DESENVOLVIMENTO E CARACTERIZAÇÃO DE
MICROPARTÍCULAS OBTIDAS POR COACERVAÇÃO
COMPLEXA PARA FORTICAÇÃO DE ALIMENTOS COM
FERRO
K.T. Guedes
1, B.D. Alves
2, I.R. Sousa
3, M.C.S. Perreira
4, R. Stefani
5, K. S. Chaves
61 - Laboratório de Estudo dos Materiais – Universidade Federal do Mato Grosso, ICET – CEP: 78600-000 – Barra do Garças – MT – Brasil, Telefone: (66) 81101045 – e-mail: (keyletg77@gmail.com)
2 - Laboratório de Estudo dos Materiais – Universidade Federal do Mato Grosso, ICET – CEP: 78600-000 – Barra do Garças – MT – Brasil, Telefone: (17) 996702025 – e-mail: (biancadiasalves69@gmail.com)
3 - Laboratório de Estudo dos Materiais – Universidade Federal do Mato Grosso, ICET – CEP: 78600-000 – Barra do Garças – MT – Brasil, Telefone: (66) 96193460 – e-mail: (isadorairs2@gmail.com)
4 - Laboratório de Estudo dos Materiais – Universidade Federal do Mato Grosso, ICET – CEP: 78600-000 – Barra do Garças – MT – Brasil, Telefone: (66) 99214149 – e-mail: (mayra.ufmt@gmail.com)
5 - Laboratório de Estudo dos Materiais – Universidade Federal do Mato Grosso, ICET – CEP: 78600-000 – Barra do Garças – MT – Brasil, Telefone: (66) 92331714 – e-mail: (rstefani.ufmt@gmail.com)
6-Universidade Federal de Campina Grande, UFCG, Campus Pombal – CEP: 58840-000 – Pombal – PB – Brasil, Telefone: (83) 99930-0359 – e-mail: (karina.chaves@ufcg.edu.br)
RESUMO – O ferro é um micronutriente essencial ao organismo humano e sua deficiência na população tanto nos países desenvolvidos como nos países em desenvolvimento gera uma grande preocupação. Uma alternativa eficaz para prevenir e combater a deficiência deste mineral é enriquecimento de alimentos. No entanto, o ferro possui alta reatividade de suas formas biodisponíveis e causa alterações organolépticas nos alimentos. Para contornar essas modificações a microencapsulação apresenta-se como uma alternativa. O objetivo do estudo foi caracterizar micropartículas de ferro obtidas por coacervação complexa utilizando pectina e leite desnatado como material de parede por microscopia ótica e análise termogravimétrica (Tg/DSC). As micropartículas apresentaram tamanho e formato irregulares e estabilidade térmica inferior a 80 °C. O desenvolvimento de micropartículas de ferro utilizando materiais simples e de baixo custo mostrou-se viável para fortificação de alimentos produzidos por processos térmicos brandos.
ABSTRACT – Iron is an essential micronutrient for the human body and its deficiency in the population in both developed and developing countries is of great concern. Food fortification is considered an effective alternative to prevent and combat the deficiency of this mineral. However, iron has high reactivity that reduce your bioavailability and can induce sensory changes in food. Thus, microencapsulation is a promising method to prevent these changes. The aim of the study was to assess characterize iron microparticles obtained by complex coacervation using pectin and skim milk as wall material by optical microscopy and thermal analysis (Tg / DSC). Microparticles had irregular size and shape and thermal stability lower than 80 °C. The development of iron microparticles when using simple and low-cost materials showed to be feasible for fortification of foods produced by mild thermal processes.
PALAVRAS-CHAVE: deficiência de ferro; microencapsulação; alimentos. KEYWORDS: iron deficiency; microencapsulation; foods.
1. INTRODUÇÃO
A microencapsulação tem sido vista como uma tecnologia promissora na ciência de alimentos por aplicar métodos que superam limitações relacionadas a instabilidade de diferentes compostos incorporados nos alimentos, reduzindo a sua interação com o produto e aumentando a biodisponibilidade dos compostos após a ingestão (Nesterenko et al., 2014; Wang et al., 2011).
A escolha do material encapsulante e técnica de encapsulação são importantes fatores a serem determinados para garantir o efeito protetivo do composto durante o processamento, estocagem e ingestão do alimento. O material encapsulante deve ser capaz de formar um recobrimento coeso com o composto a ser encapsulado, assim como ser compatível, mas imiscível com agente encapsulante, estável e de grau alimentício para aplicação em alimentos (Anal e Singh, 2007; Joye et al., 2014). Dentre as técnicas de encapsulação, podem ser aplicados diferentes métodos, tais como, spray drying, spray cooling, spray chilling, extrusão, freezing drying, co-cristalização, coacervação simples ou complexa, lipossomos dentre outras (Gouin, 2004; Joye e McClements, 2014).
A coacervação complexa é uma tecnologia amplamente utilizada para encapsular diferentes tipos de compostos, apresenta baixo custo de processo, relativamente simples e muito eficiente (Peng et al., 2014). Esta tecnologia pode ser definida como uma separação de fases líquidas que ocorre entre diferentes soluções e apresentam cargas eletrostáticas diferentes, as quais dinamicamente se atraem e permanecem altamente solvatadas, em torno de suas porções de ligação (Mckenna, 2007).
A pectina é um heteropolissacarídeo, macromolécula natural, formada por ligações glicosídicas e largamente utilizado pela indústria de alimentos como geleificante e estabilizante (Canteri et al., 2012). Este polímero apresenta capacidade de formar complexos, onde o balanço de cargas da pectina sofre variações em função da mudança de pH do meio, apresentando carga positiva em meio alcalino e carga negativa em meio ácido. Além da sua capacidade de formar complexos, a pectina tem demonstrado capacidade de resistir a degradação do trato gastrointestinal superior sendo hidrolisado apenas no colón, isso faz da pectina um ótimo revestimento matricial (Munjeri et al., 1997). Já as proteínas do leite, assim como a pectina apresenta boas características tecnológicas e são excelentes agentes encapsulantes devido a sua capacidade de vincular-se a diferentes agentes bioativos ou a sua competência em unir compostos através da formação de supra estrutura moleculares, emulsões ou hidrogéis (Tavares et al., 2014).
O ferro é um mineral vital ao organismo humano, pois participa do transporte de oxigênio e da síntese de células vermelhas do sangue. Este composto é quimicamente muito reativo passando para sua forma ferro3+, a qual não é biodisponível para o organismo humano. A deficiência de ferro é comum
no mundo inteiro, aproximadamente 2 bilhões de pessoas sofrem com anemia e 5 bilhões são deficientes de ferro, portanto ver-se a necessidade de ingerir ferro pela população (Araújo, 2011; Black, 2003). Assim, a microencapsulação mostra-se uma excelente alternativa para contornar esse problema, visto que o complexo formado irá envolver o ferro impossibilitando a ocorrência de reações que o tornam indisponíveis ao organismo humano. Portanto, o presente estudo tem como objetivo desenvolver e avaliar as características óticas e térmicas de micropartículas de ferro obtidas por coacervação complexa utilizando pectina e leite desnatado como materiais de parede.
2. MATERIAIS E MÉTODOS
As micropartículas foram preparadas dispersando pectina (0,2 % p/v) e de leite em pó desnatado (0,2 % p/v) separadamente em água deionizada e mantida sob agitação por 12 horas. Em seguida, o pH das soluções foi ajustado para 4,8 com HCl 0,1 M. O sal de ferro (sulfato de ferroso hepta hidratado) e o ácido ascórbico (antioxidante), materiais encapsulantes, foram dissolvidos na proporção 15:1, conforme descrito por Gupta et al. (2014) e adicionados na solução de leite desnatado (0,2% p/v) e mantido sob agitação por 30 minutos. As dispersões de pectina e leite desnatado incorporado com ferro foram misturadas na proporção 1:10, agitadas e mantidas em repouso por quatro horas para obtenção dos coacervados.
2.2 Caracterização ótica das micropartículas
A microscopia ótica foi utilizada para avaliar a morfologia das micropartículas. Uma amostra do coacervado foi dispersa sobre uma lâmina de vidro e visualizado na magnitude de 40 x e 100 x em microscópio ótico (Nikon, Eclipse E200).
2.3 Análise térmica Tg – DSC
A análise termogravimétrica (Tg-DSC) das micropartículas foi realizada no equipamento TG/DSC-1 da Mettler Toledo, usando cadinho de α-Al2O3 (70 μL), com massa de amostra de
aproximadamente 5 mg, razão de aquecimento de 20 ºC min-1, atmosfera de ar seco com vazão de 60
mL.min-1 e intervalo de temperatura de 30-1000 ºC.
3. RESULTADOS E DISCUSÃO
As fotomicrografias das micropartículas obtidas por coacervação complexa mostram que estas apresentaram diferentes tamanho, formato e superfície irregulares (Figura 1).
Com relação a análise termogravimétrica das micropartículas, foi observado uma estabilidade até 80 °C com decomposição térmica ocorrendo em quatro etapas consecutivas e sobrepostas, com perda de massa total de 96,3% (Figura 2). A primeira etapa de decomposição térmica observada na curva Tg, ocorreu entre 50-100 ºC, referente à perda de água de intrínseca das micropartículas, evidenciada pelos picos endotérmicos na curva DSC a 80 °C. A segunda, terceira e quarta etapas de perdas de massa ocorreram na faixa entre 200-640 ºC, atribuídas à decomposição e oxidação dos compostos orgânicos presentes na micropartícula. Na curva DSC foi possível observar três eventos exotérmicos à 300, 420 e 620 °C, correspondentes a segunda, terceira e quarta perdas de massa, respectivamente. Neste estudo o valor inicial de Tg obtido para as micropartículas coacervadas foi inferior ao encontrado por Araújo (2011), que obteve uma temperatura de transição vítrea de 127,24 °C, utilizando proteína de soja, goma guar e carboximetilcelulose como materiais de parede na produção dos coacervados. A Temperatura de transição vítrea (Tg) de um material de parede corresponde a um fator importante na caracterização das micropartículas, visto que está relacionada ao estado físico do material. Com base nos valores de Tg pode-se obter uma previsão de estabilidade da micropartícula e liberação do material microencapsulado quando aplicado em alimentos que passam por processamento térmico, uma vez que abaixo da temperatura de transição vítrea os materiais apresentam maior impermeabilidade (Araújo, 2011). Assim, as micropartículas produzidas com leite e pectina apresenta uma estabilidade inferior a 80 °C, podendo ser aplicada em alimentos onde a temperatura do processamento seja inferior a este valor.
Figura 1 - Fotomicrografia das micropartículas de pectina/leite desnatado obtidas por coacervação complexa (A) 40x e (B) 100x.
Fonte: Próprio autor
Figura 2 – Análise termogravimétrica (Tg-DSC) das microcápsulas.
20 40 60 80 100 120 0 200 400 600 800 1000 -20 -15 -10 -5 0 M assa ( %) Tg F lu x o d e C al o r (mW ) Temperatura (°C) DSC
Fonte: Próprio autor
4. CONCLUSÃO
O desenvolvimento e caracterização de micropartículas de ferro utilizando materiais de baixo custo mostra-se uma alternativa viável para fortificação de alimentos, em especial alimentos produzidos por processos térmicos brandos, podendo ser um veículo deste micronutriente essencial ao organismo humano.
5. AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) pela concessão de bolsa e ao Laboratório de Estudo de Materiais da Universidade Federal do Mato Grosso (LEMat – UFMT)
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Anal, A. K. & Singh, H. (2007) Recent advances in microencapsulation of probiotics for industrial applications and targeted delivery. Trends in Food Science & Technology,18 (5), 240–251.
Araújo, A. L. (2011). Microencapsulação do ferro através da técnica de coacervação complexa. Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre.
Black, M. M. (2003). Animal Source Foods to Improve Micronutrient Nutrition and Human Function in Developing Countries Interventions for Micronutrient Deficiency Control in Developing Countries: Past, Present and Future 1. Journal of Nutrition, 133, 3875–3878.
Canteri, M. H. G.; Moreno, L.; Wosiacki, G.; Scheer, A. P. (2012). Pectina: da matéria-prima ao produto final. Polímeros, 22, (2), 149–157, 2012.
Gouin, S. (2004). Microencapsulation. Trends in Food Science & Technology, 15, (7-8), 330–347. Gupta, C.; Chawla, P.; Arora, S.; Tomar, S.K.; Singh, A.K. (2015). Iron microencapsulation with blend of gum arabic , maltodextrin and modified starch using modified solvent evaporation method - Milk fortification. Food Hydrocolloids, 43, 622-628.
Joye, I. J.; Davidov-Pardo, G. & Julian, D. (2014). Nanotechnology for increased micronutrient bioavailability. Trends in Food Science & Technology,40 (5), 168-182.
Joye, I. J. & Mcclements, D. J. (2014) Biopolymer-based nanoparticles and microparticles: Fabrication, characterization, and application. Current Opinion in Colloid & Interface Science,19 (5), 417-427. Mckenna, B. J. (2007). Polyelectrolytes in the Synthesis of Bio-Inspired Composite Materials (Tese de Doutorado). University of California, Santa Barbara.
Munjeri, O.; Collett, J. . & Fell, J. (1997). Hydrogel beads based on amidated pectins for colon-specific drug delivery: the role of chitosan in modifying drug release. Journal of Controlled Release, 46 (3), 273–278.
Nesterenko, A.; Alric, I.; Silvestre F.; Durrieu V. (2014). Comparative study of encapsulation of vitamins with native and modified soy protein. Food Hydrocolloids, 38, 172–179.
Peng, C.; Zhao, S. Q.; Zhanga, J.; Huanga, G. Y.; Chena, L. Y.; Zhao, F. Y. (2014). Chemical composition, antimicrobial property and microencapsulation of Mustard (Sinapis alba) seed essential oil by complex coacervation. Food Chemistry, 165, 560–568.
Tavares, G. M.; Croguenneca, T.; Carvalho, A. F.; Bouhallaba, S. (2014). Milk proteins as encapsulation devices and delivery vehicles: Applications and trends. Trends in Food Science & Technology, 37(1), 5–20.
Wang, H.; Shi, H.; Cheung, A. C., Xin, J. H. (2011). Microencapsulation of vitamin C by interfacial/emulsion reaction: characterization of release properties of microcapsules. Journal of
