Extração assistida por micro-ondas e ultrassom de compostos bioativos das brácteas da araucaria angustifolia e seu encapsulamento por atomização e liofilização

Abstract

Conífera nativa da região sul e sudeste do Brasil a Arauraria angustifolia, sofreu através dos anos com a exploração indiscriminada de sua madeira, mas converteu-se numa espécie símbolo do sul do Brasil, devido ao consumo, pela população, das suas sementes comestíveis, os pinhões. Atualmente, as cascas dos pinhões e brácteas (sementes estéreis) da araucária são descartadas no ambiente sem reaproveitamento, porém estes subprodutos são fontes de compostos fenólicos, que podem ser usados para agregar valor. Para a extração de compostos bioativos tem sido empregado técnicas não convencionais que diminuem o uso de solventes orgânicos e o gasto energético. Por outro lado, o encapsulamento destes compostos busca garantir sua estabilidade e minimizar as limitações na aplicação industrial. À vista disso, o presente estudo objetivou avaliar a extração de compostos bioativos das brácteas da Araucaria angustifolia, através das extrações assistida de micro-ondas (EAM) e ultrassom (EAU) e o posterior encapsulamento do extrato através dos métodos de atomização e liofilização, utilizando pectina (PEC), colágeno hidrolisado (CH), polidextrose (PD) e goma guar parcialmente hidrolisada (GGPH) como materiais de parede. Para a EAU utilizou-se as potências de 250, 350 e 450 W, e tempos de 10, 15 e 20 min; e na EAM foram usadas potências de 700, 800 e 1000 W com tempos de 10, 15 e 20 min. A extração assistida por micro-ondas com o tempo de 20 min e potência de 1000 W resultou na melhor condição de extração, com teores de 47,61 mg g-1 (b.s) EAT, 27,09 mg g-1 (b.s) EAT, 779,95 mg g-1 (b.s) ECAT, 427,28 μmol g-1 (b.s) ET , 467,79 μmol g-1 (b.s) ET para compostos fenólicos totais, taninos totais, taninos condensados, e atividade antioxidante por ABTS e DPPH, respectivamente Essa condição quando comparada com a extração exaustiva realizada, não apresentou diferenças significativas quanto aos compostos fenólicos totais, taninos totais e taninos condensados, enquanto que a atividade antioxidante por DPPH apresentou valores maiores. Este mesmo extrato (1000 W; 20 min) foi encapsulado por atomização e liofilização, utilizando misturas de PEC-CH e PDGGPH, adicionadas ao extrato nas proporções de (0,25:0,75:9; m/m/m ) e (0,5:0,5:9; m/m/m), respectivamente. Os testes reológicos realizados nessas dispersões indicaram que ambas apresentaram comportamento de fluidos não-Newtonianos. Os pós obtidos com PD-GGPH resultaram nos maiores teores de compostos fenólicos totais (42,50 e 47,44 mg g-1 (b.s) EAT), taninos totais (36,88 e 40,91 mg g-1 (b.s) EAT), taninos condensados (498,46 e 669,58 mg g-1 (b.s) ECAT) e atividade antioxidante por ABTS (264,97 e 267,24 μmol g-1 (b.s) ET) e DPPH (139,78 e 157,83 μmol g-1 (b.s) ET) atomizados e liofilizados, respectivamente. Com relação às características físico-químicas, todos os pós apresentaram baixa atividade de água entre 0,19 e 0,35 e umidades de 1,52 a 3,48 %. A higroscopicidade foi elevada em todas as amostras com valores que variaram entre 30,68 a 45,27 %, enquanto que a solubilidade em água apresentou os melhores valores para os pós encapsulados com PD-GGPH, atomizado e liofilizado, com valores de 98,00 e 97,69 %, respectivamente. A microscopia eletrônica de varredura dos pós atomizados com PD-GGPH mostraram partículas com formato esférico regular, enquanto os pós de PEC-CH, exibiram formato irregular com a presença de rugosidade. Os pós liofilizados das duas dispersões apresentaram tamanhos e formas irregulares, devido principalmente a moagem realizada após liofilização. Os resultados do FTIR indicaram que o encapsulamento foi proporcionado por interações físicas entre os encapsulantes e os compostos fenólicos. A análise termogravimétrica indicou que a partir dos 220 °C iniciam-se as reações que desestruturam os materiais de parede, deixando os compostos encapsulados expostos, suscetíveis à degradação. A avaliação do armazenamento em condições aceleradas (temperaturas de 35 e 55 °C com 75 e 90 % de umidade relativa durante 35 dias) indicou que nos pós obtidos não ocorreram reduções significativas nos teores de compostos fenólicos e taninos totais durante o período de estocagem avaliado, havendo em algumas condições, o aumento destes teores no final da armazenagem, sendo que os pós resultantes da encapsulação com PEC-CH apresentaram os maiores aumentos com 70,7 e 101,9 % para compostos fenólicos totais e 81,0 e 116,0 % para taninos totais, atomizados e liofilizados, respectivamente. Estes aumentos se devem às reações de hidrólises e/ou reações de polimerizações que possam ter ocorrido durante a estocagem. Com os resultados obtidos tem-se que as brácteas de Araucaria angustifolia são fontes de compostos bioativos, sendo possível sua obtenção através da extração assistida por micro-ondas, e que seu encapsulamento permite a aplicação em formulações alimentícias

Arauraria angustifolia, a native southern and southeastern Brazilian plant, has suffered through the years with the indiscriminate exploitation of its wood, but it has become a symbolic species in Brazil, due to the population's consumption of its edible seeds, named pinhão. At present, the bark of pine nuts and bracts (sterile seeds) of Araucaria are discarded in the environment without any reuse, but these by-products are considerable sources of phenolic compounds, which can be used to add value. For the extraction of the bioactive compounds, several unconventional techniques have been applied to minimize the use of organic solvents and energy expenditure. On the other hand, the encapsulation of these compounds seeks to guarantee the stability and to minimize the limitations in the industrial application. Therefore, the present study aimed to evaluate the extraction of bioactive compounds from Araucaria angustifolia bracts through assisted microwave extractions (MAE) and ultrasound (UAE) and subsequent encapsulation of the extract through spray drying and freeze drying methods, using pectin (PEC), hydrolyzed collagen (HC), polydextrose (PD) and partially hydrolyzed guar gum (PHGG) as wall materials. For UAE, potencies of 450, 350 and 250 W and times of 10, 15 and 20 min were used; for MAE it was used potencies of 1000, 800 and 700 W with times of 10, 15 and 20 min. The MAE with the time of 20 min and power of 1000 W resulted in the best extraction condition, with contents of 47.61 mg g-1 (d.b) EAT, 27.09 mg g-1 (d.b) EAT, 779.95 mg g-1 (d.b) ECAT, 427.28 μmol g-1 (d.b) ET, 467.79 μmol g-1 (d.b) ET for total phenolic compounds, total tannins, condensed tannins, and antioxidant activity by ABTS and DPPH assays, respectively This condition, when compared to the exhaustive extraction, did not show significant differences in total phenolic compounds, total tannins and condensed tannins, while the antioxidant activity by DPPH presented higher values. The same extract (1000 W, 20 min) was encapsulated by spray drying and freeze drying using mixtures of PEC-HC and PD-PHGG added to the extract in the proportions of (0.25:0.75:9) and (0.5:0.5:9) (w/w/w), respectively. The rheological tests performed on these dispersions indicated that both presented non- Newtonian fluid behavior. The PD-PHGG powders produced by spray drying and freeze drying, presented respectively: the highest total phenolic compounds (42.50 and 47.44 mg g-1 (d.b) EAT), total tannins (36.88 and 40.91 mg g-1 (d.b) EAT), condensed tannins (498.46 and 669.58 mg g-1 (d.b) ECAT) and antioxidant activity by ABTS (264.97 and 267.24 μmol g-1 (d.b) ET) and DPPH (139.78 and 157.83 μmol g-1 (d.b) ET). Regarding the physical-chemical characteristics, all the powders had low water activity between 0.19 and 0.35 and humidities of 1.52 to 3.48 %. The hygroscopicity was high in all samples with values ranging from 30.68 to 45.27 %, while the solubility presented the best values for the powders encapsulated with PD and PHGG, spray dried and freeze dried, with values of 98.00 and 97.69 %, respectively. Scanning electron microscopy of PD-PHGG spray dried powders showed regular spherical-shaped particles, whereas PEC-HC powders exhibited irregular shape with the presence of roughness. The freeze dried powders of the two dispersions presented irregular sizes and shapes, mainly due to the grinding performed after freeze drying. The FTIR results indicated that the encapsulation was provided by physical interactions between the encapsulants and phenolic compounds. The thermogravimetric analysis indicated that the reactions that destructure the wall materials begin at 220 °C, exposing the encapsulated compounds leading to susceptible degradation. The evaluation of the storage under accelerated conditions (temperatures of 35 and 55 °C with 75 and 90 % relative humidity for 35 days) indicated that there were no significant reductions in the contents of phenolic compounds and total tannins in the obtained powders during the evaluated storage period. However, in some conditions, there was an increase of these contents at the end of the storage, and the powders resulting from the encapsulation with PEC-HC showed the highest increases with 70.7 and 101.9 % for total phenolic compounds and 81.0 and 116.0 % for total, spray dried and freeze dried tannins, respectively. These increases might be due to hydrolysis reactions and / or polymerization reactions that may have occurred during storage.