Nanoencapsulação de óleos vegetais por coacervação complexa

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Nanoencapsulação de óleos vegetais

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por coacervação complexa

Jucianne Martins Lobato

UFPE

Thatiana Montenegro Stamford Arnaud

DOCCN

Thayza Christina Montenegro Stamford

UFPE

Walter Botelho Seixas

UFPE

Francisco Douglas Dias Barros

UFPI

Dayane Dayse de Melo Costa

UFPI

Janaína de Carvalho Alves

UFBA

Tânia Lúcia Montenegro Stamford

UFPE

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Palavras-chave: Óleos Vegetais, Nanotecnologia, Alimento Funcional, Complexação

Polieletrolítica.

RESUMO

Introdução: Os óleos vegetais são ingredientes alimentícios sensíveis a condições

adver-sas, como estresse de oxidação e altas temperaturas e devido a isto tem se buscado por métodos para preservar as características do óleo. A nanoencapsulação é uma técnica promissora na preservação da qualidade dos óleos vegetais, pois aumenta a estabilida-de e biodisponibilidaestabilida-de estabilida-de compostos nanoencapsulados como também, poestabilida-de superar a limitação da aplicação de óleo puro em alimentos. Portanto, o presente estudo teve como objetivo abordar sobre a nanoencapsulação de óleos vegetais por coacervação complexa. Desenvolvimento: A nanoencapsulação de óleos vegetais por coacervação complexa impede a degradação térmica de ácidos graxos poliinsaturados e aumenta a estabilidade durante o processamento térmico, como pasteurização e armazenamento de alimentos, podendo ser incorporado em alimentos que apresentam um perfil de ácidos graxos nutricionalmente desfavorável. Além disso, é uma alternativa para a formulação de alimentos funcionais, pois pode ser utilizada no enriquecimento de produtos alimentícios, como panificados, iogurtes, leites pasteurizados, maioneses, sucos, queijos e suplemen-tos nutricionais. As nanocápsulas contendo óleos vegetais podem ser utilizadas também como conservantes em alimentos devido às propriedades antioxidante e antimicrobiana do óleo, representando uma opção natural aos conservantes químicos na prevenção da propagação de doenças transmitidas por alimentos, garantindo maior segurança em alimentos processados usando nanotecnologia. Considerações finais: A coacervação complexa constitui um método de encapsulação eficaz para a preservação do valor nutricional e sensorial de óleos vegetais como também proporciona o desenvolvimento de produtos inovadores que podem satisfazer os consumidores quanto aos aspectos de sabor, aparência e saúde.

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INTRODUÇÃO

A produção e o consumo de óleos vegetais estão aumentando constantemente,

esti-ma-se que a produção per capita de óleos vegetais obteve um aumento de cerca de 1,5%

em relação ao período 2013-2015 e a produção global de óleos vegetais deve, aumentar

em mais de 40 milhões de toneladas até 2025 (OCDE-FAO, 2016) e com isso um aumento

da demanda dos consumidores por óleos vegetais (MAJCHRZAK et al., 2018).

Os óleos vegetais são líquidos voláteis naturais que são comumente extraídos de

frutos ou sementes de plantas por procedimentos mecânicos ou extração com solventes

orgânicos, desempenham funções como o fornecimento de energia, manutenção da

tempe-ratura corporal, proteção dos tecidos do corpo, transporte de vitaminas lipossolúveis e etc

(MORENO-GONZÁLEZ et al., 2014; XU et al., 2015).

Além disso, os óleos vegetais são uma das substâncias eficazes utilizadas na

forti-ficação e formulação de alimentos funcionais, porque contém ácidos graxos essenciais e

diversas propriedades, como antioxidante, antiinflamatória, antibacteriana, anticâncer e

antiviral. Tais propriedades são atribuídas à presença de compostos antioxidantes em sua

estrutura, como a vitamina E (tocoferóis), polifenóis e β-caroteno e etc, apresentando um

elevado valor nutricional e benefícios a saúde (RUIZ RUIZ et al., 2017).

Entretanto, os óleos vegetais possuem uma alta volatilidade e instabilidade química à

exposição ao calor, umidade, luz ou oxigênio. Dessa forma, podem ser degradado durante

o processamento, transporte, armazenamento e até consumo de produtos contendo tais

substâncias a ponto de serem ineficazes, ou mesmo perigosas com a formação de

deriva-dos tóxicos que são responsáveis pelo aparecimento de diversas patologias (TUREK et al.,

2013; HADARUGA et al., 2014).

A nanoencapsulação é uma alternativa promissora na preservação dos óleos vegetais,

pois permite liberação controlada de compostos bioativos, aumenta a solubilidade e

esta-bilidade em água, melhora a biodisponiesta-bilidade e eficácia, reduz efeitos tóxicos e evita a

alteração dos constituintes ativos após mudanças físico-químicas, tornando-se uma opção

na garantia da estabilidade e eficácia de óleos vegetais com propriedades

farmacológicas(-VERGALLO, 2020).

Dentre as técnicas de nanoencapsulação para enriquecer produtos alimentícios com

óleos vegetais destaca-se a técnica por coacervação complexa. Esta técnica proporcionar

o aumento da disponibilidade dos ácidos graxos insaturados já que estes compostos

apre-sentam uma elevada suscetibilidade à oxidação e, além disso, promove uma liberação do

material encapsulado em locais-alvo (PÉREZ-PALACIOS et al., 2018).Desta forma, o

pre-sente estudo teve como objetivo abordar sobre a nanoencapsulação de óleos vegetais por

coacervação complexa.

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DESENVOLVIMENTO

Nanoencapsulação

A nano ou microencapsulação é uma técnica em que o material do núcleo é

aprisio-nado no material de parede para aumentar a estabilidade dos compostos bioativos. Reduz

a reatividade do núcleo com os fatores externos e a taxa de transferência desse material

para o exterior, controlando a liberação. Além disso, mascara o sabor e dilui o composto do

material que compõe o núcleo quando o produto final pode ser tóxico em grandes

quanti-dades(OZKAN et al., 2019).

O ingrediente ativo é denominado como o núcleo que pode ser temporário ou

per-manentemente protegido dentro de uma casca de um segundo material, designado como

agente encapsulante. Os produtos resultantes são chamados de micropartículas que são

distinguidas em microesferas ou microcápsulas por sua estrutura interna e morfologia

con-forme mostrado na Figura 1 (PAULO et al, 2017).

Figura 1. Diferenças entre microcápsulas e microesferas conforme a morfologia interna.

Fonte: Herrero-Vanrell et al., (2014) adaptado por Paulo et al., (2017).

As nanocápsulas apresentam um tamanho de 1–1000 μm, e aquelas com menos de 1

μm são nanopartículas ou nanocápsulas. O termo de microcápsula refere-se a uma estrutura

semelhante a grânulo com uma matriz de núcleo externa e revestimento estruturado feito

de polímero biodegradável natural ou sintético, que pode aprisionar ingredientes, como,

proteínas e nanopartículas (CHEN et al., 2019).

Os encapsulantes mais utilizados são proteínas e polímeros de carboidratos. As

proprie-dades dos encapsulantes definem as características do produto final; influencia o tamanho

e a estrutura das partículas da cápsula; determina a estabilidade durante a produção,

arma-zenamento e consumo em relação ao ambiente externo e controla a liberação do material

do núcleo quando necessário (BAKRY et al., 2016).

Vários métodos são usados para a encapsulação de compostos na aplicação em

produtos alimentícios. A escolha do método de encapsulação mais adequado depende do

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tipo de material do núcleo e das características do produto final e do material da parede da

cápsula que exercem influência nas propriedades da substância encapsulada, principalmente

na eficiência de encapsulação (DIAS et al., 2017).

Os métodos de nanoencapsulação podem ser divididos em dois tipos principais:

pro-cessos químicos e mecânicos. Os propro-cessos químicos são: coacervação,cocristalização,

inclusão molecular e polimerização interfacial e o mecânico tais como secagem por

pulve-rização, resfriamento por pulvepulve-rização, extrusão e leito fluidizado (CARVALHO et al., 2016;

ESTEVINHO et al., 2016).

Nanoencapsulação de óleos vegetais

A qualidade nutricional e sensorial é prejudicada quando os óleos líquidos são usados

nas formulações alimentícias, porque são rapidamente oxidados durante o processamento

ou fritura. Isto deve-se a degradação dos ácidos graxos poliinsaturados como n-3 e 9, além

de haver a geração de produtos tóxicos que estão relacionados com o desenvolvimento de

diversas doenças como aterosclerose, câncer e etc (HECK et al., 2021).

A nanoencapsulação de óleo aumenta aestabilidade oxidativa e impede a

degrada-ção térmica de ácidos graxos poliinsaturados. Além disso, protege os óleos bioativos da

exposição ao oxigênio, alta temperatura e danos à luz e aumenta a estabilidade durante

o processamento térmico, como pasteurização e armazenamento de alimentos, podendo

ser incorporado em alimentos que apresentam um perfil de ácidos graxos nutricionalmente

desfavoráveis (FERNANDES et al., 2018; DARVISH et al., 2020; MCCLEMENTS, 2020).

Para a formação das micropartículas ou nanocápsulas contendo óleo vegetal para

a incorporação em uma matriz alimentar que pode ser homogênea ou heterogênea estes

nanoencapsulados são dispersos em um meio, levando à formação de uma barreira física

entre o óleo e o meio ambiente, reduzindo o contato com agentes oxidantes, impedindo a

oxidação dos lipídios (RIOS-MERA et al., 2019).

Os óleos encapsulados são protegidos durante a mastigação e condições adversas

do estômago proporcionando o aumento da biodisponibilidade dos compostos bioativos

presentes. Além disso, a nanoencapsulação, evita a interação com outros componentes

alimentares, sendo uma alternativa para melhorar a qualidade do óleo vegetal(ESFANJANI

et al., 2018; BAHRAMI et al., 2019).

Técnica por coacervação complexa

Existem diversos métodos para a encapsulação de óleos vegetais que foram

aborda-dos por vários autores, como extrusão, ultrasonicação, atomização e spray dryng(ATENCIO

et al., 2020; EL-MESSERY et al., 2020; SILVA et al., 2020; CHARLES et al., 2021; GUO

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et al., 2021). Dentre os mais utilizados destaca-se a coacervação complexa (BONDA et al.,

2020; HERNÁNDEZ-NAVA et al., 2020; FERREIRA et al., 2021; KARAASLAN et al., 2021;

PHAM et al., 2021).A coacervação complexa é uma técnica de nanoencapsulação definida

como a separação dos sistemas coloidais em duas fases líquidas, ocorre devido às forças

de atração entre polímeros de carga oposta (EGHBAL et al., 2018). Os polímeros aniônicos

e catiônicos interagem entre si para formar uma fase rica em polímero chamada “coacervato

complexo” em equilíbrio com o sobrenadante (MISHRA, 2016).

O coacervato formado é adsorvido ao redor das gotículas e age como um material de

parede das nanocápsulas. Tal material de parede deve apresentar liberação de materiais

do núcleo, solubilidade, permeabilidade, rigidez, etc., que dependem de fatores, como

na-tureza da substância do núcleo, propriedades do material da parede, técnicas e parâmetros

de encapsulamento (SHARIPOVA et al., 2016;TARIGAN et al., 2018).

A coacervação complexa inicia com a emulsão óleo/água que encontra-se na solução

do material de revestimento e do material a ser encapsulado. Em seguida deve ser

acres-centado o segundo material de revestimento no qual ocorre a encapsulação a partir da auto

organização dos coacervados sobre as gotículas do material de núcleo. Assim é gerado a

parede da nanocápsula através da formação de um revestimento contínuo seguida do

en-durecimento desta por agentes reticulantes (Figura 2) (KURIOKASE et al., 2015).

Figura 2. Representação esquemática da formação de nanocápsulas pelo método de coacervação complexa.

Fonte: Badke (2017) adaptado.

A coacervação é um dos métodos mais eficazes de nanoencapsulamento utilizado

nas indústrias alimentícias. Na encapsulação de ingredientes alimentícios envolve o uso de

dois biopolímeros de carga oposta, sendo os seguintes materiais de parede mais utilizados:

alginato, quitosana, goma arábica, pectina, ágar, carragenanos, carboximetilcelulose,

mal-todextrina e etc (TIMILSENA et al., 2019).

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A morfologia e o tamanho da nanocápsula são afetados pelas condições de

processa-mento, sendo geralmente mononucleadas ou poli\multinucleadas (Figura 3). As nanocápsulas

possuem uma arquitetura núcleo-casca na qual um pequeno núcleo é completamente

envol-vido por um revestimento uniforme da matriz polimérica no qual sugere-se que a morfologia

desta é do tipo cacho de uva (TIMILSENA et al., 2019).

Figura 3. Estrutura das nanocápsulas mononucleada e polinucleada de coacervação complexa.

Fonte: Timilsena et al., (2019).

A estrutura das nanocápsulas depende da taxa de homogeneização durante o processo

de emulsificação. Nanocápsulas mononucleares são formadas em baixa taxa de

homogenei-zação e multinucleares em alta taxa de homogeneihomogenei-zação. A coacervação complexa é usada

principalmente para encapsulação de compostos hidrofóbicos e contém algumas limitações

para encapsular substâncias hidrofílicas (EGHBAL et al., 2018).

Aplicações de óleos vegetais nanoencapsulados

Os óleos vegetais estão entre os ingredientes mais utilizados para o enriquecimento

de produtos alimentícios com a finalidade de aumentar suas propriedades funcionais (Figura

4). Porém, esses óleos são sensíveis a condições adversas, como estresse de oxidação e

altas temperaturas onde a aplicação da técnica de nanoencapsulação pode superar essa

limitação (DELSHADI et al., 2020).

Figura 4. Enriquecimento de produtos alimentares usando óleos vegetais nanoencapsulados.

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Óleos vegetais encapsulados são uma estratégia potencial para a formulação de

alimen-tos funcionais, pois é uma ferramenta no enriquecimento de produalimen-tos alimentícios (BAHRAMI

et al., 2019; TOLVE et al., 2020). Podem ser utilizados em uma gama de alimentos, como

panificados, iogurtes, leites pasteurizados, maioneses, sucos, queijos e até mesmo em

su-plementos nutricionais como mostra a Tabela 1.

Para a formulação de alimentos fortificados, as nanocápsulas de óleos vegetais devem

exceder o tamanho de partícula de 20-30 μm para não afetar a textura e a sensação na boca

do produto final(BAGHERPOUR et al., 2017). Porém Comunian et al. (2017) desenvolveram

um iogurte funcional contendo nanocápsulas de óleo de echium na concentração de 0,2 mg/g

e esta não apresentou diferença significativa nos parâmetros físico-químicos, reológicas e

sensoriais com a controle.

A aplicação de nanocápsulas contendo óleos vegetais em produtos panificados aumenta

as propriedades reológicas da massa, firmeza, densidade e conteúdo de ácido

alfa-linolêni-co e reduz a luminosidade e o índice de peróxido. Dessa forma, proporciona proteção dos

ácidos graxos insaturados contra reações de oxidação deletérias, indicando que preserva

o valor sensorial e nutricional (BEIKZADEH et al., 2020).

Tabela 1.Produtos alimentícios enriquecidos com óleos vegetais nanoencapsulados

Produto alimentício Encapsulante Material de parede Referência

Bolo Óleo de tomilho_{(Thymus vulgaris)} Gelatina e goma arábica GONÇALVES et al., 2017 Iogurte Óleo de echium_{(Echium plantagineum)} Gelatina, goma arábica eácido si-_náptico COMUNIAN et al., 2017 Hambúrguer Óleos de chia (Salvia hispanica) e _{linhaça (Linum usitatissimum)} Carragena e polissorbato HECK et al., 2019

Leite pasteurizado Óleo de canela_{(Cinnamomum sp)} Quitosana BASHIRI et al., 2020

Maioneses Óleo de baru_{(Dipteryx alata)} Ácido esteárico e caseinato de sódio ROJAS et al., 2019 Pão de trigo Óleo de linhaça_{(Linum usitatissimum)} Células de levedura ou beta-glucano BEIKZADEH et al., 2020 Sorvete Óleo de linhaça_{(Linum usitatissimum)} Proteínas de soro GOWDA et al., 2018 Suco de laranja Óleo de linhaça_{(Linum usitatissimum)} Mucilagem de semente de chia STEFANI et al., 2019 Suplemento de proteína de soro Óleo de noz_{(Juglans regia)} Ácido esteárico ROJAS et al., 2020 Queijo processado Óleo de chia_{(Salvia hispanica)} Alginato de sódio e cloreto de cálcio CARDOSO et al., 2020

A fortificação de produtos lácteos pelos sistemas de micro/nanoencapsulação pode

fornecer propriedades funcionais a estes alimentos porque os óleos vegetais são fontes de

ácidos graxos essenciais, como ácido docosahexaenóico, eicosapentaenóico e

α-linolêni-co (DELSHADI et al., 2020). Iogurte, leite pasteurizado e queijo, podem ser enriquecidos

por esta técnica.

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Além disso, o uso de nanocápsulas contribui para elevar o conteúdo de ácidos graxos

livres em sorvetes (GOWDA et al., 2018), melhorar a estabilidade de óleos vegetais em

formulações de manteiga (ULLAH et al., 2020). Também podem ser utilizados como

anti-microbianos naturais em produtos alimentícios (BEDOYA-SERNA et al., 2018), conferindo

propriedades funcionais a estes tipos de alimentos.

Quanto aos produtos cárneos, podem ser explorados como aditivos inovadores porque

são eficazes na substituição de gorduras devido a capacidade de redução do conteúdo de

colesterol e gordura dos óleos nanoencapsulados de hambúguer. Em decor rência há

ale-gação de obtenção de um produto mais saudável, com um teor de ácidos graxos saturados

reduzido e um elevado teor de ácido linolênico (HECK et al., 2019).

As nanocápsulas contendo óleos vegetais podem ser utilizados também como

conser-vantes em alimentos. Nanopartículas de zeína contendo óleo de canela aumentou a vida útil

de bolos e proporcionou uma ação antimicrobiana contra bolores e leveduras (FENG et al.,

2020), representando uma alternativa natural aos conservantes químicos na prevenção da

propagação de doenças transmitidas por alimentos, garantindo maior segurança em

alimen-tos processados usando nanotecnologia (GRANATA et al., 2018).

Os óleos vegetais encapsulados são promissores em produtos alimentícios porque

podem melhorar os perfis de ácidos graxos e a vida de prateleira. Devido as suas atividades

antioxidantes e antimicrobianas durante o armazenamento tornando-se uma opção potencial

na formulação de alimentos funcionais devido principalmente a proteção dos compostos

bioativos contra a oxidação (DELSHADI et al., 2020).

CONSIDERAÇÕES FINAIS

A nanoencapsulação de óleos vegetais por coacervação complexa constitui um método

eficaz para a preservação do valor nutricional e sensorial de alimentos. Como também,

pro-porciona o desenvolvimento de produtos inovadores que podem satisfazer os consumidores

quanto aos aspectos de sabor, aparência e principalmente alegação de serem saudáveis.

Contudo,há a necessidade de realização de pesquisas sobre a quantidade de nanocápsulas

contendo óleos vegetais que deve ser ingerida pelo consumidor, bem como verificação das

suas propriedades in vivo.

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