,7 5,2 18,8 12,6 7,5 27,2 17,0 Perda de massa 2 (%) 82,5 12,3 42,2 32,9 93,2 39,5 37,2 9,1 37,2 38,9 11,5 46,0 36,3

Figura 6: Termogramas de TGA: 6a1, 6a2, 6a3 e 6a4) EF, 6b1) β-CDS, 6b2) Q, 6b3) X, 6b4) H, 6c1) EF/β-CDS mistura física, 6c2) EF/Q mistura física, 6c3) EF/X mistura física, 6c4) EF/H mistura física e 6d1) EF/β-CDS cápsulas, d2) EF/Q cápsulas, d3) EF/X cápsulas, d4) EF/H cápsulas.

Os termogramas das microcápsulas fenólicas obtidas por TGA apresentaram comportamento semelhante, pois o início da fusão das microcápsulas ocorreu em temperaturas mais elevadas que o EF, confirmando desta forma a proteção do núcleo fenólico pela matriz polimérica. Araújo et al., (2007) descreveram este mesmo comportamento ao encapsular drogas na presença de HP-β-CDS. A encapsulação também foi confirmada comparando a porcentagem de massa perdida do complexo em relação à mistura física. As microcápsulas apresentaram menores perdas de massa, quando comparado as misturas físicas. No estudo realizado por Ammar, Salama, Ghorab, & Mahmoud (2006), com drogas submetidas ao processo de encapsulação na presença de HP-β-CDS, β-CDS e HP-metilcelulose, a não formação do complexo foi determinada quando a perda de massa da mistura física foi igual a do complexo.