Estudo da cinética do branqueamento da amora-preta (Rubus fruticosus) e microencapsulamento do extrato por atomização

Abstract

A amora-preta (Rubus fruticosus) é uma fruta vermelha altamente nutritiva, reconhecida pelo seu alto conteúdo de compostos fenólicos incluindo, principalmente, as antocianinas, as quais contribuem na alta capacidade antioxidante da fruta, promovendo inúmeros efeitos benéficos à saúde do homem, tais como prevenção de doenças neuronais, diabetes, ação anti-inflamatória, entres outros. Esse trabalho foi dividido em duas etapas: inicialmente estudou-se o branqueamento da amora-preta em água e vapor para determinação das melhores condições desse tratamento térmico. Posteriormente, avaliou-se a encapsulação do extrato aquoso acidificado da amora-preta afim de determinar o tratamento que apresentou maior retenção dos compostos bioativos. Para esse fim, as amoras-pretas foram cortadas em rodelas com 3+0,3 mm de espessura e posteriormente passaram pela operação de branqueamento às temperaturas de 80 e 90°C e vapor a 100ºC nos tempos de 1, 2, 4, 6, 8 e 10 minutos. Foi avaliada a cinética da inativação enzimática da peroxidase e polifenoloxidase e da degradação dos compostos bioativos durante o branqueamento. Os resultados indicaram que a atividade enzimática, teor de antocianinas, compostos fenólicos e atividade antioxidante diminuíram com o tempo e a temperatura. O comportamento cinético das enzimas e dos compostos fenólicos indicou a presença de duas frações com diferentes estabilidades térmicas, seguindo o modelo bifásico, onde as constantes de velocidade de reação aumentaram com o aumento da temperatura tanto para o componente lábil quanto para o resistente ao calor. Para a cinética de degradação do teor de antocianinas e atividade antioxidante foi empregado o modelo de primeira ordem, onde as constantes de velocidade de reação também aumentaram com a temperatura. Através da análise multivariada foi possível verificar que o branqueamento em vapor por dois minutos foi o mais adequado para a amora-preta, resultando valores de 75,75 mg/100g de cianidina-3-glicosídeo para o teor de antocianinas, 540,60 mg(GAE)/100g para compostos fenólicos e atividade antioxidante de 51,06% pelo método DPPH e 73,13% para ABTS. Para o estudo da secagem por atomização foi obtido um extrato aquoso acidificado com ácido cítrico 2% a partir das rodelas de amora-preta branqueadas por dois minutos em vapor. Ao extrato de amora-preta foi adicionado os agentes encapsulantes goma arábica e polidextrose, nas concentrações de 10 e 15%, e para a secagem foi empregado temperaturas de entrada de ar do atomizador de 140 e 160°C. As micropartículas resultaram em valores de umidade e de atividade de água menores que 2,21% e 0,17, respectivamente. Em relação à solubilidade, todas as amostras encapsuladas foram muito solúveis, com valores na faixa de 88,2 a 97,4%. A higroscopicidade dos pós não apresentou diferença significativa em relação a natureza e concentração dos agentes encapsulantes e temperaturas de secagem. Quanto as análises dos compostos bioativos verificou-se que a maior retenção de antocianinas e de compostos fenólicos foram nos pós encapsulados com goma arábica na temperatura de 140ºC. A atividade antioxidante foi avaliada através dos métodos DPPH e ABTS, e verificou-se que, para ambos métodos, a concentração dos agentes encapsulantes não apresentou diferença significativa na atividade antioxidante. Em relação aos parâmetros de cor, o L* foi significativamente maior nas amostras encapsuladas com goma arábica, já o a* e o b* foram maiores nos pós com polidextrose. O índice de escurecimento (IE) das partículas com goma arábica não foi afetado pelo aumento da temperatura de secagem, porém nos pós com polidextrose aumentaram com a temperatura de secagem, resultando em partículas mais escuras. As micropartículas atomizadas apresentaram formato esférico, sendo que partículas com goma arábica tiveram superfície lisa com algumas concavidades, enquanto que as microcápsulas encapsuladas com polidextrose resultaram em micropartículas com superfície lisa ou levemente rugosa, onde as partículas menores foram dispostas em torno das maiores. Através da análise de Pearson verificou-se alta correlação (R> 0,88) entre os parâmetros de cor a*, b*, Hue, Chroma e IE, já os compostos fenólicos apresentaram alta correlação com a atividade antioxidante, DPPH (R=0,86) e ABTS (R=0,95). Através da análise multivariada, as amostras contendo 15% de goma arábica atomizadas na temperatura de 140°C foram as que apresentaram melhores condições de secagem, com teores de 1279,11 mg/100g cianidina-3-glicosídeo de antocianinas, 2429,22 mg(GAE)/100g de compostos fenólicos, atividade antioxidante de 40,26% pelo método DPPH e 45,15% pelo ABTS, 95,8% de solubilidade e os parâmetros de cor Hue, Chroma e IE, 5,98, 30,95 e 33,76, respectivamente.

The blackberry (Rubus fruticosus) is a highly nutritious red fruit known for its high phenolic compound content which includes, in particular, anthocyanins, which contribute to the berry´s high antioxidant capacity. This promotes a variety of beneficial effects on human health, such as the prevention of neural diseases, diabetes, and anti-inflammatory action, among others. This paper has been split into two stages: firstly, the blanching of blackberries in water and vapor was studied to determine the best conditions for thermal treatment. Secondly, the encapsulation of the blackberry acidified aqueous extract was studied to determine the treatment which would allow for the highest retention of bioactive compounds. For this purpose, blackberries were cut in 3+0.3 mm slices and subsequently subjected to a blanching procedure at 80 and 90°C and a vapor temperature of 100ºC during 1, 2, 4, 6, 8 and 10 minutes. An analysis was made of the enzymatic inactivation kinetic of the peroxidase and polyphenol oxidase and of the degradation of bioactive compounds during blanching. The results showed that enzymatic activity, anthocyanin content, phenolic content and antioxidant activity were reduced over time and temperature. The kinetic behavior of enzymes and phenolic compounds pointed to the presence of two fractions with different thermal stability, following the dual-phase model, where the constants of reaction speed increased with the temperature rise for both the labil compound as well as the heat-resistant one. For the degradation kinetic of the anthocyanin content and anti-oxidant activity, the first-order model was employed, wherein the constants of reaction speed also increased with temperature. By way of a multivaried analysis, it was observed that a two-minute vapor blanching was the most appropriate for blackberries, resulting in rates of 75.75 mg/100g of cyanidin-3-glucoside for the antocyanin content, 540.60 mg(GAE)/100g for phenolic compounds and anti-oxidant activity of 51.06% under the DPPH method, and 73.13% for ABTS. For the spray-drying study, an acidified aqueous extract was obtained with 2% citric acid from the blackberry slices blanched in vapor for two minutes. The encapsulating agents gum arabic and polydextrose were added to the blackberry extract, in concentrations of 10 and 15%, and for drying, the spray-dryer temperature was set at 140 and 160°C. The microparticles resulted in moisture and water activity rates lower than 2.21% and 0.17, respectively. As for solubility, all of the encapsulated samples were very soluble, with rates ranging from 88.2 to 97.4%. The hygroscopicity of the powders showed no significant difference in regard to the nature and concentration of the encapsulating agents and drying temperatures. Regarding the analyses of the bioactive components, it was observed that the greatest retention of anthocyanins and phenolic compounds was after encapsulation with gum arabic at a temperature of 140ºC. Antioxidant activity was analyzed under the DPPH and ABTS methods, and it was found that for both methods, the concentration of the encapsulating agents did not show any significant difference in anti-oxidant activity. As for the color parameters, the L* was significantly higher in the encapsulated samples with gum arabic, while a* and b* were higher in powders with polydextrose. The browning index (BI) of particles with gum arabic was not affected by a higher drying temperature, but for the powders with polydextrose it suffered an increase under higher drying temperatures, resulting in darker particles. The sprayed microparticles had a spherical shape, and particles with gum arabic had a smooth surface with some concavity, while the encapsulated microparticles with polydextrose resulted in microparticles with smooth or slightly wrinkled surfaces, where the smaller particles were placed around the larger ones. By employing the Pearson analysis, a high correlation (R> 0.88) was established between the color parameters a*, b*, Hue, Chroma and IE, whereas the phenolic compounds showed a high correlation with anti-oxidant activity, DPPH (R=0.86) and ABTS (R=0.95). Through a multivaried analysis, the samples containing 15% gum arabic sprayed at a temperature of 140°C were the ones that showed the best drying conditions, with a content of 1279.11 mg/100g cyanidin-3-glucoside of anthocyanins, 2429.22 mg(GAE)/100g of phenolic compounds, antioxidant capacity of 40.26% under the DPPH method and 45.15% under ABTS, 95.8% solubility and in the color parameters Hue, Chroma and IE, 5.98, 30.95 and 33.76, respectively.