Microencapsulação de ingredientes alimentícios

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REVISÃO

-MICROENCAPSULAÇÃO DE INGREDIENTES ALIMENTÍCIOS

M.Sc. Flávia De Floriani Pozza Rebello, Professora do IF Sul de Minas Gerais - Campus Inconfidentes, flavi. rebello@gmail.com

RESUMO

Existe um consenso mundial de que os alimentos não devam mais ser vistos somente como uma fonte de nutrientes com apelo sensorial, mas que também sejam fonte de bem estar e saúde. Esse novo conceito requer mudanças de paradigmas no desenvolvimento de novos produtos, aplicando as tecnologias tradicionais, aliadas aos novos métodos de conservação, preservando o máximo possível os componentes que cada alimento possui. Nos métodos mais tradicionais, várias vitaminas e aromas por exemplo, eram parcialmente perdidos, e o resultado, além de uma valiosa perda de nutrientes im-portantes ao organismo, era um produto muito distante do produto original, em termos de característi-cas sensoriais. Além da perda de alguns nutrientes importantes, a cor, o sabor e o odor originais eram modificados. Havia então uma grande necessidade de se implementar métodos que pudessem deixar esses componentes nutricionais mais bioacessíveis, preservando as características originais de cor, sabor e odor do alimento. O método de microencapsulação possui várias aplicações, tanto na indús-tria de alimentos, como em indúsindús-trias farmacêuticas, de cosméticos, têxteis, de agrotóxicos, de tintas, entre outras. Microencapsulação é o processo de empacotamento de materiais sólidos, líquidos ou gasosos em cápsulas extremamente pequenas, as quais podem liberar o conteúdo de forma controlada e sob condições específicas. Diversas técnicas têm sido utilizadas na elaboração das microcápsulas, tais como: spray drying, spraycooling, coacervação, extrusão, extrusão centrífuga, recobrimento em leito fluidizado, lipossomas e complexação por inclusão. Essa técnica tem solucionado limitações no emprego de ingredientes alimentícios, visto que pode suprimir ou atenuar sabores e odores indesejá-veis, reduzir a volatilidade e a reatividade e aumentar a estabilidade destes em condições ambientais adversas, como na presença de luz, oxigênio e pH extremos. Este artigo de revisão tem como objetivo fazer uma explanação sobre o uso da microencapsulação na área de alimentos.

Palavras-crave: microencapsulação, alimento, ingredientes microencapsulados.

ABSTRACT

A great world-wide consensus exists of that the foods do not have more being only seen as a source of nutrients with I appeal sensorial, but that also they are welfare source and health. This new concept requires changes of paradigms in the development of new products, applying the traditional, allied technologies to the new methods of conservation, preserving the possible maximum the components that each food has. In the methods most traditional, some vitamins and flavor for example, were partially lost, and the result, beyond a valuable loss of important nutrients to the organism, was a distant product very of the original product, in terms of sensorial characteristics. Beyond the loss of some important nutrients, the original co-lor, flavor and the odor were modified. It had then a great necessity of if implementing methods that could leave these accessible nutricional component, preserving the original characteristics of color, flavor and odor of the food. The microencapsulation method has some applications, as much in the food industry, as in pharmaceutical industries, of cosmetics, fabrics, of pesticides, of inks, among others. Microencapsulation is the process of wrapping up of solid, liquid or gaseous materials in extremely small capsules, which can liberate the content of controlled form and under specific conditions. Diverse techniques have been used in the elaboration of the microcapsules, such as: spray drying, spraycooling, coacervation, drawing, drawing centrifugal machine, covering in fluidization stream bed, liposomes and linking for inclusion. This techni-que has solved limitations in the job of nourishing ingredients, since it can suppress or attenuate flavors and

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odors undesirable, reduce volatileness and the re-activity and increase the stability of these in adver-se ambient conditions, as in the preadver-sence of light, extreme oxygen and pH. This article of revision has as objective to make a communication on the use of the microencapsulation in the food area. Key- words : microencapsulation; foods; applica-tions; ingredients.

INTRODUÇÃO

Apesar de ser um método considerado novo, no início dos anos 70, Todd já definia microen-capsulação como a tecnologia de empacotamento com finas coberturas poliméricas aplicáveis em sólidos, gotículas de líquidos ou material gasoso, formando pequenas partículas denominadas mi-crocápsulas, que podem liberar seu conteúdo sob velocidade e condições específicas.

Por sua vez, Arshady (1993) descreveu as microcápsulas como embalagens extremamen-te pequenas, compostas por um polímero como material de parede e um material ativo chamado de núcleo. Esse autor afirmou que enquanto as embalagens convencionais normalmente são em-pregadas para facilitar transporte, armazenagem, manipulação e apresentação dos alimentos, as mi-crocápsulas são geralmente empregadas para me-lhorar a performance do material ou criar novas aplicações.

Gouin (2004) e Desai & Park (2005) afir-maram que, através de propriedades de libera-ção controlada finamente ajustadas, a micro-encapsulação deixa de ser somente um método de agregação de substâncias a uma formulação alimentícia, e se torna uma fonte de ingredientes totalmente novos com propriedades únicas.

De acordo com Shahidi & Han (1993), as microcápsulas têm a capacidade de modificar e melhorar a aparência e as propriedades de uma substância. Eles justificaram o uso da microen-capsulação na indústria de alimentos para aten-der diversas necessidades, como: para reduzir a reatividade do material de núcleo com o ambien-te; diminuir a velocidade de evaporação ou de transferência do material de núcleo para o meio; facilitar a manipulação do material encapsulado;

promover liberação controlada de determinadas substâncias; mascarar sabor e odor desagradá-veis e promover a diluição homogênea do ma-terial encapsulado em uma formulação alimen-tícia.

Pode-se “empacotar” diversas partículas, como: pigmentos, compostos de sabor, nutrientes, enzimas, conservantes, acidulantes, entre outras, em cápsulas comestíveis (Karel & Langer, 1998).

O material a ser encapsulado, é chamado de recheio ou núcleo, e o material que forma a cápsula, encapsulante, cobertura ou parede (Gi-bbs et.al., 1999).

As cápsulas podem ser classificadas por tamanho em 3 categorias, de acordo com Baker (1986): macro- (>5000), micro- (0,2-5000 m) e nanocápsulas (<0,2 m). Em termos de arquitetura, as cápsulas podem ser divididas em dois grupos: aquelas nas quais o núcleo é nitidamente concen-trado na região central, circundado por um filme definido e contínuo do material de parede, e aque-las nas quais o núcleo é uniformemente disperso em uma matriz.

O primeiro grupo pode ser classificado como sistema do tipo reservatório, e caracteri-za as “verdadeiras” microcápsulas e o segundo, classificado como sistema matricial, resulta nas chamadas microsferas (King, 1995; Ré, 1998).

A principal diferença entre as microcápsu-las e as microsferas é que, nas microsferas, uma pequena fração do material encapsulado per-manece exposto na superfície, o que é evitado pela verdadeira encapsulação. Porém, o termo ‘encapsulação’ tem sido usado englobando tanto a formação de microcápsulas quanto de micros-feras (Depypere et. al., 2003).

As microcápsulas podem ter ainda mais de um núcleo, ou várias paredes para um mesmo núcleo (Constant & Stringheta, 2002).

Materiais mais utilizados como encapsulan-tes

Um dos principais fatores que influenciam a estabilidade de compostos encapsulados é a

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natureza do material encapsulante (Rosenberg; Kopelman; Talmon, 1990).

A escolha do material a ser utilizado deve levar em consideração uma série de fatores, como: propriedades físicas e químicas do núcleo (porosidade, solubilidade etc.) e da parede (visco-sidade, propriedades mecânicas, transição vítrea, capacidade de formação de filme etc.), compati-bilidade do núcleo com a parede, mecanismo de controle e fatores econômicos (Brazel, 1999).

Os encapsulantes devem atender ainda aos seguintes requisitos: boas propriedades de formação de filme; baixa higroscopicidade; bai-xa viscosidade a altas concentrações de sólidos (menor que 0,5 Pa.s em concentrações superio-res a 45%); sabor e odor suaves; fácil reconstitui-ção; baixo custo. Na prática, muitas vezes, pelo fato de um mesmo composto não englobar todas essas propriedades, usam-se misturas (Shahidi & Han, 1993; Trubiano & Lacourse, 1988).

O material de parede deve ser insolúvel e não reativo com o núcleo (Jackson & Lee, 1991).

Os carboidratos são os materiais mais uti-lizados para encapsulação, por sua capacidade de se ligar a compostos de sabor, além de sua diver-sidade e baixo custo (Dziezak, 1988).

A estabilidade de emulsões é um fator importante a se considerar para encapsulação de compostos de sabor, uma vez que estes são geralmente insolúveis em água. Para atuar como emulsificante, um composto deve con-ter grupamentos hidrofílicos e hidrofóbicos; quanto maior a capacidade emulsificante do encapsulante, melhor a retenção de compostos (Dziezak, 1988 ; Reineccius, 1991).

A goma arábica (ou goma acácia) é consti-tuída por um arranjo altamente ramificado de ga-lactose, arabinose, ramnose e ácido glicurônico, contendo ainda cerca de 2% de um componente protéico ligado covalentemente a esse arranjo molecular, exercendo um papel crucial na de-terminação das propriedades emulsificantes da goma (Anderson; Howlett; McNamee, 1985 ; Randall ; Phillips ; Williams, 1988).

É considerada historicamente como o ma-terial encapsulante por excelência, graças à sua solubilidade, baixa viscosidade, boas proprieda-des emulsificantes, sabor suave e alta estabilidade oxidativa conferida a óleos (Kenyon, 1995; Rei-neccius, 1998; Thevenet, 1995).

Por outro lado, tem alto custo e problemas de disponibilidade, já que é produzida em regi-ões sujeitas a variaçregi-ões climáticas imprevisíveis e conflitos políticos, o que pode comprometer sua oferta. Assim, a busca por substitutos totais ou parciais para a goma arábica tem sido incenti-vada (Mcnamee ; O’riordan ; O’sullivan, 1998). Métodos De Microencapsulação

Existem diversos meios de se encapsu-lar substâncias (Shahidi & Han, 1993; Desai & Park, 2005; Madene et al., 2006):

Físicos: (atomização, extrusão estacioná-ria, bocal submerso, extrusão centrífuga, bocal vibrante, spray drying, disco rotativo, pan co-ating, suspensão por ar, spray chilling e spray cooling, leito fluidizado, co-cristalização e lio-filização);

Químicos: (polimerização interfacial, indu-ção molecular e polimerizaindu-ção in situ);

Físiquímicos (coacervação sim ples, co-acervação complexa, lipossomas, lipoesferas (na-nopartículas) e evaporação do solvente).

Aplicações na indústria de alimentos

Entre os materiais que podem ser encap-sulados, para aplicação na indústria alimentícia, incluem-se ácidos, bases, óleos, vitaminas, sais, gases, aminoácidos,óleos essenciais, corantes, enzimas e microrganismos (Desai & Park, 2005). Abaixo, serão listadas algumas dessas aplicações:

Ácidos: Dziezak (1988) relatou que a en-capsulação de acidulantes como os ácidos ascór-bico, cítrico, fumárico e lático normalmente é realizada para evitar a oxidação e permitir que os mesmos sejam dissolvidos em condições es-pecíficas de temperatura. A microencapsulação

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de ácido ascórbico em goma arábica e grânulos porosos de amido não resultou em uma maior estabilidade da cor característica do produto cárneo curado em relação ao produto elaborado com ácido ascórbico livre, embora o processo de microencapsulação tenha sido considerado bem sucedido (Trindade, 1998; Trindade & Grosso, 2000).

Nori (1996) microencapsulou ácido cítri-co utilizando o processo spray cítri-cooling e gordu-ras de diferentes pontos de fusão como agentes encapsulantes. Embora não tenha sido realizada uma avaliação sensorial com um painel de pro-vadores, as microcápsulas obtidas foram con-sideradas eficientes na substituição da cultura starter, em salame.

Aromatizantes: Os aromatizantes nor-malmente são encapsulados para aumentar sua vida de prateleira, uma vez que a encapsulação pode prevenir a oxidação, a volatilização e a aglomeração destes, além de possibilitar a libe-ração controlada e a conversão de aromatizantes líquidos em sólidos (Dziezak, 1988; Brannon-Peppas, 1993; Bertolini et al., 2001).

Os agentes encapsulantes goma arábica e α-ciclodextrina tornaram as microcápsulas de aroma de pêra estáveis ao tratamento térmico (Tobitsuka et al., 2006). A vanilina encapsulada com β-ciclodextrina por liofilização se tornou mais solúvel em água e mais protegida contra oxidação (Karathanos et al., 2007).

Funcionais: Soottitantawat et al. (2005) encapsularam limoneno por atomização. A maior estabilidade foi obtida utilizando- se amido modificado como agente encapsulante, em comparação com goma arábica e maltodextrina.

Edulcorantes: os edulcorantes são microencapsulados objetivando diminuir a higroscopicidade (Dziezak, 1988), aumentar a fluidez, a resistência a altas temperaturas e prolongar a sensação de doçura (Jackson &

Lee, 1991).

Vitaminas e minerais: normal mente, as vitaminas e os minerais são acres cidos aos alimentos visando fortificá-los, entretanto, podem conferir sabor estranho, reagir com os demais ingredientes ou alterar a cor do produto. Tais inconvenientes podem ser evitados se tais complementos forem in cor porados aos produtos encapsulados. A encapsulação protegeu e aumentou a estabilidade das vitaminas em al-guns extre mos de umidade e de temperatura, além disso, permitiu a liberação controlada no trato intestinal (Janovsky, 1993).

Misturas de substâncias : Wegmuller et al. (2006) desenvolveram microcápsulas pelo método de spray cooling, contendo ferro, iodo e vitamina A para fortificação de sal, utilizando óleo hidrogenado de palma como agente encapsulante. As microcápsulas obtidas eram altamente estáveis, e não foram detectadas diferenças sensoriais.

2.3.7 Oleoresinas: A goma arábica se mostrou o melhor agente encapsulante para as oleoresinas de canela, pimenta preta e cardamomo. Utilizando misturas, a melhor proteção foi obtida com aquela de proporção 4:1:1 (goma arábica:maltodextrina:amido mo di ficado) (Vaidya et al., 2006; Shaikh et al., 2006; Krishnan et al., 2005). A goma arábica também foi o agente encapsulante mais eficiente para proteger a oleoresina de páprica (Santos et al., 2005).

Enzimas: A lactase foi micro encapsulada em acetato ftalato celulose visando a sua utilização em alimentos des tinados às pessoas portadoras de intolerância à lactose (Greenberg & Mahoney, 1981) e invertase em acetil celulose visando a sua liberação controlada no intestino (Garcia et al., 1989). A microencapsulação de enzimas, em lipossomas, visou à proteção contra o meio ácido e a presença de pepsina (Hsieh et al., 2002).

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Lipídios: especialmente aqueles que contêm alto teor de ácidos graxos insa turados, têm sido microencapsulados visando diminuir a susceptibilidade à oxidação. A encapsulação de lipídios em amidos de batata, tapioca e milho foi bem sucedida, não havendo interação entre o encapsulado e o material de parede (Kapusniak & Tomasik, 2006).

Microrganismos: Os microrga nismos têm sido microencapsulados ou imo bilizados para possibilitar a reutilização dos mesmos na produção de ácido lático e produtos lácteos fermentados (Tipayang & Kozaki, 1982; Hyndman et al., 1993; Groboillot et al., 1993), para aumentar a concentração de células em reatores, aumentando a produtividade (Yoo et al., 1996), para protegê-los contra a presença de oxigênio (Kim & Olson, 1989), contra as baixas temperaturas de congelamento (Sheu & Marshall, 1993; Sheu et al., 1993), contra o efeito bactericida do suco gástrico e outros meios ácidos (Rao et al., 1989; Modler & Villa-Garcia, 1993; Dinakar & Mistry, 1994; Khalil & Mansour, 1998; Cui et al., 2000; Favaro-Trindade & Grosso, 2000; Sultana et al., 2000; Favaro-Trindade & Grosso, 2002; Hansen et al., 2002; Desmond et al., 2002; Picot & Lacroix, 2004; Iyer & Kailasapathy, 2005; Muthukumarasamy et al., 2006; Chen et al., 2006; Oliveira et al., 2007a; Oliveira et al., 2007b), para retirá-los do produto, interrompendo a acidificação (Champagne & Côte, 1987), para aumentar a estabilidade e manter a viabilidade da cultura durante a estocagem do produto (Kim et al., 1988; Champagne et al., 1994; Hansen et al., 2002; Kailasapathy, 2006; Capela et al., 2006; Muthukumarasamy & Holley, 2006) e para aumentar a vida útil de Pseudomonas

Fluorescen putida (Amiet-Charpentier et al., 1998).

Alguns polissacarídeos de origem marinha (ex: alginato, quitosana, carragena) têm uma aplicação interessante para processos de

encapsulação. Esses compostos podem criar um ambiente mais adequado em regiões específicas do alimento - por exemplo, um ambiente mais ácido na superfície do produto, favorecendo o efeito de ácidos orgânicos utili zados como conservantes (Karel & Langer, 1988). Torres & Karel (1985) obtiveram uma concentração de ácido sórbico na superfície de produtos de umidade intermediária. O baixo

pH da superfície, necessário à efetividade do conservante, foi mantido pela carragena.

Aplicações de microencapsulados em embalagens de alimentos

As tecnologias de encapsulamento e fixação demandam biopolímeros, não porque sejam biodegradáveis, mas por possuírem propriedades adequadas para a aplicação. Há pesquisas com biopolímeros produzidos por organismos geneticamente modificados, nanocompósitos e nanofibras naturais. As estratégias para o desenvolvimento de algumas embalagens,incluem fixar os componentes bioativos em uma matriz biodegradável que libera os componentes pela influência da umidade do alimento quando a embalagem é aberta ou ainda encapsular os componentes para atravessarem intactos o estômago e serem liberados adequadamente no intestino, sendo particularmente importantes quando se deseja adicionar probióticos e prebióticos à formulação. Pacotes enzimáticos integrados à camada plástica em contato com o alimento estão sendo desenvolvidos, com o objetivo de degradar o açúcar indesejado para pessoas intolerantes à lactose (Wood, 2005).

No campo dos biopolímeros, há os poliactídeos à base de amido de milho que se decompõem em dióxido de carbono, água e material orgânico nas condições de compostagem, e polímeros biodegradáveis à base de amido de batata. A novidade mais revolucionária são bandejas de polímero biodegradável totalmente

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solúveis em água, utilizada com alimentos secos, blisters e componentes eletrônicos (Saran-topoulos, 2005).

CONSIDERAÇÕES FINAIS

O método de microencapsulação de alimentos e outras substâncias possui ampla aplicabilidade, caracterizando-se como um método eficaz e de extrema importância na preservação de vários componentes nutri-cionais, microrganismos, enzimas, corantes, etc, protegendo o alimento e outros produtos (têxteis, agropecuários, cosméticos, tintas, etc) contra os métodos mais agressivos de processamento. Vários materiais podem ser usados como encapsulantes, sendo os mais comuns os carboidratos, devido ao fato de apresentar maior afinidade com vários tipos de materiais a serem encapsulados. Há diversas formas de se encapsular substâncias, como: por meios físicos (atomização, extrusão estacionária, bocal submerso, extrusão cen trífuga, bocal vibrante, spray drying, disco rotativo, pan coating, suspensão por ar, spray chilling e spray cooling, leito fluidizado, co-cristalização e liofilização), químicos (po limerização interfacial, indução molecular e polimerização in situ) e físico-químicos (coacervação simples, coacervação comple xa, lipossomas, lipoesferas (nanopartículas) e evaporação do solvente), sendo que os mais utilizados são: atomização, extrusão, liofilização, leito fluidizado, inclusão de lipossomas e coacervação. Apesar da ampla aplicabilidade, a encapsulação tem encontrado, até o momento, pouco espaço na indústria de alimentos, em razão do custo. Enquanto os setores farmacêutico e de cosméticos geralmente suportam a utilização de técnicas de alto custo, a indústria de alimentos trabalha com margens de lucro mais baixas, sendo necessária a redução dos custos de produção. Além disso, as indústrias apresentam muitas vezes forte resistência à adoção de novas tecnologias, em razão do custo de implantação, da necessidade de capacitação

de pessoal e da manutenção do processo como um todo. Porém, deve-se considerar que muitos compostos de grande impacto mercadológico na indústria de alimentos, como os aromas e corantes naturais, são altamente degradáveis, perdendo suas propriedades de interesse, causando prejuízos à indústria. Comparativamente às indústrias farmacêutica, agroquímica e cosmética, o desenvolvimento de produtos contendo ingredientes ativos é geralmente mais desafiador na indústria alimentícia, uma vez que nesta, as qualidades sensoriais não devem ser comprometidas pela adição de ingredientes encapsulados, e as matrizes alimentícias são normalmente muito mais complexas que os meios usados na indústria farmacêutica e na cosmética para introdução dos bioativos encapsulados no corpo (intravenosa, cutânea, muscular, ocular, pulmonar, por exemplo).Como serão sempre ingeridos via oral, os ingredientes encapsulados deverão resistir às condições de baixo pH do trato gastrointestinal.

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