PRODUÇÃO DE MICROPARTÍCULAS DE QUITOSANA COM ÓLEO DE PALMA

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1 PRODUÇÃO DE MICROPARTÍCULAS DE QUITOSANA COM ÓLEO DE PALMA M.V. Galindo 1, S.J. Souza 2, I. D. Alvim 3, C. R. F. Grosso 4, M.A. Shirai 5 1- Departmento Acadêmico de Alimentos Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Campus Londrina - Cep: Londrina PR Brasil, Fone: (43) Fax: (43) (rpmarcella@hotmail.com) 2- Departamento Acadêmico de Alimentos Universidade Tecnológica Federal do Paraná Campus Campo Mourão, Cep: Campo Mourão PR Brasil, Fone: (44) Fax: (44) (silvio.souza93@hotmail.com) 3 Centro de Pesquisa e Desenvolvimento de Cereais e Chocolates Instituto de Tecnologia de Alimentos Cep: Campinas SP Brasil, Fone: (19) Fax: (19) (izabela@ital.sp.gov.br) 4 Programa de Pós-graduação em Tecnologia de Alimentos - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Campus Londrina Cep: Londrina PR Brasil, Fone: (43) Fax: (43) e- mail: (carlosgrosso@utfpr.edu.br) 5 Departamento Acadêmico de Alimentos - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Campus Londrina Cep: Londrina PR Brasil, Fone: (43) Fax: (43) (marianneshirai@utfpr.edu.br) RESUMO Dentre os óleos vegetais, o óleo de palma é o que apresenta maior concentração de carotenoides, que são suscetíveis a oxidação quando expostos ao oxigênio, luz e calor. A microencapsulação é uma alternativa que pode proteger esses carotenoides de agentes externos, promovendo a sua libertação sob condições específicas. Este trabalho teve como objetivo produzir micropartículas de quitosana com óleo de palma e determinar o diâmetro médio, a distribuição de tamanho, a eficiência de encapsulação e a morfologia por microscopia ótica. As micropartículas foram sintetizadas com sucesso pela técnica de gelificação iônica, com diâmetro médio variando de 4,89 a 7,57 µm. Entretanto, uma baixa eficiência de encapsulação e elevado índice de polidispersão foram obtidos, sugerindo que melhorias devem ser implementadas durante do processo de produção das micropartículas. PALAVRAS-CHAVE: encapsulação; biopolímero; gelificação iônica. ABSTRACT Among vegetable oils, palm oil is the one with the highest concentration of carotenoids, which are susceptible to oxidation when exposed to oxygen, light and heat. Microencapsulation is an alternative that can protect these carotenoids against external agents, promoting their release under specific conditions. This study aimed to produce chitosan microparticles with palm oil and determine the average diameter, size distribution, encapsulation efficiency and morphology by light microscopy. The microparticles were successfully synthesized by ionic gelation technique with an average diameter ranging from 4.89 to 7.57 µm. However, a low encapsulation efficiency and high polydispersity index were obtained, suggesting that improvements should be implemented during the production of the microparticles. KEYWORDS: encapsulation; biopolymer; ionic gelation. 1. INTRODUÇÃO

2 A quitosana é um polissacarídeo obtido a partir da desacetilação da quitina, composta por unidades de 2-acetamido-2-deoxi-D-glicopiranose e 2-amino-2-deoxi-D-glicopiranose unidas por ligações do tipo β (1-4). O grupo amino (NH 2 ) presente em sua estrutura, quando em meio ácido, apresenta cargas positivas devido à sua protonação (NH 3 + ). Geralmente é encontrada em carapaças de crustáceos (caranguejo, lagosta e camarões) e insetos, podendo ser produzida também por fungos (Aspergillus niger, Mucor rouxii e Penecillium notatum) (Abdou et al., 2008, Elsabee e Abdou, 2013). A quitosana possui grande potencial para ser utilizada na produção de embalagens alimentícias e como agente encapsulante de compostos bioativos lipofílicos como óleos essenciais e vitaminas (Hosseini et al., 2013). As micropartículas de quitosana podem ser produzidas pela técnica de gelificação iônica, que é baseada na interação eletrostática entre o grupamento amino da quitosana e as cargas negativas de um poliânion, como o tripolifosfato de sódio (TPP), formando um líquido-gel. Esta técnica se destaca pois as partículas são obtidas em condições que não envolvem o uso de solventes orgânicos potencialmente tóxicos e altas temperaturas de processo (Aouada, 2009, Calvo et al., 1997, Kumari et al., 2010). A encapsulação de compostos bioativos tem representado uma alternativa viável e eficiente para elevar a estabilidade físico-química, proteger de interações com os ingredientes alimentícios, manter a bioatividade e permitir a sua liberação controlada no local desejado. Estudos relatam com sucesso a encapsulação de óleos essenciais de orégano, de Zataria multiflora, de Cinnamomum zeylanicum, carvacrol e óleo de palma em quitosana (Hosseini et al., 2013, Mohammadi et al., 2015a b, Keawchaoon eyoksan, 2011, Rutz et al., 2016). O óleo de palma possui ampla aplicabilidade na área alimentícia e farmacêutica por apresentar propriedades nutricionais e antioxidantes devido a presença de tocoferol, carotenoide, fitoesterois, alguns compostos fenólicos e fitonutrientes (Teixeira et al., 2013). Desta forma, a sua encapsulação em quitosana pelo método de gelificação iônica, poderia proteger estas substâncias bioativas e evitar a exposição direta ao calor, luz, pressão e oxigênio durante o processamento de alimentos (Marfil, 2014, Hosseini et al., 2013). No presente trabalho o objetivo foi produzir micropartículas de quitosana com óleo de palma por gelificação iônica e avaliar a eficiência da encapsulação, o tamanho médio e a morfologia. 2. MATERIAL E MÉTODOS 2.1 Material As micropartículas foram sintetizadas utilizando-se quitosana de baixo peso molecular (Sigma Aldrich, EUA) com grau de desacetilação de 85%, tripolifosfato de sódio (Vetec, Brasil), ácido acético glacial (Synth, Brasil) e óleo de palma (Masterfoods, Brasil). 2.2 Produção das micropartículas de quitosana com óleo de palma As micropartículas de quitosana com óleo de palma foi produzida de acordo com método descrito por Calvo et al. (1997) e Hosseini et al. (2013), com modificações. Inicialmente a quitosana (0,5 % p/v) foi dissolvida em solução aquosa de ácido acético (0,5 % v/v) sob agitação magnética por 1 hora seguida de mais 30 minutos de sonicação (Schuster, modelo L-100, Brasil ). O ph da solução foi ajustado para 4,4 com NaOH 0,1 M. Tween 80 (3,36 g, HLB 15,9) e óleo de palma (0,75 g e 1,50 g) foram adicionados em 150 ml de solução de quitosana e agitados com mixer (Philips Walita, Brasil) por 2 minutos para obter uma emulsão. Em seguida 75 ml do tripolifostato de sódio (0,4% p/v) foram gotejadas na emulsão e

3 mantida sob agitação por 40 minutos. As micropartículas formadas foram coletadas por centrifugação (Thermo Fisher, EUA) a rpm por 15 minutos a 25 C, lavada três vezes com água deionizada e secas em dessecador contendo sílica gel. 2.3 Determinação da eficiência da encapsulação Micropartículas de quitosana contendo óleo de palma (50 mg) foram misturadas em 4 ml de solução de HCl 2M e aquecida a 95 C por 30 minutos. Em seguida a mistura foi resfriada e adicionouse 4 ml de hexano para a extração do óleo. O sobrenadante foi coletado e o conteúdo do óleo de palma foi medido em espectrofotomêtro UV-Vis, em comprimento de onda de 440 nm. A quantidade de óleo de palma foi calculada a partir de uma curva de calibração do óleo livre misturado em hexano (y = 0,0004 x + 0,0637, R 2 = 0,99). A eficiência da encapsulação (EE) do óleo de palma foi calculada com equação 1: EE(%) = quantidade total de azeite encapsulado quantidade inicial de azeite 100 (Equação 1) 2.4 Determinação do diâmetro médio e distribuição de tamanho O diâmetro médio e a distribuição de tamanho das micropartículas foram determinadas por espalhamento de luz (Horiba, modelo LV950, Japão) com água destilada como meio dispersante. O diâmetro médio da partícula foi expresso em termos de volume médio (D 4,3 ) e a polidispersidade foi dada pelo índice span, calculado com a Equação 2: Span = D 90 D 10 D 50 (Equação 2) onde: D 10, D 50 e D 90 correspondem aos diâmetros referentes a 10, 50 e 90% da distribuição acumulada. 2.5 Morfologia A morfologia das micropartículas foram avaliadas em microscópio ótico (Olympus, modelo BX41) acoplado com câmera digital (QCapture) para obtenção das imagens. As captações foram feitas em objetiva de 100X de aumento. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO As micropartículas de quitosana com óleo de palma foram sintetizadas com sucesso pela técnica de gelificação iônica. Na Tabela 1 estão apresentados os resultados de eficiência da encapsulação (EE), diâmetro médio e índice de polidispersão (span) de micropartículas de quitosana com óleo de palma. A EE variou de 22,2 a 28,9%, sendo estes valores próximos ao observado por Keawchaoon e Yoksan (2011) em nanopartículas de quitosana com carvacrol, abaixo do reportado por Rutz et al. (2016) em micropartículas de quitosana/tpp com óleo de palma e β-caroteno e acima do encontrado por Hosseini et al. (2013) em nanopartículas de quitosana com óleo essencial de orégano. Uma proporção adequada de quitosana e TPP é um dos requisitos necessários para ter uma boa EE. Neste trabalho é possível que a quantidade de TPP adicionada na solução de quitosana não foi suficiente para realizar as ligações cruzadas, resultando numa baixa EE.

4 Tabela 1. Eficiência da encapsulação (EE), diâmetro médio e índice de polidispersão (span) de micropartículas de quitosana com óleo de palma Amostra EE (%) D 4.3 Span Controle - 5,84 ± 0,10 1,94 ± 0,14 M0,75 28,9 ± 0,76 7,57 ± 0,24 1,24 ± 0,08 M1,50 22,2 ± 3,58 4,89 ± 0,16 1,93 ± 0,08 O diâmetro médio das micropartículas (D 4.3 ) variaram de 4,89 a 7,57 µm. Microcápsulas de óleo de palma obtidas por coacervação complexa em matriz de gelatina e goma arábica apresentaram diâmetro médio maior, variando de 97,1 a 689,1 µm (Marfil, 2014). O índice de polidispersão (representado pelo valor de span) das micropartículas de quitosana com óleo de palma foram elevados, ou seja, não houve homogeneidade quanto ao tamanho das amostras. Na Figura 1 encontra-se as imagens de microscopia ótica das micropartículas de quitosana contendo óleo de palma. Foi possível identificar nas imagens de todas as amostras partículas maiores, algumas de tamanho bem reduzido e aglomeradas, que corroboram os valores do índice de polidispersão (span). Característica morfológica similar foi relatado por Rutz et al. (2016) em micropartículas de quitosana/carboximetilcelulose e quitosana/tpp contendo óleo de palma e β- caroteno, e os autores relacionaram a irregularidade das formas das micropartículas ao método de secagem (liofilização). Sendo assim, é possível que a forma como as micropartículas foram secas neste trabalho não foi adequada ou seria necessária a adição de um composto que evitasse a aglomeração das mesmas. Figura 1 - Microscopia ótica das micropartículas de quitosana com óleo de palma. 4. CONCLUSÃO Controle M0,75 M1,50 As micropartículas de quitosana com óleo de palma foram produzidas com êxito pelo método de gelificação iônica. Entretanto, um melhor controle do processo produtivo ainda é necessário com o objetivo de elevar a eficiência de encapsulação, obter partículas com tamanho mais homogêneo (menor polidispersidade) e assim viabilizar a sua aplicação em produtos alimentícios. 5. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao CNPq pelo auxílio financeiro (Processo nº /2014-7). 6. REFERENCES

5 Abdou, E. S., Nagy, K. S. A., Elsabee, M. Z. (2008) Extraction and characterization of chitin and chitosan from local sources. Bioresource Technology, 99, Aouada, M. R. (2009). Aplicação de nanopartículas em filmes utilizados em embalagens para alimentos (Tese de doutorado). Universidade Federal de São Carlos, São Paulo. Calvo, P., Remuñán-López, C., Vila-Jato, J. L., Alonso, M. J. (1997) Novel hydrophilicchitosanpolyethylene oxide nanoparticles as protein carriers. Journal of Applied Polymer Science, 63, Elsabee, M. Z., Abdou, E. S. (2013) Chitosan based edible films and coatings: A review. Material Science and Engineering C, 33, Hosseini, S. F.; Zandi, M.; Rezaei, M.; Farahmandghavi, F. (2013) Two-step method for encapsulation of orégano essential oil in chitosan nanoparticles: Preparation, characterization and in vitro release study. Carbohydrate Polymers, 95, Keawchaoon, L.; Yoksan, R. (2011) Preparation, characterization and in vitro release study of carvacrol-loaded chitosan nanoparticles. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 84, Kumari, A., Yadav, S. K., Yadav, S.C. (2010) Biodegradable polymeric nanoparticles based drug delivery systems. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 75(1), Mohammadi, A.; Hashemi, M.; Hosseinini, S. F. (2015a) Chitosan nanoparticles loaded with Cinnamomum zeylanicum essential oil enhance the shelf life of cucumber during cold storage Determination of encapsulation efficiency and loading capacity. Postharvest Biology and Technology, 110, Mohammadi, A.; Hashemi, M.; Hosseinini, S. F. (2015b) Nanoencapsulation of Zataria multiflora essential oil preparation and characterization with enhanced antifungal activity for controlling Botrytis cinerea, the causal agent of gray mould disease. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 28, Marfil, P. H. M. (2014). Microencapsulação de óleo de palma por coacervação complexa em matrizes de gelatina/goma arábica e gelatina/alginato (Tese de doutorado). Universidade Estadual Paulista, São Jose do Rio Preto. Rutz, J. K., Borges, C. D., Zambiazi, R. C., Rosa, C. G., Silva, M. M. (2016). Elaboration of microparticles of carotenoids from natural and synthetic sources for application in food. Food Chemistry, 202, Teixeira, C. B., Macedo, G. A., Macedo, J. A., Silva, L. H. M., Rodrigues, A. M. da C. (2013). Simultaneous extraction of oil and antioxidant compounds from oil palm fruit (Elaeis guineensis) by an aqueous enzymatic process. Bioresource Technology, 129,