MICROENCAPSULAÇÃO APLICADA A ALIMENTOS

Uma das alternativas para modificar a estabilidade e solubilidade dos pigmentos é a encapsulação, metodologia na qual a substância ativa é inserida em um material de parede, que pode ser de diversos tamanhos, núcleos e finalidades. As cápsulas geradas são divididas em 3 categorias: macro- (>5.000 µm), micro- (0,2-5.000 µm) e nanocápsulas (<0,2 µm). Em termos estruturais, as cápsulas podem ser divididas em dois grupos: aquelas nas quais o núcleo está localizado na região central, envolto por um filme definido e contínuo do material de parede, e aquelas nas quais o núcleo é uniformemente disperso em uma matriz (AZEREDO, 2005).

A encapsulação em produtos naturais tem como objetivo proteger a substância de interesse dos fatores externos como luz, temperatura, acidez ou alcalinidade, prover solubilidade em água, ou seja, possibilitar que as substâncias sabidamente sensíveis a estes fatores possam ter seu uso viabilizado em alimentos, cosméticos e medicamentos. Na indústria de alimentos, a encapsulação pode ser utilizada para diversos fins, como: impedir interação do núcleo com o ambiente externo, proteger o material encapsulado contra alterações na cor, aroma e valor nutricional durante o processamento e estocagem, promover sua solubilidade e mascarar sabores indesejáveis, e realizar a entrega da substância em seu tecido alvo (NEDOVIC, et al. 2011).

Há uma gama de compostos com objetivo de enriquecer os produtos alimentícios, trazendo diversos benefícios funcionais e nutricionais. Diversas substâncias bioativas e micronutrientes podem ser microencapsulados e aplicados na indústria. Alguns exemplos são os carotenoides, polifenóis, ácidos graxos essenciais, aminoácidos, proteínas, fitoesteróis, vitaminas, minerais e bactérias probióticas (SAGALOWICZ; LESER, 2010).

Inúmeras técnicas para a encapsulação estão disponíveis, e podem variar de acordo com as características da substância de interesse e do produto a ser adicionado. A preparação de emulsões óleo-em-água, por exemplo, é a mais indicada para moléculas lipossolúveis, podendo ser utilizadas em leites, iogurtes, molhos e maioneses. Já o spray drying é um dos métodos mais utilizados onde o material a ser encapsulado é dissolvido em uma solução aquosa do composto que constituirá a membrana e em seguida é atomizado em pequenas gotas que passarão por um fluxo de ar quente, secando-as e formando partículas sólidas. Além destes, existem outras técnicas como a coacervação, extrusão, liofilização, spray-cooling, lipossomas, e a inclusão molecular, técnica de interesse do presente trabalho (DE VOS et al., 2010).

3.5.1 Inclusão molecular e ciclodextrinas

A técnica de inclusão molecular, ao contrário dos outros métodos, ocorre em nível molecular, e utiliza como agente encapsulante as ciclodextrinas. As ciclodextrinas atuam como uma cápsula, pois sua conformação apresenta uma cavidade hidrofóbica e o exterior hidrofílico, permitindo que atuem como “moléculas hospedeiras”. Seu interior hidrofóbico permite a inserção de diversas substâncias apolares, como ácidos graxos, óleos vegetais e essenciais, vitaminas e hormônios. As ciclodextrinas são comumente utilizadas, servindo como veículo para diversos fármacos, propiciando sua solubilidade em meio aquoso e liberação da droga no sistema biológico (BOONYARATTANAKALIN et al., 2010).

Em alimentos as ciclodextrinas são utilizadas para a estabilização de sabores e aromas, eliminação de sabores indesejados, proteção contra a ação de microrganismos, proteção de moléculas lipofílicas da oxidação, degradação pela luz e aquecimento e solubilização de pigmentos naturais e vitaminas (ASTRAY et al., 2009).

As ciclodextrinas são oligossacarídeos cíclicos compostos por unidades de glicose unidas por ligações glicosídicas do tipo α-1,4, sendo produzidas por meio da transformação do amido pela enzima glucosil transferase, sintetizada por bactérias como Bacillus macerans. As ciclodextrinas mais utilizadas são a α, β, e γ constituídas por 6, 7 ou 8 unidades de glicose, respectivamente. A quantidade de moléculas de glicose determinam o tamanho da cavidade das ciclodextrinas, e consequentemente, a capacidade de incorporar moléculas que apresentem compatibilidade geométrica com seu interior. Além disso, o complexo ocorre

apenas se houver afinidade em termos de polaridade (SAGALOWICZ ;LESER, 2010). A Figura 4 demonstra as estruturas da α-, β- e γ-ciclodextrinas.

Figura 4: Estruturas químicas de α-, β- e γ-ciclodextrinas (ASTRAY et al. 2009)

A formação do complexo de inclusão consiste na inserção da molécula hospedeira (mais apolar) em seu interior, substituindo as moléculas de água (polar) que antes permaneciam ali, por ser uma interação energeticamente favorável. Além das interações hidrofóbicas também podem estar presentes no processo de complexação as ligações de hidrogênio, forças de Van der Waals, interações dipolo-dipolo e íon-dipolo (CASTRONUOVO; NICCOLI, 2013).

As ciclodextrinas são encapsulantes amplamente utilizados e produzidos em grande escala. Existe uma grande variedade de ciclodextrinas disponíveis no mercado, porém a mais utilizada atualmente é a β-ciclodextrina (β-CD), provavelmente devido à facilidade em sua produção, baixa toxicidade e ao seu baixo custo (cerca de 5 US$/kg). Entretanto, a β-CD apresenta como principal inconveniente a baixa solubilidade em água, associada a sua estrutura molecular. Acredita-se que suas dimensões moleculares são ótimas para a formação de ligações de hidrogênio intramoleculares que neutralizam a hidratação da β-CD em água, reduzindo sua solubilidade. A solução encontrada para este problema foi a substituição das hidroxilas presentes na parte externa da β-CD por porções orgânicas causando a quebra das ligações de hidrogênio, aumentando a solubilidade da molécula. (KURKOV; LOFTSSON, 2013)

Alguns desses derivados das ciclodextrinas são a 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina (HP- β-CD) e sulfobutil-eter-β-ciclodextrina, que além de serem mais solúveis em água, apresentam melhores perfis toxicológicos, ao serem comparadas as suas moléculas-mãe, e

podem ser utilizadas até como formas injetáveis (BREWSTER; LOFTSSON, 2007). Na Figura 5 é exemplificada a distribuição das principais ciclodextrinas utilizadas em drogas comerciais.

Além de aumentar a solubilidade de diversas substâncias em água, alguns estudos relataram o aumento da atividade antioxidante dos compostos pelas ciclodextrinas, provavelmente pela proteção que esta oferece às substâncias hospedeiras contra o ataque de radicais livres. Complexos de carotenoides:β-CD (GOMES, 2014) mangiferina:β-CD (FERREIRA et al. 2013) e astaxantina:HP-β-CD (YUAN et al. , 2013) são exemplos deste aumento na atividade antioxidante.

Figura 5: Distribuição das principais ciclodextrinas utilizadas em drogas comerciais.: β- ciclodextrina, hidroxipropil- β-ciclodextrina, , hidroxipropil- γ -ciclodextrina , sulfobutil-éter-

ciclodextrina (KURKOV ; LOFTSSON, 2013).

A toxicologia das ciclodextrinas varia entre os diferentes tipos, e principalmente pela forma de administração. Por exemplo, as ciclodextrinas administradas oralmente não demonstram praticamente nenhuma toxicidade, devido à falta de absorção intestinal. Já a administração parenteral de β-CD, α-CD, β-CD metiladas, resulta em toxicidade renal. HP-β- CD, sulfobutil-éter-βCD, γ-CD e Hidroxipropil-γ-CD não apresentam toxicidade por esta via de administração (KURKOV; LOFTSSON, 2013).

3.5.2 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina

A 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina resulta da modificação da estrutura da β- ciclodextrina pela substituição de hidroxilas por grupo hidroxipropil (C3H7O). A HP-βC-D é reconhecida por oferecer maior solubilidade em meio aquoso quando comparada à β-CD

(WANG et al., 2011). Lu et al. (2009), compararam a eficácia de β-CD e HP-β-CD em aumentar a solubilidade do resveratrol em água. O complexo resveratrol/HP-β-CD apresentou maior capacidade de solubilidade e a constante de estabilidade (KC) foi de 6.778 M

−1 , em comparação a 1.815 M−1 para o complexo β-CD, além de ter apresentado maior atividade antioxidante, analisada por meio do ensaio de DPPH.

Diversos estudos, tanto de fármacos quanto de substâncias bioativas para uso em alimentos, mostraram a capacidade da HP-β-CD em formar o complexo de inclusão, promover a solubilidade do composto e protegê-lo contra os fatores presentes no meio (WANG et al., 2011; ZENG et al., 2011; GE et al., 2012, MA et al., 2012), demonstrando que esta é uma tecnologia promissora, com uma ampla gama de aplicação.

4. METODOLOGIA