PROPRIEDADES FÍSICAS DE MICROCÁPSULAS DE SUCO DE MARACUJÁ (Passiflora edulis flavicarpa) E POLISSACARÍDEOS CONTENDO Bifidobacterium BB-12

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1 PROPRIEDADES FÍSICAS DE MICROCÁPSULAS DE SUCO DE MARACUJÁ (Passiflora edulis flavicarpa) E POLISSACARÍDEOS CONTENDO Bifidobacterium BB-12 C.O. Dias 1, J. S. O. Almeida 1, S. Verruck 1, L. C. Pereira 1, E. S. Prudêncio 1, R. D. M. C. Amboni 1 1- Departamento de Ciência e Tecnologia de Alimentos Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Agrárias CEP Florianópolis SC Brasil - Telefone: +55 (48) (renata.amboni@ufsc.br) RESUMO O suco de maracujá adicionado de Bifidobacterium BB-12 foi microencapsulado por spray drying empregando maltodextrina e inulina, como agentes encapsulantes. As microcápsulas obtidas foram caracterizadas em relação às suas propriedades físicas (umidade, atividade de água e solubilidade em água) e foi determinada a viabilidade da bifodobactéria após o processo de microencapsulação. Ambas as microcápsulas apresentaram contagens superiores a 6 log UFC/g. As amostras apresentaram diferenças significativas (p < 0,05) para todas as propriedades físicas avaliadas. O uso de maltodextrina conferiu maiores valores de umidade e atividade de água para as microcápsulas, enquanto que as microcápsulas elaboradas com inulina apresentaram menor solubilidade em água. ABSTRACT The passion fruit juice was added with Bifidobacterium BB-12 and microencapsulated by spray drying using maltodextrin and inulin as encapsulating agents. The obtained microcapsules were characterized in relation to their physical properties (moisture content, water activity and water solubility) and the viability of bifidobacteria after the microencapsulation process was determined. Both microcapsules showed viable cell counts above 6 log CFU/g. The samples showed significant differences (p < 0.05) for all the physical properties analysed. The use of maltodextrin resulted in higher values for moisture content and water activity, whereas the microcapsules produced with inulin showed lower water solubility. PALAVRAS-CHAVE: propriedades físicas; spray drying; probiótico; suco. KEYWORDS: physical properties; spray drying; probiotic; juice. 1. INTRODUÇÃO A incorporação de culturas probióticas pertencentes aos gêneros Bifidobacterium e Lactobacillus em produtos produtos lácteos é uma prática bastante difundida no âmbito da indústria de alimentos. Entretanto, matrizes vegetais, como os sucos de frutas, vêm sendo estudadas como potenciais carreadores para estes micro-organismos na dieta, tendo em vista o crescente número de indivíduos que apresentam intolerância à lactose, alergias e dislipidemias (Rivera-Espinoza; Gallardo-Navarro, 2010).

2 A adição de probióticos em sucos de frutas mostra-se complexa quando comparada à formulação de produtos lácteos para a mesma finalidade, principalmente em razão de características intrínsecas destes produtos, como a alta concentração de ácidos orgânicos e o ph, que figuram como condições desfavoráveis à manutenção da viabilidade destes microorganismos (Martins et al., 2013). No entanto, de acordo com Tripathi e Giri (2014), para que os efeitos benéficos à saúde sejam alcançados, os probióticos devem permanecer viáveis e em quantidades adequadas no alimento. Neste contexto, o emprego de técnicas de microencapsulação, como a de spray drying, visa solucionar estas limitações, garantindo a estabilidade das culturas nesses produtos, protegendo-as de injúrias, já que as células são segregadas no interior das microcápsulas formadas pelos agentes encapsulantes (De Vos et al., 2010). Entretanto, o uso de diferentes materiais para compor a matriz das microcápsulas produzidas pelo método de spray drying resulta em pós com características físicas distintas. Sendo assim, o objetivo deste estudo foi avaliar as características físicas (umidade, atividade de água e solubilidade) de microcápsulas contendo o micro-organismo probiótico Bifidobacterium BB-12 empregando o suco de maracujá amarelo e polissacarídeos (maltodextrina e inulina) como agentes encapsulantes. 2. MATERIAL E MÉTODOS 2.1 Material Cultura liofilizada composta de Bifidobacterium BB-12 (BB-12, Chr. Hansen, Hønsholm, Dinamarca) foi utilizada como material ativo nas microcápsulas. Maltodextrina DE 16,5-19,5 (Sigma Chemical Co., St. Louis, EUA) e inulina (Orafti HPX, Orafti, Tienen, Bélgica DP >23) foram utilizadas no preparo das formulações de suco probiótico microencapsulado. MRS Agar, MRS caldo (Difco, Sparks, EUA), cloreto de lítio (Vetec, Rio de Janeiro, Brasil), propionato de sódio (Fluka, Neu-Ulm, Alemanha) e AnaeroGen (Oxoid, Hampshire, Reino Unido) foram empregados na realização da análise microbiológica. Todos os demais reagentes utilizados foram de grau analítico (P.A.). 2.2 Preparo do suco de maracujá e da suspensão de células de Bifidobacterium BB-12 O suco de maracujá amarelo (Passiflora edulis f. flavicarpa) foi obtido a partir da polpa integral da fruta congelada, sem adição de aditivos. A polpa foi processada em liquidificador comercial com água destilada, na proporção de 1:1, de forma a atender aos padrões de Identidade e Qualidade do Suco de Maracujá (BRASIL, 2003). A cultura liofilizada de Bifidobacterium BB-12 foi reidratada conforme método descrito por Fritzen-Freire et al. (2012). O preparo da suspensão de células foi realizado conforme método descrito por Rodrigues et al. (2012), com modificações, através de pré-crescimento da cultura em caldo MRS modificado com adição de 0,2 % de cloreto de lítio e 0,3

3 % de propionato de sódio a 37 ± 1 C por 48 horas seguido de lavagens consecutivas das células por centrifugação com solução salina estéril. 2.3 Preparo das soluções de alimentação e microencapsulação Foram preparadas duas soluções de alimentação através da combinação do suco de maracujá com maltodextrina ou inulina como agentes encapsulantes; S1, elaborada com 200 g L -1 de maltodextrina e S2 com 200 g L -1 de inulina. As soluções de alimentação foram homogeneizadas e tratadas termicamente a 80 C por 60 segundos, sendo resfriadas até temperatura ambiente para a inoculação da suspensão de células de Bifidobacterium BB-12 (100 ml L -1 ). O processo de microencapsulação foi realizado em spray dryer de escala laboratorial (Buchi B-290 Mini Spray Dryer, Flawil, Suiça), operado com temperatura de entrada de ar de 130 C e temperatura de saída de ar de 45 ± 2 C. Ao final deste processo, as microcápsulas obtidas foram transferidas para frascos plásticos estéreis vedados, sendo armazenadas sob refrigeração a 4 ± 1 C até a realização das análises. 2.4 Viabilidade da bifidobactéria microencapsulada após o spray drying Para a determinação da sobrevivência de Bifidobacterium BB-12 nos sucos microencapsulados, primeiramente foi realizada a liberação das bactérias das microcápsulas conforme método descrito por Sheu et al. (1993). Para a contagem de células viáveis de bifidobactéria foi utilizada a metodologia proposta por Vinderola e Reinheimer (1999). A contagem de células viáveis foi expressa em log unidade formadora de colônia por grama (log UFC/g). 2.5 Umidade e atividade de água O teor de umidade foi determinado gravimetricamente através de secagem em estufa a 70 C, até peso constante, de acordo com o método do Manual de Normas Analíticas do Instituto Adolfo Lutz (IAL, 2008). A atividade de água das microcápsulas foi mensurada a 25 C, utilizando um analisador de atividade de água AquaLab 4TE (Decagon Devices, Pulmann, WA, EUA). 2.6 Solubilidade em água A solubilidade foi determinada de acordo com o método descrito por Fernandes et al. (2013). Um grama de cada amostra de pó foi adicionado em 25 ml de água destilada e agitado por 5 minutos utilizando agitador magnético. A solução foi centrifugada a 760 g por 10 minutos e uma alíquota de 20 ml do sobrenadante foi transferida para uma placa de Petri previamente tarada, e submetida à secagem em estufa a 105 C/ 24 horas. A solubilidade foi calculada como a porcentagem do sobrenadante seco em relação à quantidade de pó inicial.

4 2.7 Análise estatística A análise dos dados foi realizada utilizando o software STATISTICA versão 7.0 (StatSoft Inc., Tulsa, USA). A análise de variância (ANOVA) foi utilizada para verificar a existência de diferenças significativas (p < 0,05) entre as amostras, sendo estas diferenças avaliadas através do teste de Tukey. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO As amostras de suco de maracujá microencapsulado S1 e S2 apresentaram contagens de células viáveis iguais a 7,03 ± 0,01 log UFC/g e 7,84 ± 0,08 log UFC/g, respectivamente. Este resultado demonstra que as amostras podem ser consideradas probióticas, uma vez que apresentaram contagens de células viáveis superiores a 6 log UFC/g, conforme recomendado por Shah (2007). A viabilidade da bifidobactéria na microcápsula S2 foi maior (p < 0,05) em relação à amostra S1, o que pode ser atribuído à atuação da inulina como termoprotetor para as células durante o processo de secagem por atomização, sendo este efeito também observado por Fritzen-Freire et al. (2012). A Tabela 1 apresenta os valores referentes às propriedades físicas (umidade, atividade de água e solubilidade) das microcápsulas de suco de maracujá obtidas por spray drying. Tabela 1 Propriedades físicas das microcápsulas contendo Bifidobacterium BB-12 preparadas com suco de maracujá e diferentes agentes encapsulantes. Amostras Umidade (g/100 g) Propriedades Atividade de água Solubilidade (%) S1 4,28 ± 0,04 a 0,2918 ± 0,002 a 75,79 ± 0,04 a S2 2,37 ± 0,03 b 0,2698 ± 0,003 b 63,07 ± 0,05 b a-b Médias ± desvio padrão com diferentes letras sobrescritas na mesma coluna indicam diferenças significativas (P < 0,05) entre as microcápsulas. S1: microcápsulas com suco de maracujá e 20 % (m/v) de maltodextrina; S2: microcápsulas com suco de maracujá e 20 % (m/v) de inulina. Fonte: Acervo do autor Em relação ao teor de umidade, foram observadas diferenças (p < 0,05) entre as amostras, sendo que as microcápsulas S1, elaboradas com maltodextrina, apresentaram maiores valores para este parâmetro. Este fato pode estar atribuído à estrutura química da maltodextrina com dextrose equivalente (DE) 20, que possui um grande número de ramificações com grupos hidrofílicos, os quais podem ligar-se facilmente às moléculas de água presentes no ar ambiente durante a manipulação dos pós, bem como durante o processo de secagem (Goula e Adamopoulos, 2008). Comportamento semelhante também foi verificado por Tonon et al. (2011), que avaliaram o efeito do uso de maltodextrinas com diferentes DE, sobre o suco de açaí em pó produzido por spray drying. Por outro

5 lado, verificou-se que a amostra S2 apresentou teor de umidade inferior a 4 g/100 g, o qual, como relatado por Heidebach et al. (2010), é geralmente recomendado para garantir a estabilidade do pó e do micro-organismo probiótico encapsulado de forma prolongada. Os valores das médias de atividade de água das microcápsulas S1 e S2 corresponderam a 0,2698 e 0,2940, respectivamente, estando dentro da faixa de Aw normalmente encontrada para produtos atomizados, e também abaixo de 0,3, o que é favorável à estabilidade química e microbiológica. Além disso, a atividade de água é considerada um fator crítico à estabilidade de produtos probióticos microencapsulados, considerando que as bactérias probióticas sobrevivem melhor em ambientes com baixa atividade de água, embora a água residual em produtos seja essencial para manter a estabilidade estrutural das membranas celulares (Peighambardoust et al., 2011). Os valores encontrados para as amostras estão coerentes com os valores de umidade obtidos e, da mesma forma, as diferenças na atividade de água podem ser atribuídas à estrutura química dos agentes encapsulantes utilizados. Em relação à solubilidade em água, foram observadas diferenças (p < 0,05) entre as microcápsulas, sendo que a amostra S1 apresentou maiores valores de solubilidade, provavelmente devido ao emprego da maltodextrina DE 20, já que esta caracteriza-se pela alta solubilidade em água devido a sua cadeia menor e ramificada. Já a formulação de microcápsulas elaborada com inulina (S2) apresentou-se menos solúvel, o que pode ser explicado pela estrutura química da inulina utilizada, a qual apresenta alto grau de polimerização (DP > 23) e cadeia essencialmente linear (Kim et al., 2001). A menor solubilidade conferida pela inulina pode ser considerada uma característica positiva, visto que esta promove um maior controle sobre a liberação do probiótico das microcápsulas quando em contato com uma solução aquosa, prolongando sua proteção frente às condições do meio externo (Pinto et al., 2015). 4. CONCLUSÕES Ambas as formulações de microcápsulas apresentaram contagens de células viáveis superiores a 6 log UFC/g, podendo ser classificadas como probióticas. As características físicas das microcápsulas de suco de maracujá foram afetadas pelo uso dos diferentes agentes encapsulantes, e foi possível constatar que as microcápsulas produzidas com inulina apresentaram características físicas mais adequadas, como menores valores para a umidade e atividade de água e menor solubilidade em água, garantindo maior estabilidade. 5. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem o suporte financeiro ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) (Edital Universal) e à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes).

6 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Brasil, Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento. (2003). Institui o Regulamento Técnico para Fixação dos Padrões de Identidade e Qualidade Gerais para Suco Tropical (Instrução Normativa nº 12, de 4 de setembro de 2003). Diário Oficial da República Federativa do Brasil. De Vos, P., Faas, M. M., Spasojevic, M., & Sikkema, J. (2010). Encapsulation for preservation of functionality and targeted delivery of bioactive food components. International Dairy Journal, 20, Fernandes, R. V. B., Borges, S. V., & Botrel, D. A. (2013). Gum arabic/starch/maltodextrin/inulin as wall materials on the microencapsulation of rosemary essential oil. Carbohydrate polymers, 101, Fritzen-Freire, C. B., Prudêncio, E. S., Amboni, R. D. M. C., Pinto, S. S., Negrão-Murakami, A. N., & Murakami, F. S. (2012). Microencapsulation of bifidobacteria by spray drying in the presence of prebiotics. Food Research International, 45(1), Goula, M. A. & Adamopoulos, G. K. (2008). Effect of maltodextrin addition during spray drying of tomato pulp in dehumidified air: II. Powder properties. Drying Technology, 26, Heidebach, T., Först, P., & Kulozik, U. (2010). Influence of casein-based microencapsulation on freeze-drying and storage of probiotic cells. Journal of Food Engineering, 98(3), IAL (Instituto Adolfo Lutz) (2008). Normas Analíticas do Instituto Adolfo Lutz: Métodos físicoquímicos para análise de alimentos (4. ed.). São Paulo, SP, Brasil: IAL. Kim, Y., Faqih, M.N., & Wang, S.S. (2001). Factors affecting gel formation of inulin. Carbohydrate Polymers, 46(2), Martins, E. M. F., Ramos, A. M., Vanzela, E. S. L., Stringheta, P. C., Pinto, C. L. O., & Martins, J. M. (2013). Products of vegetable origin: A new alternative for the consumption of probiotic bacteria. Food Research International, 51, Peighambardoust, S. H., Golsham, T. A., & Hesari, J. (2011). Application of spray drying for preservation of lactic acid starter cultures: a review. Trends in Food Science and Technology, 22, Pinto, S. S., Fritzen-Freire, C.B., Benedetti, S., Murakami, F. S., Petrus, J. C. C., Prudêncio, E. S., & Amboni, R. D. M. C. (2015). Potential use of whey concentrate and prebiotics as carrier agents to protect Bifidobacterium-BB-12 microencapsulated by spray drying. Food Research International, 67, Rivera-Espinoza, Y. & Gallardo-Navarro, Y. (2010). Non-dairy probiotic products. Food Microbiology, 27, Rodrigues, D., Sousa, S., Gomes, A. M., Pintado, M. M., Silva, J. P., Costa, P., Amaral, M. H., Rocha- Santos, T., & Freitas, A. C. (2012). Storage stability of Lactobacillus paracasei as free cells or encapsulated in alginate-based microcapsules in low ph fruit juices. Food Bioprocess Technology, 5, Shah, N. P. (2007). Functional cultures and health benefits. International Dairy Journal, 17, Sheu, T.Y., Marshall, R.T., & Heymann, H. (1993). Improving survival of culture bacteria in frozen desserts by microentrapment. Journal of Dairy Science, 76, Tonon, R. V., Freitas, S. S., & Hubinger, M. D. (2011). Spray drying of açai (Euterpe oleraceae Mart.) juice: effect of inlet air temperature and type of carrier agent. Journal of Food Processing and Preservation, 5, Tripathi, M. K., & Giri, S. K. (2014). Probiotic functional foods: Survival of probiotics during processing and storage. Journal of Functional Foods, 9,

7 Vinderola, C.G., & Reinheimer, J.A. (1999). Culture media for the enumeration of Bifidobacterium bifidum and Lactobacillus acidophilus in the presence of yoghurt bacteria. International Dairy Journal, 9,