Separação mediante ultrafiltração e microencapsulamento por atomização de compostos fenólicos da casca de uva bordô (Vitis labrusca)

Abstract

O consumo da uva e seus derivados está associado com a proteção contra doenças degenerativas devido a seu conteúdo de compostos fenólicos. A casca de uva é um subproduto da produção de suco de uva e vinho, que possui um alto conteúdo de compostos fenólicos, os quais se extraídos e protegidos por encapsulamento, agregariam valor a esse produto. O objetivo deste trabalho foi separar os compostos fenólicos do extrato aquoso acidificado com ácido cítrico 2% (p/v) da casca de uva a través de ultrafiltração (UF) utilizando membranas de poliestersulfona com massas molares de corte 10 e 30 kDa e posterior microencapsulação dos permeados recolhidos do processo de separação, usando como agentes encapsulantes goma arábica 15% e polidextrose 15%. Inicialmente, estudou-se o desempenho das membranas a diferentes pressões transmembrana de 1,0 a 3,5 bar e temperaturas de 25, 35 e 45°C, com o intuito de definir as melhores condições de separação. Para isso, foram usadas uvas variedade bordô (vitis labrusca) do municipio de Cotiporã, Serra Gaúcha RS. As uvas foram previamente branqueadas em banho de água a 80°C por 5 minutos e posteriormente resfriadas em banho de gelo por 3 minutos. A seguir, as cascas foram separadas manualmente da polpa e colocadas numa solução acidificada com ácido cítrico 2% (p/v) na proporção 1:4 (m/v). Após 20 horas, o extrato acidificado, com pH menor que 2,8, foi filtrado com papel Whatman n° 1 e posteriormente colocado no equipamento de membranas para realizar os diferentes experimentos de UF. Os resultados indicaram que a melhor condição de separação na UF foi à temperatura de 25°C e 3,5 bar de pressão transmembrana. Os resultados mostraram que as permeabilidades hidráulicas para as membranas novas de 10 e 30 kDa foram 10,96 e 20,52 L.m-2.h-1.bar-1, respectivamente. Durante o processo de UF do extrato, os valores de fouling a 25°C foram de 85,9 e 89,6% para as membranas de 10 e 30 kDa, enquanto que a recuperação, após limpeza química, foi de 63,1 e 80,9%, respectivamente. Do estudo das resistências total ao fluxo, constituída pelas resistências da membrana, do fouling e da polarização por concentração, a maior foi a da polarização por concentração, com porcentagens com respeito à resistência total, de 80 a 90% e de 60 a 90% para as membrana de 10 kDa e de 30 kDa, enquanto que a do fouling foi a menor de 1 a 3% e de 2 e 15% nas membranas de 10 e de 30 kDa. As concentrações de polifenois totais na membrana de 10 kDa a 25°C foram de 7,84, 2,51 e 10,89 mg ácido gálico (GA)/g amostra seca, no retido, permeado e extrato, respectivamente. Com a membrana de 30 kDa os teores foram de 7,12, 1,62 e 10,66 mg ácido gálico (GA)/g amostra seca, no retido, permeado e extrato, respectivamente. Quanto aos flavonoides os teores obtidos com a membrana de 10 kDa foram 1,78, 0,63 e 2,51, enquanto que na membrana de 30 kDa foram de 1,60, 0,40 e 2,26 mg Catequinas/g amostra seca, no retido, permeado e extrato, respectivamente. O valor de capacidade antioxidante medido como ABTS para o extrato a 25°C foi de 127,80 equivalentes Trolox (TEAC) (μmol/g amostra seca), e no permeado de 9,10 e 16,41 μmol de trolox equivalente/g amostra seca para as membranas de 10kDa e 30kDa, respectivamente, evidenciando que foram separados poucos compostos com essa propriedade. O índice de correlação entre os teores dos compostos 9 fenólicos e de flavonoides com a capacidade antioxidante foram de 0,99 e de 0,98, respectivamente. A membrana que apresenta melhores condições para a ultrafiltração de casca de uva bordô é a membrana de 10 kDa. Para o estudo de encapsulamento foram usados os permeados de UF obtidos das membranas 10 e 30 kDa a 25°C, utilizando goma arábica 15% e polidextrose 15% como materiais encapsulantes, e posterior secagem por atomização a 140ºC. As micropartículas obtidas resultaram em teores de umidade e de atividade de água menores que 3,90% e 0,18%, respectivamente. Em relação à solubilidade, todas as amostras encapsuladas foram muito solúveis, com valores na faixa de 96,8 a 99,6%. A higroscopicidade dos pós apresentou diferença significativa entre os agentes encapsulantes sendo que a polidextrose foi a mais higroscópica. Para a cor, os parâmetos a* e b* indicaram que as amostras possuem cores entre vermelho e o azul, e de acordo com o Chroma os pós obtidos com polidextrose foram mais saturados do que os pós encapsulados com goma Arábica 15%. Quanto ao parâmetro Hue, os resultados também indicaram que as amostras se encontram no quarto quadrante do circulo cromático de cores (entre vermelho e o azul).

Consumption of grape and it’s components is associated with protection against degenerative diseases due to a high content of phenolic compounds. The grape skin is a rich source of phenolic compounds as are byproducts of grape such as grape juice and compounds found in wine made from grapes resulting in a less recognized added value to these products. Current research separates the phenolic compounds of an acidic aqueous extract with citric acid 2% (w / v) of grape skin and using ultra-filtration with poly(ether sulfone) membranes. This research material had a molecular weight cut-off of 10 and 30 kDa and subsequent micro-encapsulation of collected permeate from the separation process and used Arabic gum and polydextrose 15% as encapsulating agents. Initially the performance of the membranes was compared to different trans-membrane pressure 1,0 to 3,5 bar and temperatures of 25, 35 and 45°C, in order to define the best separation conditions. Bordo grapes (vitis labrusca) that were grown in the city of Cotiporã, region of Rio grande do sul, Brazil, were used for the experiments. Grapes were previously subjected to bleaching with water bath at 80°C for 5 minutes and followed by cooling in an ice bath for 3 minutes. Then the grape skin was manually separated from the pulp and acidified water solution with citric acid 2% (w / v) was added in a ratio of 1:4 (water / pulp). Additionally it was homogenized and the mixture maintained at room temperature for 20 hours. The acidified extract with a pH lower than 2.8 was filtered with Whatman No. 1 paper and placed on the membrane equipment to begin the different UF experiments. The results showed that better separation conditions in the UF was to 25°C and a trans-membrane pressure of 3.5 bar. Results showed that the hydraulic permeabilities for the new membranes of 10 and 30 kDa were 10,96 and 20,52 L.m-1.bar-2.h-1, respectively. During the UF process of the extract, the fouling values at 25°C were 85,9 and 89.6% for the membranes 10 and 30 kDa, while recovery after chemical cleaning was 63,1 and 80,9%, respectively. It was studied total resistance (Rt) to flow constituted by the intrinsic membrane resistance (Rm), fouling resistance (Rf) and cake layer resistance (Rc). The maximum resistance was a cake layer resistance (Rc) with percentages compared with the total resistance of 80 to 90% and from 60 to 90% for membrane 10 kDa and 30 kDa. The fouling was a lowest 1 to 3% and 2 to 15% in membranes 10 and 30 kDa. The total polyphenol concentrations in the 10 kDa membrane at 25°C were 7,84, 2,51 and 10,89 mg (GA)gallic acid/g dry sample, in the retentate, permeate and extract, respectively. With the membrane of 30 kDa, contents were 7,12, 1,62 and 10,66 mg gallic acid (GA)/g dry sample, in the retentate, permeate and extract respectively. Flavonoid contents obtained with the 10 kDa membrane were 1,78, 0,63 and 2,51, and the membrane 30 kDa were 1,60, 0,40 and 2,26 Catechins mg / g sample dry, in the retentate, permeate and extract respectively. The amount of antioxidant capacity measured as ABTS to the extract at 25°C was 127,80 Trolox equivalent (TEAC) (μmol/g dry sample) and permeate of 9,10 and 16,41 Trolox equivalent (TEAC) (μmol/g dry sample) for 11 membranes of 10 and 30 kDa respectively, showing that a few compounds were separated with this property. The correlation index between levels of flavonoids and phenolic compounds with antioxidant capacity were 0,99 and 0,98, respectively. The membrane that presents the best conditions for the ultrafiltration of the grape skin extract is 10 kDa membrane. The encapsulation study used the UF permeates obtained from the membrane process of 10 and 30 kDa to 25°C, using Arabic gum and polydextrose 15% as encapsulating agent and subsequent spray drying process at 140°C. The micro-particles obtained resulted in moisture content and lower water activity to 3.90% and 0.18, respectively. With regard to solubility, all of the encapsulated samples were very soluble, with values ranging from 96.8 to 99.6%. Hygroscopicity of powders showed significant difference between agents encapsulants and the polydextrose was the most hygroscopic. For color, parameters a * and b * indicate that the samples have color between red and blue, in accordance with the Chroma. Powders obtained with polydextrose have been more saturated than powders encapsulated with Arabic gum 15%. As for Hue parameter, the results also indicated that the samples are in the fourth quadrant of the circle chromatic color (from red to blue).