ESTABILIDADE DE MICROPARTÍCULAS LIPÍDICAS
SÓLIDAS ENCAPSULANDO CURCUMINA E
INCORPORAÇÃO EM GÉIS BIOPOLIMÉRICOS MISTOS
I.M. Geremias-Andrade
1, S.C. Pinho
21-Departamento de Engenharia de Alimentos – Universidade de São Paulo, CEP: 13635-900 – Pirassununga – SP – Brasil, Telefone: +55 (19) 3565-4200 – e-mail: ivana.geremias@usp.br
2- idem ao 1.
RESUMO – Dispersões de micropartículas lipídicas sólidas (MLS) com concentrações mássicas de 2 % (MLS-2%) ou 4 % (MLS-4%) de tensoativos, encapsulando curcumina, foram produzidas por ultra-agitação. As MLS foram avaliadas quanto à sua estabilidade durante 60 dias. Proporções mássicas de 0, 25, 50 e 88 % de ML-2% ou MLS-4% foram incorporadas ao gel de isolado protéico de soro de leite e goma xantana, produzido por aquecimento (90 °C/ 30 min.). As duas formulações de MLS apresentaram boa estabilidade ao longo do tempo quanto aos parâmetros investigados. A concentração de tensoativo teve pouca influência na estabilidade das micropartículas. Os géis obtidos foram tipo particulado, homogêneos e firmes. A presença de MLS pode tornar os sistemas obtidos candidatos interessantes no desenvolvimento de novos alimentos funcionais, com reduzido teor de gorduras e com boas propriedades de textura.
ABSTRACT – Solid lipid microparticles (SLM) dispersions with weight concentrations of 2 % (SLM-2%) or 4 % (SLM-4%) of surfactants encapsulating curcumin were produced by ultra homogenization. The SLM dispersions were evaluated for their stability for 60 days. Weight proportions of 0, 25, 50 and 88 % of SLM-2 % or SLM-4 % were incorporated in whey protein isolate and xanthan gum gels produced by heat-set (90 °C/ 30 min.). The two formulations presented good stability overtime for the parameters studied. The surfactant concentration had no high influence on the stability results. The gels obtained were particulate, homogeneous and firms. The presence of SLM can become the gels obtained good candidates for new functional foods development, reduced of fat contend and with interesting textural properties.
PALAVRAS-CHAVE: microencapsulação; bioativo; gel misto carregado.
KEYWORDS: microencapsulation; bioactive; mixed filled gel.
1. INTRODUÇÃO
A curcumina, um composto polifenólico, é um corante natural de alimentos e apresenta diversas atividades biológicas interessantes para a promoção de saúde (Anand et al. 2007). No entanto, o referido curcuminoide apresenta grandes limitações de incorporação como ingrediente funcional por ser altamente hidrofóbico, instável e apresentar baixa biodisponibilidade (Anand et al. 2007). A microencapsulação da curcumina pode ser uma alternativa para ajudar a superar estes inconvenientes por reforçar a estabilidade e melhorar a solubilidade deste biotivo (Borrin et al., 2016).
Os géis carregados com emulsão (emulsion-filled gels) são matrizes de géis poliméricos (proteínas e/ou polissacarídeos), nos quais gotículas de emulsão são incorporadas (Dickinson, 2012). Os géis carregados com emulsão podem ser aplicados na produção de alimentos com teor reduzido de gorduras e com boas propriedades estruturais, bem como serem agentes carregadores de compostos bioativos lipossolúveis.
As emulsões convencionais são compostas por óleos líquidos no núcleo das gotas. No entanto, as gorduras sólidas permitem que os géis carregados com emulsão apresentem propriedades reológicas e de texturas mais vantajosas do que quando óleos são utilizados (Oliver et al., 2016). Dentre os sistemas que fazem uso de gorduras sólidas, destacam-se as micropartículas lipícas sólidas (MLS), que são emulsões óleo em água em que o núcleo da partícula consiste de um lipídio sólido à temperatura ambiente e são estruturas capazes de encapsular bioativos lipossolúveis, hidrofóbicos e instáveis (Mehnert e Mäder, 2001).
Dentro deste contexto, o objetivo do presente trabalho foi a produção de micropartículas lipídicas sólidas encapsulando curcumina com duas diferentes concentrações de tensoativos (2 e 4 %) e a posterior incorporação destas micropartículas em géis biopoliméricos mistos de isolado protéico de soro de leite (IPSL) e goma xantana.
2. MATERIAL E MÉTODOS
As micropartículas lipídicas sólidas foram produzidas com triestearina (Sigma-Aldrich, Saint Louis, MO, EUA); óleo de coco de babaçu (Orbygnia speciosae) (Jacy Fragrâncias, Santa Bárbara d´Oeste, SP, Brazil); polissorbato 60 (Tween 60, Sigma-Aldrich) e monooleato de sorbitan (Span 80, Sigma-Aldrich). Água deionizada ultrapura Direct Q3 (Millipore, Billerica, MA, EUA) foi utilizada para o preparo de todas as dispersões, soluções e reagentes utilizados neste trabalho. Os géis biopoliméricos mistos foram produzidos a partir de isolado protéico de soro de leite (IPSL) comercial (91,0 % proteína m/m), da Carbery (Cork, Irlanda) doado pela Synergy Aromas (Vinhedo, SP, Brazil) e goma xantana (Grindsted Xanthan 80, DuPont, Cotia, SP, Brasil).
2.1 Produção das Micropartículas Lipídicas Sólidas (MLS)
Para a produção das MLS, a combinação de um tensoativo hidrofílico (Tween 60) e outro hidrofóbico (Span 80) foi utilizada. Uma formulação foi composta por 2 % (m/m) de tensoativos (MLS-2%) a outra por 4 % (m/m) de tensoativos (MLS-4%), ambos na proporção 2,3 Span 80: 1 Tween 60. Para ambas as formulações, a composição mássica da fase oleosa foi de 2,8 % de óleo de babaçu, 1,2 % de triestearina e Span 80. A fase aquosa foi composta de água deionizada e Tween 60. As fases aquosa e oleosa forma aquecidas em banho térmico a 79 °C. 0,03 % (m/m) de curcumina foram solubilizadas na fase oleosa e então, ambas as fases foram misturadas e ultra-agitadas (Ultraturrax T25,IKAStaufen, Alemanha) a 18.000 rpm e 5 min., a 80 °C. Após a agitação, as amostras foram submetidas à agitação magnética em banho de gelo até alcançar 20 °C. Nesta etapa, goma xantana (0,05 % m/m) e benzoato de sódio (0,02 %) foram adicionados em cada formulação, para aumentar a viscosidade do meio e evitar o crescimento microbiológico, respectivamente.
2.2 Estudo Da Estabilidade Das Micropartículas Lipídicas Sólidas
As MLS-2 % e MLS–4% foram produzidas em triplicata e avaliadas por um período de 60 dias, de acordo com os testes a seguir:
Determinação do diâmetro médio e da distribuição de diâmetro de partícula: as micropartículas foram diluídas em água deionizada e as medidas foram determinadas por espectroscopia de correlação de fótons em equipamento ZetaPlus (Brookhaven Instruments Company, Holtsville, NY, EUA).
Determinação do potencial zeta: as micropartículas foram diluídas em solução 1mM de KCl e a mobilidade eletroforética foi determina da em equipamento ZetaPlus e calculada pelo equipamento utilizando a equação de Helmholtz–Smoluchowski.
Quantificação de curcumina encapsulada: as amostras foram diluídas em água deionizada (proporção 1:10 v/v) e novamente diluídas em DMSO (dimetilsulfóxido), na proporção 1:10 v/v). A leitura da absorbância foi feita em espectrofotômetro a 430 nm.
Oxidação lipídica: a concentração de malonaldeído (MDA) foi medida como a substância reativa ao ácido tiobarbitúrico (TBARS) como os produtos da reação da oxidação lipídica, utilizando-se a metodologia proposta por Lee et al. (2011).
Determinação dos parâmetros colorimétricos: as análises de colorimetria instrumental foram realizadas em colorímetro (Miniscan XE Plus, Hunterlab, Reston, VA, EUA). Os parâmetros de leitura foram: iluminante D65 e ângulo de visão com abertura de 10º e o sistema CIELab. Os parâmetros L*a*b* foram obtidos e calculados os valores de croma (C*ab), ângulo de Hue (hab) e diferença total de
cor (TCD).
Avaliação estatística: os resultados experimentais foram tratados estatisticamente pela Análise de Variância (ANOVA) e teste de Tukey ao nível de 95% de significância, por meio do software
Assistat 7.7.
2.3 Incorporação Das MLS Aos Géis Biopoliméricos Mistos
As proporções de 0; 25; 50 e 88 % m/m de MLS (MLS-2% ou MLS-4%) foram incorporadas ao gel misto a fim de se avaliar o impacto partículas na estrutura destes sistemas. 12 % (m/m) de IPSL foi hidratado por água deionizada e MLS (amostras com 25 e 50 % MLS) ou apenas MLS (amostra com 88 % MLS). Goma xantana em pó (0,2 % m/m) foi acrescentada sob agitação magnética e as dispersões proteicas permaneceram sob agitação por 2 horas, sendo em seguida mantidas sob refrigeração por 24 horas. Para o processo de gelificação, os pHs das amostras foram ajustados a 6,5, colocadas em tubos de plásticos selados (20 mm x 100 mm) e por fim, imersas em banho térmico a 90 °C por 30 minutos. Após resfriados, os géis foram mantidos sob refrigeração por 24 horas, retirados dos tubos e submetidos a avaliações visuais.
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
A Tabela 1 apresenta os resultados referentes aos 60 dias de avaliação da estabilidade das MLS-2% e MLS-4%. Para o tamanho hidrodinâmico médio de partícula, a MLS–2% foi a menos estável ao longo de 60 dias. Porém, a comparação entre a MLS-2% e a MLS-4% para um mesmo dia de avaliação aponta diferença estatística significativa (p<0,05) apenas no dia 60.
Para o potencial zeta, a MLS–4% mostrou-se menos estável para este parâmetro. A comparação entre as duas formulações de MLS testadas para um mesmo dia de avaliação, praticamente não apresentou diferença significativa (p <0,05). A magnitude do potencial zeta pode indicar a estabilidade do sistema coloidal, pois se o sistema de partículas em suspensão possui, em módulo, alto valor de potencial zeta (cerca de ± 30 mV), as partículas irão se repelir e não haverá tendência para floculação ou coalescência (McClements, 2005).
Tabela 1- Resultados das avaliações de estabilidade das micropartículas lipídicas sólidas. Dia Diâmetro hidrodinâmico médio (nm) Potencial zeta (mV) Quantificação de curcumina (µg/mL) hab (graus) C*ab TCD MLS-2% 0 461,7cA±29,4 -34,2aA± 2,0 2,41aA± 0,43 58,8aA±0,7 103,3bA±0,8 30 580,1bA±29,4 -30,6aA± 1,5 2,09aA± 0,04 54,5bA±0,9 104,2aA±0,2 5,1±0,9 60 688,3aA±17,0 -32,9aA± 1,7 2,09aA± 0,16 52,3cA±0,7 104,4aA±0,6 7,3±0,7 MLS-4% 0 399,6aA±49,7 -31,6abA± 2,7 2,14aA± 0,20 57,5aA±0,6 102,4aA±0,3 30 524,9aA±94,5 -26,7bB± 2,9 2,43aA± 0,21 57,4aB±0,8 104,0aA±0,3 1,1±0,3 60 418,3aB±9,5 -32,4aA± 1,2 2,23aA± 0,32 56,3aB±0,8 104,2aA±0,3 1,4±0,5 Médias de resultados seguidas por letras minúsculas distintas na mesma coluna apresentam diferença estatística significativa (p<0,05) para a mesma partícula em dias diferentes de avaliação. Médias de resultados seguidas por letras maiúsculas distintas na mesma coluna apresentam diferença estatística significativa (p<0,05) para diferentes partículas e um mesmo dia de avaliação. Fonte própria.
A quantificação de curcumina encapsulada apresentou-se muito estável ao longo do tempo, tanto MLS-2% quanto a MLS-4%, portanto, a concentração de tensoativo na MLS não influenciou a capacidade de encapsulação do biotivo pelo sistema. A solubilidade do composto bioativo no lipídio fundido (mesma quantidade para ambas as formulações) pode ter sido a questão determinante para este resultado (Müller et al. 2000)
Para os parâmetros colorimétricos C*ab, hab e TCD, eles apresentaram-se pouco variáveis ao
longo do tempo e pouco variáveis para as duas formulações comparadas num mesmo dia de avaliação. O comportamento estável dos parâmetros colorimétricos quando associados à estabilidade da quantificação de curcumina, para ambas as formulações de micropartículas estudadas, comprova pequena degradação sofrida pelo bioativo ao longo de 60 dias.
Os perfis de distribuição de tamanho de partícula da MLS-2% e MLS-4% e os resultados da avaliação da oxidação lipídica são apresentados na Figura 1.
Nas curvas de distribuição de tamanho mostradas na Figura 1(a) pode-se observar que tanto para a MLS–2% quanto para a MLS–4% foram obtidas distribuições bimodais significando a presença de duas populações distintas de partículas. A variação dos picos deve-se provavelmente à heterogeneidade dos diâmetros encontrados nas duas formulações de MLS (Pereira, 2015). Segundo Mehnert e Mäder (2001) a heterogeneidade de diâmetros é uma característica intrínseca do método de produção utilizado e das partículas lipídicas sólidas.
Para a análise de oxidação lipídica na Figura 1(b), expressas em relação à concentração de malonaldeído (MDA), nota-se uma diminuição da concentração molar de MDA para ambas as dispersões de partículas com o tempo de avaliação. A concentração de tensoativo não interferiu na estabilidade deste parâmetro. Os baixos resultados de oxidação lipídica podem estar associados à redução da difusão de oxigênio devido ao aumento da viscosidade das dispersões de MLS promovido pela presença da goma xantana (Paraskevopoulou et al., 2007) e pela ação antioxidante da curcumina (Kunchandy e Rao, 1990).
Por fim, após a verificação da boa estabilidade das dispersões de micropartículas durante 60 dias, procedeu-se a incorporação das mesmas nos géis biopoliméricos mistos.
A Figura 2 apresenta o aspecto visual dos géis com diferentes percentuais de incorporação de MLS. Os géis mistos obtidos foram tipo particulado, isto é, formados pelo processo de agregação das moléculas proteicas ao acaso e com aparência opaca (Bryant e McClements, 1998). A incorporação das diferentes proporções mássicas de MLS-2% e MLS-4% possibilitou a produção de géis de estrutura firme, sem a presença de exsudado e visualmente sem separação de fases. A coloração
amarela das MLS (em função da curcumina encapsulada) nos géis com 25, 50 e 88 % MLS também se tornou mais forte com o aumento da incorporação de dispersão de micropartículas.
Figura 1 – (a) Perfil de distribuição de tamanho hidrodinâmico médio de partícula; (b) Resultados das análises de oxidação lipídica (MDA – malonaldeído).
Médias com letras minúsculas distintas diferem estatisticamente entre si a (p < 0,05) para uma mesma amostra ao longo do tempo. Médias com letras maiúsculas distintas diferem estatisticamente entre si a
(p < 0,05) para amostras diferentes num mesmo dia de avaliação. Fonte própria.
Figura 2 – Aspecto visual dos géis biopoliméricos mistos incorporados com diferentes proporções mássicas de dispersão de micropartículas lipídicas sólidas com 2 % ou 4 % (m/m) de tensoativos.
Sem MLS-2% 25 %; MLS-2% 50 %; MLS-2% 88 %; MLS-2%
Sem MLS-4% 25 %; MLS-4% 50 %; MLS-4% 88 %; MLS-4%
Fonte própria.
A estrutura homogênea e auto-sustentável dos géis obtidos neste estudo, bem como a ausência de exsudado, permite que futuras avaliações destes sistemas possam realizads, tais como a influência da presença das MLS na capacidade de retenção de água e na reologia. Além disso, a fim de se avaliar a eficiência da proteção proporcionada pela matriz biopolimérica na curcumina encapsulada, testes de biodisponibilidade do bioativo serão alvo de testes futuros.
4. CONCLUSÃO
As micropartículas lipídicas sólidas são alternativas promissoras como carregadoras de compostos bioativos hidrofóbicos tais como a curcumina. Sendo assim, pode-se concluir que as MLS-2% e MLS-4% apresentaram boa estabilidade ao longo de 60 dias de avaliação para os parâmetros avaliados. A concentração de tensoativo na partícula não apresentou grande influência na estabilidade das partículas. A incorporação de diferentes proporções de MLS-2% e MLS-4% em géis biopoliméricos mistos possibilitou a obtenção de géis tipo particulados e visualmente firmes, homogêneos e sem a presença de exsudado.
5. AGRADECIMENTO
Os autores agradecem à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) pela bolsa de doutorado concedida.
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Anand, P., Kunnumakkara, A.B., Newman, R.A, & Aggarwall, B.B. 2007. Bioavailability of curcumin: problems and promises. Molecular Pharmaceutics, 4 (6), 807-818.
Borrin, T. R.; Georges, E. L.., Moraes, I. C. F, & Pinho, S. C. (2016). Curcumin-loaded nanoemulsions produced by the emulsion inversion point (EIP) method: An evaluation of process parameters and physicochemical stability. Journal of Food Engineering, 169, 1-9.
Bryant, C., & McClements, D.J. 1998. Molecular basis of protein functionality with special consideration of cold-set gels derived from heat-denatured whey. Trends in Food Science and
Technology, 9 (4), 143–151.
Dickinson, E. (2012) Emulsion gels: The structuring of soft solids with protein-stabilized oil droplets.
Food Hydrocolloids, 28 (1), 224-241.
Kunchandy, E., Rao, M.N.A. 1990. Oxygen radical scavenging activity of curcumin. International
Journal of Pharmacology, 58 (3), 237-40.
Lee, S. J. L., Choi, S. J., Li, Y.; Decker, E.A., & McClements, D.J. 2011. Protein-stabilized nanoemulsions and emulsions: comparison of physicochemical stability, lipid oxidation, and lipase digestibility. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 59, 415–427.
McClements, D. J. 2005. Food emulsion: principles, practice, and techniques. Boca Raton: CRC Press Mehnert, W., & Mäder, K. 2001. Solid lipid nanoparticles: production, characterization and applications. Advanced Drug Delivery Reviews, 47 (2-3), 165-196.
Müller, R.H.; Mäder, K., & Gohla, S. 2000. Solid lipid nanoparticles (SLN) for controlled drug delivery: a review of the state of the art. European Journal of Pharmaceutical Sciences, 50, 161-177. Oliver, L., Wieck, L., & Scholten, E. 2016. Influence of matrix inhomogeneity on the rheological properties of emulsion-filled gels. Food Hydrocolloids, 52, 116-125.
Paraskevopoulou, D., Boskou, D., & Paraskevopoulou, A. 2007. Oxidative stability of olive oil e lemon juice salad dressings stabilized with polysaccharides. Food Chemistry, 101 (3), 1197-1204. Pereira, C.P. 2015. Digestibilidade in vitro de micropartículas lipídicas sólidas contendo óleo de
babaçu e determinação de bioacessibilidade de quercetina encapsulada, (Dissertação de Mestrado).
