PRÓ-REITORIA DE PÓS-GRADUAÇÃO, PESQUISA E EXTENSÃO ÁREA DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS. Programa de Pós- Graduação em Nanociências MAIANA DA COSTA VIEIRA

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1 1 PRÓ-REITORIA DE PÓS-GRADUAÇÃO, PESQUISA E EXTENSÃO ÁREA DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS Programa de Pós- Graduação em Nanociências MAIANA DA COSTA VIEIRA DISSERTAÇÃO DE MESTRADO DESENVOLVIMENTO DE BARRAS DE CEREAIS CONTENDO NANOCÁPSULAS DE CASEÍNA COM ÓLEO DE SEMENTE DE CHIA Santa Maria, RS 2014

2 2 MAIANA DA COSTA VIEIRA DESENVOLVIMENTO DE BARRAS DE CEREAIS CONTENDO NANOCÁPSULAS DE CASEÍNA COM ÓLEO DE SEMENTE DE CHIA Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Nanociências do Centro Universitário Franciscano de Santa Maria como requisito parcial para obtenção do título de Mestre em Nanociências. Orientadora: Dra. SOLANGE CRISTINA DA SILVA MARTINS HOELZEL Santa Maria, RS 2014

3 3 V658d Vieira, Maiana da Costa Desenvolvimento de barras de cereais contendo nanocápsulas de caseína com óleo de semente de chia / Maiana da Costa Vieira ; orientação Solange Cristina da Silva Martins Hoelzel Santa Maria : Centro Universitário Franciscano, f. Dissertação (Mestrado em Nanociências) Centro Universitário Franciscano, Nanotecnologia 2. Nanocápsulas 3. Caseína 4. Óleo de Chia 5. Barra de Cereal I. Hoelzel, Solange Cristina da Silva Martins II. Título CDU : Elaborada pela Bibliotecária Eunice de Olivera CRB10/1491

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5 5 AGRADECIMENTOS Primeiramente agradeço a Deus, pela vida e a oportunidade de continuar estudando. Agradeço à minha família, em especial aos meus pais, Carlos Alberto Vieira e Marcia da Costa Vieira, pelo apoio, carinho e incentivo nas minhas escolhas profissionais e por estarem presentes sempre em todos os momentos da minha vida. Serei eternamente grata a vocês por sempre estarem dispostos a realizar todos os meus sonhos. À minha orientadora, Profª Dr. Dra. Solange Cristina da Silva Martins Hoelzel, pelos seus conhecimentos, apoio e pela paciência não medindo esforços para o meu aprendizado, realização e crescimento profissional. Serei eternamente grata pela oportunidade de cursar mestrado sob sua orientação. E a minha co-orientadora Claudia Severo da Rosa obrigada pela ajuda para realização deste trabalho. Aos demais professores do curso de nanociências, que foram tão importantes nesta caminhada e no desenvolvimento deste projeto. Ao meu namorado, Rodrigo Oliveira, pelo auxílio neste trabalho, pelo carinho, amor e companheirismo. Aos meus colegas e equipe do laboratório obrigada pela ajuda em equipamentos e conhecimentos em aulas: Marcela, Ana Paula, Jaqueline, Claudia Turra. Claudia Pinto e Pedro. A professora Cátia Storck pela ajuda nas análises, pela disponibilidade, receptividade e carinho em poder me ajudar, meu eterno obrigada! Agradeço a dois professores da minha Graduação os quais sempre confiaram em mim e me deram incentivo para continuar nessa jornada acadêmica. Vanessa Ramos Kirsten e Thiago Durand Mussoi, serei eternamente grata e sempre terei vocês como exemplos e incentivos. E a todos os amigos e a todas as pessoas que contribuíram de alguma maneira para minha formação pessoal e profissional, não foi nada fácil chegar até aqui, mas a presença de pessoas especiais tornou possível á conclusão desta etapa da minha vida, meu eterno obrigada! Por fim, agradeço ao Programa de Pós Graduação em Nanociências e seus representantes por terem aceitado meu ingresso no programa de mestrado. A todos vocês serei eternamente grata!

6 6 RESUMO A nanotecnologia nos últimos anos tem encontrado inúmeras aplicações em diferentes áreas, sendo uma delas a indústria de alimentos. A Salvia hispanica L. ou chia vem sendo estudada principalmente devido à sua qualidade do óleo, onde os principais constituintes são os ácidos graxos poli-insaturados, importantes para a prevenção ou melhoria de diversos distúrbios metabólicos da síndrome metabólica. Devido à sua estrutura poli-insaturada, os ácidos graxos são altamente propensos à oxidação levando a indesejáveis sabores e odores no enriquecimento de produtos alimentares. As proteínas do leite possuem importantes propriedades funcionais, incluindo a sua capacidade para ligarem-se as moléculas hidrofóbicas e de certa forma retardar a oxidação, o que lhes permite servir como materiais excelentes para o encapsulamento. Para melhorar a estabilidade do óleo de chia e manter o valor nutricional em produtos alimentares, bem como melhorar as características sensoriais dos alimentos (cor, sabor, odor e textura), o objetivo deste trabalho foi desenvolver uma barra de cereal contendo nanocápsulas de caseína com óleo de semente chia. As nanocápsulas foram preparadas por deposição interfacial da caseína em uma solução de água Milli-Q. O óleo de chia foi obtido comercialmente (Seiva Brazius ) e utilizado na concentração de 0,3%. O óleo foi dissolvido em etanol e adicionado à solução da caseína em agitação contínua a 40 ºC, durante 2 horas. As amostras foram realizadas em triplicatas e deixadas em temperatura ambiente, a 40 ºC e a 4 ºC durante 90 dias. Após o período de armazenamento as amostra foram analizadas em 30, 60 e 90 dias, caracterizadas através da determinação do ph, diâmetro das partículas, índice de polidispersão (IP) e potencial zeta. As amostras deixadas em temperatura ambiente e a 40 ºC após 30 dias houve precipitação da suspensão, não permanecendo estável. Já as amostras deixadas a 4ºC apresentou um ph inicial de 6,63 ± 0,06, diâmetro de partículas de 213, 57 ± 22,4 nm, IP de 0,27 ± 0,15 e potencial zeta de - 35,9 ± 4,45 mv. Após 90 dias ph de 6,53 ± 0,06, diâmetro de patículas de 215,68 ± 24 nm, IP de 0,15 ± 0,055 e potencial zeta de -33,2 ± 6,45 mv. A eficiência de encapsulação foi de 86,53% ± 4,73, se mostrando um bom método para nanoencapsular óleos e prevenir a oxidação dos mesmos Foram desenvolvidas cinco barras de cereias (sem oléo, com 5% de óleo de chia, e com 1%, 5% e 10% com suspensão de nanocápsulas respectivamente) e avaliou-se a composição química (umidade, proteínas, lipídios, fibra bruta, cinzas e carboidratos) e análise sensorial das barras de cereais desenvolvidas. O valor energético total foi de 361,9 ± 18,4 Kcal / 100g, 14,3 ± 1,3% de umidade, 7,2 ± 0,46% de proteínas, 9,7 ± 2,54% de lipídios, 6,0% ± 2,9% de fibras, 1,3 ± 0,14% de cinzas e 61,6 ± 2,9% de carboidratos. Todas as barras de cereais tiveram um índice de aceitabilidade maior que 70% para os diferentes atributos (cor, odor, sabor e textura), se mostrando satisfatório, tendo um bom potencial para consumo, tendo um valor aproximado de R$ 2,50, o que seria compatível com o mercado. Palavras-chave: nanotecnologia, nanocápsulas, caseína, óleo de chia, barra de cereal.

7 7 ABSTRACT Nanotechnology in recent years has found many applications in different areas, one of them being the food industry. The Salvia hispanica L., or chia, has been studied mainly due to the quality of its oil, which is composed predominantly by polyunsaturated fatty acids, important for the prevention or amelioration of several metabolic disorders of the metabolic syndrome. Due to its polyunsaturated structure, the fatty acids are highly prone to oxidation, leading to undesirable flavors and odors in the enrichment of food. Milk proteins have important functional properties, including their ability to bind to hydrophobic molecules and, to some extent, retard the oxidation, which allows them to serve as excellent materials for encapsulation. To improve the stability of chia oil and maintain the nutritional value in food products as well as to improve the sensory characteristics of food (color, flavor, odor and texture), the aim of this study was to develop a cereal bar containing nanocapsules of casein chia seed oil. The nanocapsules were prepared using interfacial deposition of casein in a solution of Milli-Q water. The chia oil was obtained commercially (Sap Brazius ) and used at a concentration of 0.3%. The oil was dissolved in ethanol and added to the casein solution under agitation at 40 C for 2 hours. The samples were obtained in triplicate and left at room temperature at 40 C and 4 C for 90 days. After the storage period, the samples were analyzed at 30, 60, and 90 days, characterized by determining the ph, particle diameter, polydispersity index (PI) and zeta potential. The samples left at room temperature and 40 C presented precipitation of the suspension after 30 days, not remaining stable. However, the samples left at 4 C had an initial ph of 6.63 ± 0.06, particle diameter 213 ± 57 nm 22.4, PI 0.27 ± 0.15 and zeta potential of ± 4.45 mv. After 90 days, we observed a ph of 6.53 ± 0.06, a particle diameter of ± 24 nm, PI 0.15 ± 0.055, and zeta potential of ± 6.45 mv. The encapsulation efficiency was % ± 4.73, showing to be a good method to nano-encapsulate oils and prevent their oxidation. Five cereal bars have been developed (without oil, with 5% chia oil, and 1 %, 5 % and 10 % suspension of nanocapsules, respectively) and we evaluated the chemical composition (moisture, protein, fat, crude fiber, ash and carbohydrates ) and sensory analysis of the cereal bars developed. The total energy value was ± 18.4 kcal / 100g, 14.3 ± 1.3 % moisture, 7.2 ± 0.46 % protein, 9.7 ± 2.54 % lipid, 6.0% ± 2.9 % fiber, 1.3 % ash ± 0.14 and 61.6 ± 2.9 % carbohydrate. All cereal bars had an acceptability index greater than 70 % for the different attributes (color, odor, flavor and texture), proving to be satisfactory, with good potential for consumption, having a value of approximately R$ 2.50, which would be compatible with the market. Keywords: nanotechnology, nanocapsules, casein, chia oil, cereal bar.

8 8 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS PUFAs - Ácidos graxos da classe ômega 3 poli-insaturados de cadeia longa; EPA - Ácido eicosapentaenoico; DHA - Ácido docosahexaenóico; ALA - Ácido alfa- linolênico; HDL - Lipoproteína de alta densidade; PCR - Proteína C reativa; IR - Resistência à insulina; GA - Goma arábica; WPC - Proteína concentrada do soro do leite; IP Índice de polidispersão; IA - Índice de Aceitabilidade; TCLE - Termo de Consentimento Livre e Esclarecido; HMF - acrilamida hidroximetilfurfural.

9 9 LISTA DE FIGURAS Figura 1 Chia (Salvia Hispanica L.), planta herbácea (a); Sementes de chia (Salvia Hispanica L.)...23 Figura 2 - A. Imagem macroscópica da suspensão de nanocápsulas. B. Imagem macroscópica da suspensão onde não ocorreu a nanoencapsulação adequada...31 Figura 3 - Gráfico inicial da suspensão de nanocápsulas em temperatura 4ºC referente ao diâmentro médio das partículas e índice de polidispersão...32 Figura 4 - Gráfico inicial da suspensão de nanocápsulas em temperatura 4ºC referente ao Potencial Zeta das partículas...33 Figura 5 - Gráfico inicial da suspensão de nanocápsulas em temperatura 40ºC referente ao diâmentro médio das partículas e índice de polidispersão...33 Figura 6 - Gráfico inicial da suspensão de nanocápsulas em temperatura 40ºC referente ao Potencial Zeta das partículas...34 Figura 7 - Gráfico inicial da suspensão de nanocápsulas em temperatura ambiente referente ao diâmentro médio das partículas e índice de polidispersão...34 Figura 8 - Gráfico inicial da suspensão de nanocápsulas em temperatura ambiente referente ao Potencial Zeta das partículas...35 Figura 9 A. Imagem macroscópica da suspensão de nanocápsulas em temperatura ambiente após 30 dias. B. Imagem macroscópica da suspensão de nanocápsulas em aquecimento a 40ºC após 30 dias...36 Figura 10 - Gráfico da suspensão de nanocápsulas em temperatura 4ºC referente ao diâmentro médio das partículas e índice de polidispersão após 90 dias...37 Figura 11 - Gráfico da suspensão de nanocápsulas em temperatura 4ºC referente ao Potencial Zeta das partículas após 90 dias...37 Figura 12 - Imagem do preparo da formulação base das barras de cereais...40 Figura 13 - Histograma de frequência das notas atribuídas à aceitação da cor das barras de cereais...45 Figura 14 - Histograma de frequência das notas atribuídas à aceitação do odor das barras de cereais...45

10 10 Figura 15 - Histograma de frequência das notas atribuídas à aceitação da textura das barras de cereais...46 Figura 16 - Histograma de frequência das notas atribuídas à aceitação do sabor das barras de cereais...46

11 11 LISTA DE TABELAS Tabela 1 Ingredientes e quantidades utilizadas para desenvolvimento de 100 gramas de barra de cereal...28 Tabela 2 Caracterização inicial da suspensão das nanocápsulas (ph, diâmentro médio das partículas, índice de polidispersão e potencial zeta) a 4ºC...32 Tabela 3 - Caracterização inicial da suspensão das nanocápsulas (ph, diâmentro médio das partículas, índice de polidispersão e potencial zeta) a 40ºC...33 Tabela 4 Caracterização inicial da suspensão das nanocápsulas (ph, diâmentro médio das partículas, índice de polidispersão e potencial zeta) a temperatura ambiente...34 Tabela 5 - Caracterização da suspensão das nanocápsulas (ph, diâmentro médio das partículas, índice de polidispersão e potencial zeta) a 4º C em diferentes tempos...36 Tabela 6 - Composição centesimal das barras de cereais correspondente a 100g do produto...41 Tabela 7 Média das notas atribuídas pelos avaliadores para cor, odor, textura e sabor (N=100)...44

12 12 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO OBJETIVOS Objetivo Geral Objetivos Específicos INTERDISCIPLINARIDADE REFERENCIAL TEÓRICO NANOTECNOLOGIA CASEÍNA ÁCIDOS GRAXOS SALVIA HISPANICA L. (CHIA) METODOLOGIA MATERIAIS CARACTERIZAÇÃO DO ÓLEO DE CHIA PREPARAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DAS NANOCÁPSULAS DE CASEÍNA COM ÓLEO DE CHIA Preparação das nanocápsulas de caseína com óleo de chia Determinação do diâmetro médio de partícula, índice de polidispersão (IPD) e potencial Zeta Eficiência de encapsulação das nanocápsulas de caseína com óleo de chia Avaliação da estabilidade das nanocápsulas de caseina com óleo de semente de chia PREPARAÇÃO, CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA E ANÁLISE SENSORIAL DAS BARRAS DE CEREAIS COM NANOCÁPSULAS DE CASEÍNA COM ÓLEO DE CHIA Preparação das barras de cereais Caracterização química das barras de cereais Análise sensorial das barras de cereais Índice de Aceitabilidade (IA) das barras de cereais... 33

13 ANÁLISE ESTATÍSTICA RESULTADOS E DISCUSSÕES CARACERIZAÇÃO FÍSICO - QUÍMICA DAS NANOCAPSULAS EFICIÊNCIA DE ENCAPSULAÇÃO PREPARO DAS BARRAS DE CEREAIS ANÁLISE CENTESIMAL DAS BARRAS DE CEREAIS ANÁLISE SENSORIAL DAS BARRAS DE CEREAIS ÍNDICE DE ACEITABILIDADE (IA) CUSTOS CONCLUSÕES PERSPECTIVAS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXO ANEXO ANEXO

14 14 1 INTRODUÇÃO A nanotecnologia envolve a caracterização, fabricação e/ou manipulação de estruturas, dispositivos ou materiais que medem menos de 100 nm, em pelo menos uma dimensão. Quando o tamanho da partícula é reduzido abaixo deste limite, o material resultante apresenta propriedades físicas e químicas que são significativamente diferentes das propriedades dos materiais do composto em macro escala (DUNCAN, 2011; GRUÈRE, 2012). A nanotecnologia nos últimos anos tem encontrado inúmeras aplicações em diferentes áreas, sendo uma delas a indústria de alimentos (FATHI; MOZAFARIB; MOHEBBIA, 2012). O enriquecimento de alimentos com produtos nutracêuticos é um objetivo importante, mas a sua eficácia na prevenção e recuperação de doenças depende da preservação, da funcionalidade e da biodisponibilidade dos nutracêuticos bioativos (ZIMET; ROSENBERG; LIVNEY, 2011). Alguns dos benefícios da nanoencapsulação e componentes em alimentos incluem redução das interações do núcleo com fatores ambientais, retardando alterações que podem resultar em perda de aroma, alteração de cor ou perda do valor nutricional e separar componentes reativos ou incompatíveis (AZEREDO, 2005). Outros benefícios como reduzir a taxa de migração do material do núcleo para o ambiente externo (por exemplo, por evaporação, que é muito rápida no caso de compostos de sabor não encapsulados), evitar reações prematuras de um substrato, mascarar compostos de sabor indesejável, promover melhor solubilidade do núcleo e melhor incorporação em sistemas secos (DEPYPERE et al., 2003). Outro importante objetivo é permitir que a liberação do material do núcleo ocorra lentamente com o tempo, ou a partir da ocorrência de um certo evento (AZEREDO, 2005). Atualmente, a tendência dos consumidores sobre a escolha dos alimentos está mais associada com a saúde e ao bem-estar. Por isso, o fornecimento de produtos que se destacam pelo seu conteúdo em ômega 3, antioxidantes, fibras e outros componentes já que os consumidores habituais estão aprendendo a reconhecer esses produtos como uma contribuição saudável (MARTÍNEZ et al., 2012). O conceito de ácidos graxos essenciais - ácidos graxos imprescindíveis ao organismo, que não podem ser sintetizados pelo mesmo e que, portanto, devem ser oferecidos na alimentação. As duas classes de ácidos graxos essenciais são: o ácido

15 15 graxo ômega 3, representados pelo ácido alfa-linolênico e o ácido graxo ômega-6, representados pelos ácidos linoleico e araquidônico (CARMO; CORREIA, 2009). Os ácidos graxos da classe ômega 3 participam de processos inflamatórios, estão diretamente relacionados com a resistência imunológica, distúrbios metabólicos (doenças cardiovasculares e diabetes) e doenças neoplásicas (WAITZBERG, 2006). A Salvia hispanica L. ou chia vem sendo estudada principalmente devido à sua qualidade do óleo, a semente tem cerca de 30 g de óleo /100 g de peso de semente onde os principais constituintes são os ácidos graxos poli-insaturados (IXTAINA et al., 2011; CAPITANI et al., 2012). Estudos relatam a importância da chia para a prevenção ou melhoria de diversos distúrbios metabólicos incluídos na síndrome metabólica, como diabetes tipo 2, resistência à insulina, hipertensão, obesidade, diminuição da resposta inflamatória e doenças cardiovasculares (VUKSAN et al., 2007; CHICCO et al.,2009; POUDYAL et al., 2012). Devido à sua estrutura poli-insaturada, os ácidos graxos são altamente propensos à oxidação levando a indesejáveis sabores e odores no enriquecimento de produtos alimentares. A presença de ácidos graxos ômega 3 é um difícil desafio em sistemas alimentares, protegendo as suas propriedades benéficas e utilizando apenas ingredientes naturais (ZIMET; ROSENBERG; LIVNEY, 2011). O fato de que as proteínas de certos alimentos e, em particular, as proteínas do leite, possuem importantes propriedades funcionais, incluindo a sua capacidade para ligar-se as moléculas hidrofóbicas e de certa forma retardar a oxidação, o que lhes permite servir como materiais excelentes para o encapsulamento (ZIMET; LIVNEY, 2009). As proteínas do leite são veículos naturais para bioativos e são largamente utilizadas na indústria alimentar. A caseína, a proteína em maior quantidade do leite, é barata, prontamente disponível, não tóxica e altamente estável, sendo um produto alimentar natural, é geralmente reconhecida como seguro sendo biocompatível e biodegradável (ELZOGHBY; EL-FOTOH; ELGINDY, 2011). Para melhorar a estabilidade do óleo de chia e manter o valor nutricional em produtos alimentares, bem como melhorar as características sensoriais dos alimentos (cor, sabor, textura e aroma), o objetivo deste trabalho foi desenvolver uma barra de cereal contendo nanocápsulas de caseína com óleo de semente chia.

16 OBJETIVOS Objetivo Geral semente chia. Desenvolver uma barra de cereal contendo nanocápsulas de caseína com óleo de Objetivos Específicos - Desenvolver nanocápsulas de caseína contendo óleo de semente de chia; - Avaliar as características físico- química das nanocápsulas de caseína contendo óleo de semente de chia; - Avaliar estabilidade das nanocápsulas de caseína contendo óleo de semente de chia; - Avaliar a composição química (umidade, cinzas, carboidratos, lipídios, proteínas e fibras) das barras de cereais contendo nanocápsulas de óleo de semente de chia; - Realizar avaliação sensorial (cor, sabor, textura, odor) das barras de cereais contendo as nanocápsulas de óleo de semente de chia; - Analisar os custos da barra de cereal. 1.3 INTERDISCIPLINARIDADE A nanociência tem como característica fundamental, a capacidade de promover a interdisciplinaridade entre diversas áreas que estão associadas, como a física, química, biologia, nutrição, farmácia por meio de nanomateriais, que apresentam propriedades específicas em função do tamanho em escala nanométrica. A partir da interdisciplinariedade desta nova ciência, podemos desenvolver vários processos capazes de melhorar a estabilidade, o sabor e aumentar a vida útil de um nutracêutico com vistas a agregar valores aos produtos alimentares e beneficiar a saúde do consumidor. Para o desenvolvimento de um alimento com nanotecnologia, objetivos dessa pesquisa, foram necessários diversos profissionais incluindo físicos, químicos, farmacêuticos, nutricionistas, mostrando a interdisciplinaridade da Nanociência, onde cada profissional contribui com o seu conhecimento para o avanço tecnológico na área.

17 17 2 REFERENCIAL TEÓRICO 2.1 NANOTECNOLOGIA A nanotecnologia é focada na caracterização, fabricação, manipulação e aplicação de estruturas biológicas e não biológicas (SAHOO; PARVEEN; PANDA, 2007) na escala do nanômetro (inferior a 100 nm), em pelo menos uma das dimensões (DUNCAN, 2011; ASSIS et al., 2012). Nesta escala, devido à maior relação superfície / volume, as propriedades químicas, físicas e biológicas dos materiais podem ser fundamentalmente diferentes dos materiais em macroescala da mesma substância (DUNCAN, 2011). Em particular, os nanomateriais exibem frequentemente propriedades termodinâmicas, ópticas e magnéticas diferentes do que a sua massa homóloga. Estas propriedades singulares tem aberto a porta para o desenvolvimento de novas aplicações em todos os setores (GRUÈRE, 2012). O setor de alimentos, que vale mais de R$ 4 trilhões por ano nos EUA (CHAUDHRY; CASTLE, 2011), é uma área destes novos desenvolvimentos. Investimento da nanotecnologia na indústria de alimentos tem sido crescente, o investimento total era esperado para alcançar pelo menos vários bilhões de dólares em 2010 (CHAUDHRY et al., 2008). Globalmente, mais de 400 empresas de alimentos foram ativas em pesquisa e desenvolvimento em 2010, contra 200 em 2006, e o número deve crescer para nos próximos 10 anos (GRUÈRE, 2012). As aplicações relacionadas com o uso da nanotecnologia no setor de alimentação oferece uma ampla gama de benefícios para o consumidor. Os benefícios incluem melhorar a segurança alimentar com redução de insumos agrícolas, embalagens aprimoradas, uma possível redução no uso de conservantes, sal, gordura e surfactantes em produtos alimentares, desenvolvimento de novos sabores ou melhorando texturas através da nanoescala no processamento de alimentos (SIEGRIST et al., 2008; CHAUDHRY; CASTLE, 2011; GRUÈRE, 2012). As duas principais categorias de produtos disponíveis com nanotecnologia no mercado são suplementos alimentares e materiais de embalagem e armazenamento. Enquanto os suplementos parecem ser vendidos principalmente por empresas pequenas ou médias, produtos de embalagem e armazenamento foram adotados por empresas

18 18 multinacionais e estão se tornando cada vez mais utilizado no mercado. Em particular, Austrália, Canadá, União Européia, Israel, Coréia do Sul, e os Estados Unidos relataram ter pelo menos algum produto disponível no mercado (GRUÈRE, 2012). As formulações nanoestruturadas também podem melhorar a absorção e a biodisponibilidade de nutrientes e suplementos mais do que o produto na sua forma livre (CHAUDHRY; CASTLE, 2011). As aplicações da nanotecnologia no setor de alimentos envolvem constituintes orgânicos que estão naturalmente presentes em alimentos tais como, hidratos de carbono, proteínas e gorduras que podem variar em tamanho a partir de polímeros para moléculas mais simples na escala nano. Os nanomateriais orgânicos podem ser sintetizados para fins específicos, tais como o encapsulamento de nutrientes para aumentar a biodisponibilidade, melhorar a textura, sabor e a consistência dos alimentos ou mascarar um sabor ou odor indesejável (CUSHEN et al., 2012). Os compostos poliméricos oferecem materiais mais resistentes para embalagens de alimentos que podem manter os produtos alimentares frescos por mais tempo, proteger durante o transporte, armazenamento e segurança contra patógenos microbianos. Revestimentos nanoestruturados em superfícies de preparação de alimentos podem ajudar a manter a higiene durante o processamento de alimentos, e podem ajudar a proteger as etiquetas de segurança e autenticidade dos produtos alimentares (CHAUDHRY; CASTLE, 2011). As características dos nanomateriais tais como tamanho das partículas, distribuição, aglomeração, potencial e carga da superfície podem ser afetados pela matriz biológica na qual eles são mantidos. A ciência da produção de ingredientes alimentares nanoestruturados ainda estão em fase inicial, no entanto, mostram perspectiva de melhorar a funcionalidade do produto sem comprometer a qualidade do produto ou de segurança (CUSHEN et al., 2012). Os compostos nutracêuticos são usados em alimentos funcionais para conferir benefícios para a saúde, além da nutrição que o alimento em si oferece. Materiais nanoestrututados podem ser usados como bioativos em alimentos funcionais (CHAU et al., 2007). Reduzindo o tamanho das partículas dos bioativos, pode melhorar as propriedades como a disponibilidade, a entrega e a solubilidade e assim a sua atividade biológica a qual depende da sua capacidade para ser transferido através das membranas intestinais para o sangue. Além disso, a nanotecnologia pode ser utilizada para melhorar

19 19 a estabilidade de micronutrientes durante o processamento, armazenamento e distribuição (CHEN; WEISS; SHAHIDI, 2006). Os produtos nutracêuticos, tais como ácidos graxos da classe do ômega 3, espécies de bactérias probióticas, licopeno, vitamina D e beta-caroteno tem demonstrado em estudos um potencial para o uso comercial (NEETHIRAJAN; JAYAS, 2011). Manter um nutracêutico em um estado estável durante todo o processo de produção tem sido um desafio. A perspectiva da produção de nutracêuticos em nanoescala para melhorar a estabilidade ao longo da cadeia de processamento, é de interesse significativo para produtos alimentares que tentam maximizar o teor de nutrientes e, portanto, acabará por ser um benefício para os consumidores (CUSHEN et al., 2012). O nanoencapsulamento de ingredientes alimentares ativos é uma importante aplicação que pode ser alcançado por abordagens nanotecnológicas. A nanoencapsulação é útil para o desenvolvimento de produtos como alimentos funcionais através da entrega de compostos bioativos, tais como vitaminas, antioxidantes, e enzimas (BAEUMNER, 2004). A nanoencapsulação fornece maior funcionalidade e estabilidade do produto, incluindo a liberação controlada durante o armazenamento (MCCLEMENTS et al., 2009). Durante a última década a utilização de polímeros biodegradáveis para a administração de produtos farmacêuticos e agentes biomédicos aumentou significativamente. Os polímeros biodegradáveis podem ser naturais ou sintéticos. Em geral, polímeros sintéticos oferecem vantagens maiores do que os naturais em que eles podem ser adaptados para se obter um maior número de propriedades. No entanto, a toxicidade é mais susceptível de ser associada a estes polímeros sintéticos. Os polímeros naturais podem ser geralmente considerados mais seguros do que os polímeros sintéticos (ELZOGHBY; EL-FOTOH; ELGINDY, 2011). Para a encapsulação de nutrientes alimentares são utilizados carboidratos (amido, maltodextrina e goma arábica) e proteínas (ZIMET; ROSENBERG; LIVNEY, 2011). Sistemas de entrega baseado em proteínas alimentares é seguro devido ao seu alto valor nutritivo e funcional, incluindo propriedades de emulsificação, gelificação, capacidade de ligação, bem como as suas aplicações como ingredientes na indústria de alimentos. Redes de proteínas alimentares têm a capacidade de interagir com compostos ativos, através de grupos funcionais na sua estrutura primária das proteínas, oferecendo

20 20 uma variedade de possibilidades para a ligação reversível das moléculas ativas e protegê-las até a sua liberação no local desejado (CHEN; REMONDETTO; SUBIRADE, 2006). Geralmente, as proteínas representam boas matérias-primas, tendo a vantagem da capacidade de absorção e baixa toxicidade no final da degradação do produto. Sistemas com base em proteínas, incluindo a gelatina, colágeno, caseína, albumina e proteínas do soro do leite foram estudados para entrega de fármacos, nutrientes, peptídeos bioativos e probióticos (ELZOGHBY; EL-FOTOH; ELGINDY, 2011). As proteínas do leite têm importantes propriedades funcionais, tais como a capacidade para se ligar a moléculas hidrofóbicas, interagir com outros biopolímeros, estabilizar emulsões, formar géis, e retardar a oxidação (LIVNEY, 2010). Devido a estas propriedades, as proteínas do leite são ideais para encapsulamento e entrega de compostos bioativos (LIVNEY, 2010). A caseína, a proteína em maior quantidade do leite, de custo acessível, prontamente disponível, não tóxica e altamente estável, sendo um produto alimentar natural, biocompatível e biodegradável. Muitas das propriedades estruturais e físico-químicas das caseínas facilitam a sua funcionalidade nos sistemas de entrega de fármacos e nutracêutico, que é muito aplicável para fins de nanoencapsulação (ZIMET; ROSENBERG; LIVNEY, 2011). 2.2 CASEÍNA O leite é uma solução contendo sais, lactose e proteínas dispersos em fase aquosa, glóbulos de gordura em emulsão e partículas hidratadas de proteína em suspensão coloidal (OLIVEIRA; TIMM, 2007). As proteínas do leite são divididas em duas classes principais, a primeira fração, que corresponde a aproximadamente 80% da proteína total do leite bovino, é formada pela caseína (SANGEETHA; PHILIP, 2012). A caseína pode ser definida como uma proteína micelar precipitada por acidificação do leite desnatado a ph 4,6 e a temperatura de 20 C, sendo classificada como fosfoproteína, devido à presença de fósforo (OLIVEIRA; TIMM, 2007). A caseína tem atividade anfipática por possuir regiões hidrofóbicas e hidrofílicas (ELZOGHBY; EL-FOTOH; ELGINDY, 2011). A conformação das moléculas expõe