Estudo de diferentes formas de processamento do mirtilo visando à preservação dos compostos antociânicos

Abstract

O mirtilo (blueberry, do inglês) é uma espécie frutífera nativa do Hemisfério Norte que é rica em pigmentos antociânicos - substâncias de alto poder antioxidante e preventivas de doenças degenerativas. O objetivo principal deste trabalho foi estudar a influência de diferentes formas de processamento do mirtilo a fim de preservar o seu conteúdo de antocianinas. Para tanto se estudou primeiramente a estabilidade das antocianinas frente ao tratamento térmico e determinou-se a sua cinética de degradação em sucos de mirtilo. Os resultados mostraram que a degradação de antocianinas de mirtilo seguiu uma cinética de reação de primeira ordem e que a variação nas constantes de taxa de degradação em função da temperatura obedeceu à relação de Arrhenius. Os valores de t1/2 variaram de 180,5 a 5,1 h em temperaturas variando de 40 a 80 °C e a energia de ativação (Ea) calculada foi de 80,42 kJ.mol-1. Um segundo estudo foi conduzido a fim de avaliar diferentes alternativas tecnológicas para a extração do suco de mirtilo frente à recuperação de compostos antociânicos. Foram testados quatro métodos de extração: centrifugação, desintegração, arraste a vapor e extração enzimática. O suco extraído com o auxílio de enzimas apresentou a maior recuperação de compostos antociânicos (superior a 30%) o que motivou tratamentos com diferentes preparados enzimáticos comerciais. A enzima NZ103 (Novozymes®) foi a que apresentou melhor desempenho e a condição ótima de seu emprego foi otimizada: temperatura de extração em 50 °C e concentração da enzima NZ103, diluída em 100 vezes, de 2%. Foi investigada a atividade da enzima polifenoloxidase (PPO) em polpas de mirtilo frente ao tratamento térmico. Observou-se que com temperaturas mais amenas de tratamento térmico (próximas a 40 °C) a enzima possuía os maiores valores de atividade; em contrapartida, ao se elevar a temperatura para valores superiores a 80 °C atividade da enzima apresentou-se praticamente nula. A otimização do binômio tempo e temperatura para a polpa do mirtilo resultou em um tratamento térmico a 80 °C durante 219 segundos implicando nas melhores condições para reduzir a atividade da enzima. Outra enzima responsável pela degradação das antocianinas do suco durante o processamento, reconhecida como sendo uma das mais estáveis ao calor e utilizada como um indicador para os tratamentos térmicos é a peroxidase (POD). A redução da atividade de POD foi investigada utilizando membranas de ultrafiltração de 10, 30 e 50 kDa. A retenção das antocianinas foi inferior com a membrana de 50 kDa, com uma média de retenção de 16% e foi observado que, em geral, quanto maior a massa molar de corte da membrana e a temperatura, menor a retenção. A atividade POD nos tratamentos a 50°C foi reduzida independentemente da membrana utilizada; porém para os tratamentos a 30 e 40°C, essa atividade foi reduzida em 97,5 e 96,2% para as membranas de 10 e 30 kDa, respectivamente. Outro estudo foi conduzido com o propósito de minimizar as perdas e a geração de resíduos: a recuperação das antocianinas contidas no bagaço (que contém cerca de 70% das antocianinas do fruto) gerado na produção do suco. O bagaço foi submetido à extração de antocianinas com solventes orgânicos com vistas ao seu aproveitamento pela indústria de alimentos. Para tanto foram determinadas as condições ótimas de pH e razão etanol/água para a extração de antocianinas a partir do bagaço de mirtilo empregando a metodologia de superfície de resposta. Os resultados mostraram que a melhor condição para a extração de antocianinas monoméricas do bagaço de mirtilo foi para pH de 2,75 e 60% de etanol com 521 mg de cianidina-3-glicosídeo/100 g de bagaço. Para a extração das antocianidinas observouse que uma concentração de 60% de etanol e o pH de 3,40 otimizam a extração. As agliconas peonidina e malvidina necessitaram de uma maior concentração de solvente e pH para a sua extração em relação as demais. No entanto, a aplicação desse extrato etanólico diretamente em alimentos é limitada pela presença de solvente orgânico e pela instabilidade das antocianinas ao calor, variações de pH e à luz. Visando minimizar estes efeitos, foi conduzido um estudo propondo a microencapsulação das antocianinas extraídas do bagaço de mirtilo via liofilização. Para tanto foram testados três diferentes agentes encapsulantes: maltodextrina (MD), carboximetilcelulose (CMC) e hidroximetilpropilcelulose (HPMC). A morfologia das micropartículas produzidas, visualizadas por microscopia eletrônica de varredura, apresentaram estruturas irregulares e semelhantes, o que é típico dos pós preparados por liofilização. Os microparticulados apresentaram boa velocidade de dissolução em água e fotoestabilidade das antocianinas, apresentado um tempo de meia vida superior a 38 dias. Um último estudo de aplicação da polpa de mirtilo para a produção de diferentes formulações de purê a partir do uso de hidrocolóides e açúcares incentivou os estudos que possibilitaram o conhecimento reológico destas formulações que serão úteis para o dimensionamento de equipamentos e desenvolvimento de produtos.

Blueberry is a native fruit of the Northern Hemisphere which is rich in anthocyanin pigments - substances of high antioxidant capacity and preventive of degenerative diseases. The main objective of this study was to evaluate the influence of different methods of blueberry processing in order to maintain the anthocyanins content. To achieve this objective several studies were carried out, firstly the stability of anthocyanins and their degradation kinetics in blueberry juice were investigated. The results showed that the degradation of the anthocyanins from blueberries follows a first order kinetic reaction and it dependence on temperature follows the Arrhenius relationship. Values of t1/2 ranging from 180.5 to 5.1 h at temperatures ranging from 40 to 80 °C were obtained, and the activation energy (Ea) was 80.42 kJ.mol-1. A second study was conducted to evaluate different technological alternatives for the extraction of blueberry juice. Four methods were tested: centrifugation, disintegration, steam distillation, and enzymatic extraction. The juice extracted with enzymes showed the highest anthocyanin recovery (above 30%), which motivated tests with different commercial enzyme preparations. Among the enzymes tested, the enzyme NZ103 (Novozymes®) showed the best performance and the excellent conditions of its use were optimized: extraction temperature of 50 °C and enzyme NZ103 concentration of 2%. Another study was carried out to evaluate the activity of polyphenoloxidase (PPO) in the blueberry pulp during thermal treatment. It was observed that at lower temperatures (close to 40 °C) the enzyme has the highest activity values, however, by raising the temperature to above 80 °C enzyme activity was practically null. The optimization of time and temperature for the blueberry pulp led to thermal treatment of 80 °C during 219 seconds, resulting in the best condition to reduce enzyme activity. Another enzyme responsible for anthocyanin degradation during juice processing, one of the most heat stable enzymes and widely used as an indicator of thermal treatments, is the peroxidase (POD). The reduction of POD activity was investigated using ultrafiltration membranes with molecular weight cut off (MWC) of 10, 30 and 50 kDa. The anthocyanins retention was lower with the 50 kDa membrane, with an average of 16% retention and was observed that, in general, the lower the MWC and temperature, the greater was the retention. The POD activity in the treatments at 50°C was reduced regardless of the membrane used; but for the treatments at 30 and 40°C, this activity was reduced by 97.5 and 96.2% for the 10 and 30 kDa membrane, respectively. Another study was conducted in order to minimize losses and waste generation: the pomace (which contains about 70% of the anthocyanins of the fruit), generated in the production of juice underwent the extraction of anthocyanins with organic solvents to be used by the food industry. The optimum conditions of pH and the ethanol/water ratio for extraction of anthocyanins from the blueberry pomace were determined using the response surface methodology. Results showed that the best condition for the extraction of monomeric anthocyanins present in the blueberry pomace was at pH 2.75 and 60% ethanol, with 521 mg of cyanidin-3-glucoside/100 g of pomace. For the extraction of anthocyanidins, it was observed that a concentration of 60% ethanol and pH of 3.40 was the best condition to optimize extraction. The extraction of aglycones peonidin and malvidin was better a higher concentration of solvent and higher pH values. However, application of ethanol extract directly in food is limited by the presence of organic solvent and the anthocyanins lower stability towards heat and light. In order to minimize these effects, there was another study proposing the microencapsulation of anthocyanins extracted from blueberry pomace by freezedrying. Therefore, we tested three different coating agents: maltodextrin (MD) carboxymethylcellulose (CMC) and hydroxypropylmethylcellulose (HPMC). The microparticles morphology, visualized by scanning electron microscopy, showed irregular structures, which is typical of the powders prepared by freezedrying. The microcapsules showed good solubility and anthocyanins stability toward light, presented a half-life exceeding 38 days. Finally, a study related with an application of blueberry pulp was developed, to produce different formulations of purees from the use of hydrocolloids and sugars. The influence of temperature, xanthan gum and fructose addition on rheological behavior in steady state of blueberry puree was evaluated. The xanthan gum appears as a determinant variable for the viscosity of the puree. In the range of additive concentrations studied, the obtained statistical models could be used for the development of formulations with specified viscosity, constituting a useful tool for modeling and design of unit operations related to blueberry puree production.