Extração de compostos bioativos do hibisco (Hibiscus sabdariffa L.) por micro-ondas e seu encapsulamento por atomização e liofilização

Abstract

Os cálices do hibisco possuem uma grande quantidade de compostos bioativos responsáveis pela sua atividade antioxidante. O presente trabalho teve como objetivos a obtenção de extratos contendo esses compostos bioativos em solução aquosa com 2 % de ácido cítrico por extração assistida por micro-ondas (EAM) e o encapsulamento desses extratos por atomização e liofilização utilizando polidextrose (PD), proteína isolada do soro de leite (WPI) e a mistura destes na concentração de 10 %. Previamente foram estudados três métodos de extração, o primeiro usando somente EAM a 200, 300 e 700 W de potência, e tempos de 2, 5 e 8 minutos; o segundo consistiu de dois períodos, a extração aquosa ácida com tempos de 1, 2, 4, 6, 18 e 24 horas seguida de EAM nas potências de 200, 300 e 700 W; o terceiro consistiu de EAM seguida de extração aquosa ácida, nos mesmos tempos e potências citados para o segundo método. Os resultados indicaram que a melhor condição do primeiro método foi a 700 W e 8 min, do segundo método realizada a 6 horas de extração aquosa ácida, seguida de EAM a 700 W por 8 min e do terceiro método, EAM a 700 W por 8 min seguida de 6 horas de extração aquosa ácida. Quando os três métodos foram comparados, a melhor condição de extração foi aquela obtida no terceiro método: 1,63 mg delfinidina-3-sambubiosídeo · g-1; 29,62 mg EAG · g-1; 133,25 μmol ET · g-1 para antocianinas, fenólicos totais e atividade antioxidante por ABTS, respectivamente. Para avaliar o efeito da extração obtida somente por EAM, os extratos obtidos por extração exaustiva com metanol por 25 min e EAM a 700 W e 8 min foram quantificados por HPLC-DAD-ESI-MS/MS, sendo encontrados 13 compostos (6 ácidos fenólicos, 2 antocianinas e 5 flavonóides derivados da quercetina, kaempferol e miricetina). Os compostos fenólicos majoritários foram o ácido 3-cafeoilquínico (2,58 e 1,32 mg · g-1) e ácido 5-cafeoilquínico (1,71 e 0,90 mg · g-1) para extração exaustiva e EAM, respectivamente. Esse mesmo extrato (700 W e 8 min) foi encapsulado por atomização (160 °C) e liofilização (- 68 °C por 54 horas). Os pós obtidos foram avaliados quanto aos teores de compostos fenólicos totais, antocianinas monoméricas totais, atividade antioxidante (ABTS, DPPH e HRSA), medidas por análises espectrofotométricas, atividade de água, umidade, higroscopicidade, solubilidade, eficiência de encapsulação, cor, análise termogravimétrica, temperatura de transição vítrea, espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e microestrutura (MEV). Os pós atomizados tiveram menor atividade de água (0,14 a 0,17), umidade (3,4 a 4,5 %), higroscopicidade (23,9 a 34,1 %), solubilidade (86 a 98,2 %) e eficiência de encapsulação (51,62 a 84,52 %) do que os pós liofilizados. Os resultados do FTIR mostraram que os encapsulantes não interagiram quimicamente, visto que não foram observados mudanças na frequência dos picos; as provas termogravimétricas indicaram que os pós apresentaram a mesma tendência nas perdas de massa. Na análise de microestrutura foi observado um melhor desempenho nas micropartículas atomizadas com PD, as quais mostraram partículas mais esféricas e sem tendência de atração e aderência entre si. Foram obtidas retenções de 38 a 77 % para antocianinas monoméricas totais, 42 a 89 % para compostos fenólicos totais, e entre 33 e 90 % para atividade antioxidante nos pós obtidos. O pó encapsulado liofilizado com 10 % de polidextrose mostrou uma maior retenção de antocianinas (77 %), atividade antioxidante por DDPH (90 %) e HRSA (74 %), entretanto com maior higroscopicidade (39,4 %). As provas aceleradas de estocagem (umidades relativas de 75 e 90 % em temperaturas de 40 e 60 °C) realizadas em todos os pós encapsulados, após 30 dias, indicaram que o tratamento liofilizado com 10 % de PD foi o que apresentou melhores resultados a essas condições, retendo 75 % dos compostos fenólicos, com atividades antioxidantes medidas por ABTS, DPPH e HRSA de 75, 90 e 74 %, respectivamente, existentes no extrato original. O pó obtido tem potencial para aplicação em alimentos, portanto, devido ao hibisco ser uma matriz com ampla composição de compostos bioativos.

The hibiscus calyces contend a high quantity of bioactive compounds responsible for their antioxidant activity. The present paper was aimed the production of extracts containing those bioactive compounds in acidified aqueous solution 2 % of citric acid by microwave assisted extraction (MAE) and the encapsulation of those extracts by spray drying and freeze-drying using polydextrose (PD), whey protein isolate (WPI) and their mixture in the concentration of 10 %. Previously three methods of extraction were studied, the first using only MAE at 200, 300 and 700 W of power, and times of 2, 5 and 8 minutes; the second consisted of two steps, the acid aqueous extraction with times of 1, 2, 4, 6, 18 and 24 hours followed by MAE at the powers of 200, 300 and 700 Watts; the third consisted of MAE followed by acid aqueous extraction, in the same times and powers mentioned for the second method. The results indicated that the best condition of the first method was 700 W and 8 minutes, the second method performed at 6 hours of acid aqueous extraction, followed by MAE at 700 W for 8 minutes and the third method, MAE at 700 W for 8 minutes followed by 6 hours of acid aqueous extraction. When the three methods are compared, the best condition of extraction was obtained in the third method: 1.63 mg delphinidin-3-sambubioside · g-1; 29.62 mg GAE · g-1; 133.25 μmol TE · g-1 for total monomeric anthocyanins, total phenolic compounds and antioxidant activity by ABTS, respectively. To evaluate the effect of the extraction obtained only by MAE, the extracts obtained by exhaustive extraction with methanol for 25 minutes and MAE at 700 W and 8 minutes were quantified by HPLC-DAD-ESI-MS/MS, was found 13 compounds (6 phenolic acids, 2 anthocyanins and 5 flavonoids derived from quercetin, kaempferol and myricetin). The phenolic compounds majorities were acid 3-caffeoylquinic (2.58 e 1.32 mg · g-1) and acid 5-caffeoylquinic (1.71 e 0.90 mg · g-1) for exhaustive extraction and MAE, respectively. That same extract (700 W and 8 minutes) was encapsulated by spray drying (160 ºC) and freeze-drying (- 68 °C for 54 hours). The obtained powders were evaluated about the levels of total phenolic compounds, total monomeric anthocyanins, antioxidant activity (ABTS, DPPH e HRSA), measured by spectrophotometric analysis, water activity, moisture, hygroscopicity, solubility, encapsulation efficiency, color, thermogravimetric analysis, glass transition temperature, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and microstructure (MEV). The spray dried powders had lower water activity (0.14 to 0.17), moisture (3.4 to 4.5 %), hygroscopicity (23.9 to 34.1 %), solubility (86 to 98.2 %) and encapsulation efficiency (51.62 to 84.52 %) than the freeze-dried powders. The results of FTIR showed that the encapsulants did not interact chemically, since changes were not observed on the frequency of the peaks; the thermogravimetric tests indicated that the powders presented the same tendency on the mass loss. On the microstructure analysis a better perform was observed on the spray dried microparticles with PD, which showed more spherical particles and with no tendency of attraction and adherence between them. Were obtained retentions of 38 to 77 % for total monomeric anthocyanins, 42 to 89 % for total phenolic compounds and between 33 and 90 % for antioxidant activity in the obtained powders. The encapsulated power by freeze-drying, with 10 % of polydextrose, was showed higher retention of anthocyanins (77 %), antioxidant activity by DDPH (90 %) and HRSA (74 %), however with higher hygroscopicity (39.4 %). The accelerated tests of storage (relative humidity of 75 and 90 % in temperatures of 40 and 60 ºC) performed in all the encapsulated powders, after 30 days, indicated that the freeze-drying treatment with 10 % of PD has the best behavior in those conditions, retaining 75 % of the phenolic compounds, with antioxidant activities measured by ABTS, DPPH and HRSA of 75, 90 and 74 %, respectively, present in the original extract. The obtained powder has potential for application in foods, therefore, due to the hibiscus being a matrix with ample composition of bioactive compounds.