UTILIZAÇÃO DE DIFERENTES COPRODUTOS LÁCTEOS COMO MATRIZES ENCAPSULANTES DE ÓLEO DE CHIA

Transcrição

1 UTILIZAÇÃO DE DIFERENTES COPRODUTOS LÁCTEOS COMO MATRIZES ENCAPSULANTES DE ÓLEO DE CHIA A.C.F. Santos 1, D.N. Lehn 2, C.F.V. Souza 3 1- Laboratório de Biotecnologia de Alimentos Centro Universitário UNIVATES, CEP: Lajeado RS Brasil, Telefone: 55 (51) Fax: 55 (51) (acfdsantos@univates.br) 2- Centro de Ciência Extas e Tecnológicas Centro Universitário UNIVATES, CEP: Lajeado RS Brasil, Telefone: 55 (51) Fax: 55 (51) (lehn@univates.br) 3- Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia Centro Universitário UNIVATES, CEP: Lajeado RS Brasil, Telefone: 55 (51) Fax: 55 (51) (claucia@univates.br) RESUMO O óleo de chia é uma fonte de ácidos graxos poli-insaturados, e seu consumo está relacionado à prevenção de doenças. Porém, a baixa estabilidade oxidativa dos óleos vegetais limita sua aplicação em produtos alimentícios. Nesse contexto, o encapsulamento por spray-drying representa uma alternativa na proteção dos óleos, preservando suas propriedades nutricionais. O encapsulamento pode utilizar como materiais encapsulantes o soro de queijo e o permeado de soro, valorizando esses coprodutos e reduzindo o impacto ambiental dos laticínios. Portanto, o objetivo deste trabalho foi desenvolver o processo de encapsulamento de óleo de chia utilizando soro de queijo e permeado de soro como materiais de revestimento, por secagem em spray dryer. As emulsões foram avaliadas quanto à estabilidade e morfologia. Os encapsulados foram analisados quanto a eficiência de encapsulamento e estabilidade oxidativa. Os resultados indicam que os materiais encapsulantes empregados proporcionaram ao óleo de chia um recobrimento adequado impedindo a oxidação lipídica. ABSTRACT The chia oil is a source of polyunsaturated fatty acids and consumption studies relate to the prevention of cardiovascular diseases. However, the low oxidative stability of vegetable oils limits their use in food products. In this context, the encapsulation by spray-drying is an alternative to protecting this fatty acids, preserving their nutritional and sensory properties. Encapsulation can use the whey and whey permeate as encapsulating matrix, enhancing these by-products and reducing the environmental impact of dairy byproducts. Therefore, the objective of this study was to develop the chia oil encapsulation process using cheese whey and whey permeate as coating materials, by spray drying. Emulsions containing dairy byproducts were dried in a spray dryer, and evaluated for stability and morphology. The encapsulation efficiency and oxidative stability of the microcapsules were analyzed. The results indicate that the encapsulating matrix used provided the appropriate chia oil coating inhibiting its lipid oxidation. PALAVRAS-CHAVE: óleo de chia; encapsulamento; spray drying; permeado de soro; soro de queijo. KEYWORDS: chia oil; encapsulation; spray drying; whey permeate; cheese whey.

2 1. INTRODUÇÃO O óleo proveniente da semente de chia (Salvia hispânica L.) é altamente nutritivo devido ao seu alto teor de ácidos graxos essenciais, sendo mais elevados os teores de ácido alfa-linolênico (50 a 57%) e de ácido linoleico (17 a 26%) (AYERZA, 1995). Esses dois ácidos graxos poli-insaturados desempenham um importante papel na prevenção de doenças cardiovasculares e inflamatórias (CONNOR, 2000). Porém, a baixa estabilidade oxidativa dos óleos vegetais limita sua aplicação em produtos alimentícios (SHAHIDI e ZHONG, 2010). Nesse contexto, o encapsulamento por spraydrying representa uma alternativa na proteção de óleos, preservando as propriedades nutricionais e sensoriais do óleo de chia (KOLANOWSKI et al., 2004; IXTAINA et al., 2015). O encapsulamento por spray drying é um método de revestimento de compostos sensíveis em matrizes encapsulantes (GIBBS et al., 1999). Nesta técnica, são geradas microcápsulas a partir da secagem em spray dryer de emulsões que unem a matriz encapsulante com o óleo (GHARSALLAOIU et al., 2007). A matriz encapsulante deve ter propriedades que contribuam para a formação de emulsões estáveis e para a proteção do encapsulado (JAFARI et al., 2008). Componentes lácteos podem ser utilizados na formação de parede de encapsulados, devido às propriedades estabilizantes das suas proteínas e protetoras da lactose (SINGH, 2011; NA et al., 2011). O soro de queijo é um coproduto da fabricação do queijo, possui 55% dos nutrientes do leite e é rico em β-lactoglobulina e α-lactalbumina (CARVALHO et al., 2013). O permeado de soro é um subproduto gerado no processo de concentração de proteínas de soro de queijo através de ultrafiltração, seus principais constituintes são água, lactose, minerais e aminoácidos (ALVES et al., 2014). O encapsulamento pode utilizar como matrizes encapsulantes o soro de queijo e o permeado de soro, valorizando esses coprodutos, reduzindo o impacto ambiental dos laticínios. O objetivo deste trabalho foi verificar a viabilidade da obtenção de microcápsulas de óleo de chia pela técnica de spray dryer, utilizando como material de parede o soro de queijo e o permeado de soro, com vistas à prevenção da oxidação lipídica. 2. MATERIAL E MÉTODOS 2.1 Material Como material encapsulado foi utilizado óleo de chia (Girioil Agroindústria Ltda). Como matrizes encapsulantes foram utilizados soro de queijo e permeado de soro (BRF SA). A lecitina de soja (Bremil Indústria de Suplementos Alimentares Ltda.) e a goma arábica (Labsyhnth Produtos para Laboratório Ltda) foram utilizadas como coadjuvantes para formação das emulsões. 2.2 Caracterização do Material Caracterização do óleo de chia: O óleo de chia foi caracterizado conforme metodologias oficiais da American Oil Chemists Society quando a acidez (Cd 3d-63), índice de peróxidos (Cd 8b- 90), índice de saponificação (Cd 3b-76), índice de iodo (Cd 1-25) e perfil lipídico por cromatografia gasosa (AOCS, 2013). Caracterização das matrizes encapsulantes: O soro de queijo e o permeado de soro foram avaliados quanto ao teor de proteínas, de gordura, de umidade, de cinzas e de carboidratos (por diferença), utilizando metodologias oficiais (LUTZ, 2008). 2.3 Formação das Emulsões No preparo das emulsões foram realizados três experimentos, em triplicata, com teor de sólidos estabelecido em 30% (m/m), onde foram empregados 5% (m/m) de óleo de chia e 21% (m/m) das

3 diferentes matrizes encapsulantes. O Experimento 1 empregou soro de queijo, o Experimento 2 o permeado de soro e o Experimento 3 uma mistura de soro de queijo e permeado de soro (1:1). Como estabilizantes foram utilizados a goma arábica 3% (m/m) e a lecitina de soja 1% (m/m). A fase aquosa das emulsões, contendo a matriz encapsulante e goma arábica, foi pré-homogeneizada em uma incubadora de agitação orbital (Marconi, MA 830), com velocidade de 300 rpm, durante 2 horas a 20 o C. A fase oleosa, que continha o óleo de chia e a lecitina de soja, foi pré-homogeneizada em um vortex (Phoenix, AP 5). As emulsões foram preparadas com a dispersão da fase oleosa na fase aquosa e homogeneizadas através de um emulsor (Ultra-turrax, IKA T18), com velocidade de rpm durante 5 minutos. 2.4 Caracterização das Emulsões Índice de separação de fases (I.S.): uma proveta contendo o volume de 10 ml de cada emulsão foi armazenada na temperatura de 25 ºC. Foi medida a altura inicial de emulsão nas provetas. Após 24 horas foi medida a altura da fase aquosa (inferior). Com esta análise foi possível obter os valores de índice de separação das emulsões (ROLAND et al., 2003). O I.S. foi calculado através da Equação 1. A A 1 I. S.(%) X 100 (Equação 1) 0 Onde: A 0 corresponde à altura inicial da emulsão e A 1 a altura da fase rica em soro após 24 horas. Análise morfológica das emulsões: As emulsões foram diluídas com água destilada na proporção 1:2, e em seguida analisadas em um microscópio DM 500 (Leica) com um aumento de 40x. 2.5 Secagem por Spray-drying O processo de secagem das emulsões por spray drying foi realizado em escala de laboratório em um spray dryer MSD 0.5 (Labmaq), com bico de duplo fluido de 1,2 mm de diâmetro. A emulsão foi transportada até a câmara de secagem através de uma bomba peristáltica, com vazão de alimentação de 0,3 L/h, ar de secagem a 2,5 m 3 /min e ar de spray de 45 L/min. A temperatura de saída do ar foi de 105 o C. 2.6 Caracterização dos Encapsulados Eficiência do encapsulamento (E.E.): foi avaliada relacionando o teor de óleo total das amostras e o óleo não encapsulado presente na superfície das microcápsulas, conforme metodologia proposta por Bae e Lee (2008). Retenção de óleo (RO): a determinação do óleo retido nas microcápsulas corresponde à relação do teor de óleo das emulsões e do teor de óleo total do pó obtido na secagem. Atividade de água: a atividade de água dos encapsulados foi determinada em um analisador de atividade de água (Aqua-Lab) a 25 C ± 0,5 C. Estabilidade oxidativa: a estabilidade oxidativa dos encapsulados foi avaliada perante o armazenamento a 25 o C durante o período de 21 dias, onde amostras foram coletadas a cada 7 dias para a avaliação do grau de oxidação através da determinação do índice de peróxidos (Cd 8b-90) conforme metodologia oficial da AOCS (2013). 2.7 Análise Estatística

4 Os dados foram avaliados através da análise de variância (ANOVA) e teste Tukey para comparação de médias ao nível de 5% de significância, através do programa BioEstat RESULTADOS E DISCUSSÃO A Tabela 1 apresenta os resultados da caracterização do óleo de chia utilizado no presente estudo. Os valores encontrados assemelham-se aos dados da literatura e indicam a qualidade do material (Ayerza, 1995; Ixtaina et al., 2011; Capitani et al., 2012; Marineli et al., 2015). Tabela 1 - Perfil lipídico e caracterização físico-química do óleo de chia. Análise Resultado Ácidos graxos (%, m/m) C18:2 18,89±1,87 C18:3 43,67±1,77 AGS 28,31±0,69 AGPI 50,16±1,38 AGMI 0,28±0,01 Índice de iodo (g I 2 /100 g óleo) 194,44± 0,18 Índice de saponificação (mg KOH/g óleo) 192,86±0,30 Índice de peróxidos (meq/kg óleo) 0,00±0,00 Índice de acidez (g ácido oléico/100 g óleo) 0,17±0,18 *AGS (ácidos graxos saturados), AGMI (ácidos graxos monoinsaturados), AGPI (ácidos graxos poli-insaturados). Na caracterização físico-química das matrizes encapsulantes, o teor de gordura encontrado foi de 0,34±0,07% para o soro de queijo e de 0,62±0,02% para o permeado de soro. O teor de carboidratos do soro de queijo foi de 76,65±0,06% e do permeado de soro de 85,03±0,10%. O teor que apresentou maior diferença entre as matrizes encapsulantes foi o de proteínas, sendo de 12,52±1,53% para o soro de queijo e 0,34±0,08% para o permeado.através da Figura 1 é possível observar a diferença na morfologia das gotículas das emulsões produzidas com as diferentes matrizes encapsulantes. Figura 1 Análise morfológica das emulsões: (A) Experimento 1, (B) Experimento 2, (C) Experimento 3, com aumento de 40X. O Experimento 1 (Fig. 1A), apresentou gotas menores e com uma melhor distribuição na fase aquosa. Nos Experimentos 2 (Fig. 1B) e 3 (Fig. 1C) é possível observar o efeito da floculação na emulsão devido a presença aglomerados de gotículas. Essa tendência de aglomeração entre as gotas impossibilitou resultados de índices de separação de fases mais satisfatórios (Tabela 2). Tabela 2 Resultados de caracterização das emulsões e das microcápsulas. Experimento I.S. (%) E.E. (%) R.O. (%) 1(Soro de queijo) 46,67 ± 1,33 c 86,84 ± 2,20 a 97,31±2,65 a 2(Permeado de soro) 80,44 ± 0,77 a 65,69 ± 0,56 c 94,93±2,58 a 3(Soro+permeado) 76,44 ± 0,77 b 76,92 ± 1,95 b 96,11±1,23 a a,b,c Média ± desvio padrão. Letras diferentes na mesma coluna diferem entre si pelo teste Tukey (p<0,05).

5 Durante o período do processo de microencapsulamento por spray dryer (60 minutos) todas as emulsões permaneceram estáveis e nenhuma separação de fases foi observada. Dessa forma, a fim de comparar o comportamento das emulsões produzidas com as diferentes matrizes encapsulantes, o tempo utilizado para verificar a estabilidade perante o armazenamento foi de 24 horas. Os experimentos se apresentaram cineticamente instáveis durante o tempo de observação, com a formação de uma fase superior com aparência oleosa. Quando o teor de soro foi reduzido ou inexistente, a separação de fases foi mais acentuada. Na emulsão do Experimento 1, contendo o teor de soro de queijo de 21%, a separação de fases foi inferior e melhores resultados de estabilidade foram obtidos. Esses valores podem ser atribuídos à necessidade de interação entre as proteínas e a interface das gotas de óleo na emulsão para a sua estabilização. As proteínas lácteas têm a capacidade de adsorver a interface óleo-água criando uma micela que envolve a fase oleosa. Quando esse efeito atua sobre as gotículas de óleo as forças estruturais da micela criam uma barreira repulsiva entre as gotas impedindo sua coagulação. A maior estabilidade das emulsões que continham o soro de queijo como matriz encapsulante pode ser atribuída às forças de repulsão que se sobrepõem contra as forças de atração causadoras da coagulação (Bendjaballah et al., 2010; Dickison, 1997). Conforme os resultados apresentados na Tabela 2, as microcápsulas com maior eficiência de encapsulamento e retenção de óleo foram geradas a partir da secagem da emulsão mais estável (Experimento 1). Resultados semelhantes foram encontrados na literatura, indicando que o tamanho das gotículas interfere na estabilidade das emulsões e posteriormente na qualidade das microcápsulas. Bae e Lee (2008) encapsularam óleo de abacate com isolado proteico de soro de queijo, uma eficiência de encapsulamento de 84,03% foi obtida através da secagem de uma emulsão totalmente estável, que não apresentou separação de fases. No estudo a emulsão de menor estabilidade, com I.S. de 66,67%, resultou em microcápsulas com uma eficiência de encapsulamento de 7,45%. Carneiro et al. (2013) também verificaram essa mesma relação ao encapsular óleo de linhaça com maltodextrina e concentrado de soro de queijo. Onde, uma emulsão com o diâmetro médio das gotas de 19,97 µm gerou cápsulas com 95,7% de E.E., e com uma emulsão com o diâmetro médio das gotas de 23,03 µm a E.E. alcançada foi inferior a 80%. Quanto aos testes de estabilidade perante o armazenamento a 25 C, no período de 21 dias nenhum experimento apresentou oxidação, indicando que as matrizes encapsulantes utilizadas têm a capacidade de proteger o óleo de chia. Ixtaina et al. (2015) também realizaram avaliaram a oxidação de microcápsulas de óleo de chia, utilizando como matrizes encapsulantes o caseinato de sódio e lactose, em secagem por spray drying. Após 100 dias de armazenamento o óleo encapsulado apresentou índice de peróxido inferior a 10 meq de peróxido/kg, se mantendo adequado para o consumo humano. O óleo não encapsulado apresentou 40 meq de peróxido/kg, excedendo o limite de peróxido estabelecido pela legislação. A eficiência do encapsulamento variou de 92,1 a 97,4%. 4. CONCLUSÃO A partir dos resultados obtidos no presente trabalho, é possível concluir que o soro de queijo tem uma maior capacidade de estabilizar emulsões, o que pode estar relacionado à sua maior concentração de proteínas. O tamanho e distribuição das gotículas são fundamentais para a geração de emulsões estáveis, que por sua vez resultam em microcápsulas com eficiência de encapsulamento e retenção de óleo elevadas. Verificou-se que é possível obter microcápsulas de óleo de chia resistentes à degradação por oxidação utilizando como matrizes encapsulantes o soro de queijo e o permeado de soro. 5. REFERÊNCIAS

6 Alves, M. P., Moreira, R. O., Júnior, P. H. R., Martins, M. C. F., Perrone, I. T., Carvalho, A. F. (2014). Soro de leite: tecnologias para o processamento de coprodutos. Revista do Instituto de Laticínios Cândido Tostes, 69(3), AOCS - American Oils Chemistry Society. Official methods and recommended practices of the AOCS. (2013). 6. ed. Illinois. Ayerza, R. (1995). Oil content and fatty acid composition of chia (Salvia hispanica L.) from five northwestern locations in Argentina. Journal of the American Oil Chemists Society, 72(9), Bae, E. K., Lee, S. J. (2008). Microencapsulation of avocado oil by spray drying using whey protein and maltodextrin. Journal of Microencapsulation, 25(8), Bendjaballah, M., Canselier, J.P., Oumenddour, R. (2010). Optimization of oil-in-water emulsion stability: experimental design, multiple light scattering, and acoustic attenuation spectroscopy. Journal Dispersion Science Technology, 31(5), Capitani, M. I., Spotorno, V., Nolasco, S. M., Tomá,s M. C. (2012). Physicochemical and funtional characterization of by-products from chia (Salvia hispanica L.) seeds of Argentina. LWT - Food Science and Technology, 45(1), Carneiro, H.C.F., Tonon, R.V.; Grosso, C.R.F.; Hubinger, M.D. (2013). Encapsulation Efficiency and oxidative stability of flaxseed oil microencapsulated by spray drying using different combinations of wall materials. Journal of Food Engineering, 115(1), Carvalho, M. F., Prazeres, A. R., Rivas, J. (2013). Cheese whey wastewater: Characterization and treatment. Science of the Total Environment, (1), Connor, W. E. Importance of n-3 fatty acids in health and disease. (2000). The American. Journal of Clinical Nutrition, 71(1), Dickison, E. (1997). Properties of Emulsions Stabilized with Milk Proteins:Overview of Some Recent Developments. Journal of Dairy Science, 80(1), Gharsallaoui, A., Roudaut, G., Chambim, O., Voilley, A., Saurel, R. (2007). Applications of spraydrying in microencapsulation of food ingredients: An overview. Food Research International, 40(9), p Gibbs, B. F., Kermasha, S., Alli, I., Mullihan, C. N. (1999). Encapsulation in the food industry: a review. International Journal of Food Sciences and Nutrition, 50(3), Ixtaina, V. Y., Julio, L. M.; Wagner, J. R., Nolasco, S. M.; Tomás, M. C. (2015). Physicochemical characterization and stability of chia oil microencapsulated whit sodium caseinate and lactose by spray-drying. Powder Technology, 271(0), Jafari, S. M., Assodpoor, E., He, Y., Bhandari, B. (2008). Encapsulation Efficiency of Food Flavours and Oils during Spray Drying. Drying Technology, 26(7), Kolanowski, W., Laufenber, G., Kunz, B. (2004). Fish oil stabilization by microencapsulation with modified cellulose. International Journal of Food Sciences and Nutrition, 55(4), Lutz, A. Normas analíticas do Instituto Adolfo Lutz: métodos químicos e físicos para análise de alimentos. (2008). Imprensa Oficial do Estado de São Paulo, São Paulo. Marineli, R. S., Lenquiste, S. A., Moraes, E. A., Maróstica, M. R. (2015). Antioxidant potential of dietary chia seed and oil (Salvia hispanica L.) in diet-induced obese rats. Food Research International, 76(3), Na, H., Kim, J. K., Lee, K. (2011). Encapsulation of fish oil using cyclodextrin and whey protein concentrate. Biotechnology and Bioprocess Engineering, 16(6), Roland, I., Piel, G., Delattre, L., Evrard, B. (2003). Systematic characterization of oil-in water emulsions for formulations design. International Journal of Pharmaceutics, 236(1-2), Shahidi, F., Zhong, Y. (2010). Lipid oxidation and improving the oxidative stability. Chemical Society Reviews, 39(11), Singh, H. (2011). Aspects of milk-protein-stabilised emulsions. Food Hydrocolloids, 25(8),