Nome do Projeto
Encapsulação de extrato da casca de jabuticaba em fibras de amido de semente de abacate pela técnica de electrospinning: aplicação em embalagens inteligentes
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
31/07/2023 - 30/09/2025
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Ciências Agrárias
Resumo
O uso de extratos vegetais ricos em antocianinas é uma boa alternativa para aplicação em alimentos ou embalagens devido sua atividade antioxidante, contudo, as antocianinas são pigmentos muito instáveis e podem ser degradadas durante o processamento. Em virtude da grande instabilidade desses compostos, diante de vários fatores, como a luz, pH e altas temperaturas, se faz necessário protegê-los. A microencapsulação pela técnica de electrospinning tem evidenciado ser uma alternativa de alta eficiência, quando comparada com outros métodos, pois além de preservar a atividade de compostos bioativos, não utiliza solventes orgânicos tóxicos. Ainda, pode-se utilizar biopolímeros naturais como material de parede, como por exemplo, o amido. Este biopolímero mostra crescimento nas aplicações industriais e tem se tornado uma boa opção dentre outros que estão sendo utilizados para substituir os plásticos usuais nas embalagens, além de apresentar diversas propriedades de interesse e custo reduzido. O objetivo deste trabalho será encapsular extrato da casca de jabuticaba pela técnica de electrospinning, utilizando amido obtido da semente do abacate como material de parede e avaliar a possibilidade de aplicação em embalagens inteligentes para alimentos. As soluções poliméricas de amido da semente de abacate serão preparadas nas concentrações de 10, 20 e 30% em ácido fórmico 75%, e agitadas por 24 h, para garantir a completa gelatinização do amido, para a incorporação do extrato de jabuticaba. Serão testadas as concentrações de extrato, 3, 6 e 9% em relação ao peso de amido, e avaliadas por meio de análises de morfologia e dimensão, através de microscopia eletrônica de varredura; ângulo de contato; perfil espectroscópico no infravermelho com transformada de Fourier; análise termogravimétrica; eficiência de encapsulação por cromatografia líquida de alta eficiência; atividade antioxidante por captura dos radicais DPPH e ABTS; compostos fenólicos totais e vitamina C, e a aplicação em embalagens de alimentos.

Objetivo Geral

Utilizar amido obtido da semente de abacate como material polimérico de parede
para produção de fibras, por meio de electrospinning, carregá-las com diferentes teores
de extrato da casca de jabuticaba, e aplicar como embalagem inteligente para
alimentos.

Justificativa

O extrato da casca de jabuticaba é rico em compostos fenólicos, com destaque
para as antocianinas, ácidos fenólicos e flavonoides, sendo considerado fonte de fibras
e minerais, principalmente ferro, potássio, magnésio e manganês, apresenta também
outros compostos bioativos, que lhe conferem atividade antioxidante (LIMA et al., 2008;
LEITE-LEGATTI et al., 2012). As antocianinas são pigmentos amplamente distribuídos
pela natureza, pertencentes ao grupo dos flavonoides e presente em diversos vegetais,
sendo o principal responsável pela coloração de frutas, flores e folhas que variam do
vermelho ao azul purpura (COISSON et al., 2005).
O uso de extratos vegetais ricos em antocianinas é uma boa alternativa para
aplicação em alimentos ou embalagens, devido a sua atividade antioxidante, contudo,
as antocianinas são pigmentos muito instáveis diante de vários fatores, como a luz, pH
e altas temperaturas, e podem ser degradadas durante o processamento (LIMA et al.,
2002; LIMA et al., 2005). Uma forma de manter e proteger a atividade bioativa deste
composto é através da microencapsulação, esta técnica além de oferecer proteção
possibilita a liberação de forma controlada (FAVARO-TRINDADE et al., 2008).
A microencapsulação pode ser feita através da técnica de electrospinning, a
qual apresenta opções de encapsulamento em escala nano ou micrométrica, e mostra
vantagens para preservação dos compostos bioativos quando comparadas a outros
métodos de encapsulação, pois não utiliza altas temperaturas, apresenta alta eficiência
de encapsulação e produz materiais com diâmetro reduzido (EVANGELHO et al.,
2019). Ainda, permite a utilização de biopolímeros naturais como material de parede, e
não requer o uso de solventes orgânicos tóxicos (ALVIM; GROSSO, 2010; ASSIS et
al., 2012; SHOJI et al., 2013).
A utilização de materiais poliméricos biodegradáveis, para nano ou
microencapsulação, por meio da técnica de electrospinning tem sido muito estudada.
Dentre os biopolímeros utilizados, o amido tem destaque, por ser abundante nos
vegetais, ser biodegradável, seguro e de baixo custo (CHEN et al., 2017; MENDES;
STEPHANSEN; CHRONAKIS, 2017).
A semente da semente de abacate é um resíduo industrial, obtido principalmente
da extração de óleo, que em estudos prévios realizados pelo grupo de pesquisa
mostrou potencial para extração de amido (FRASSON, 2022). Pelas características
que o amido de abacate apresenta, e, principalmente, pelo seu alto teor de amilose,
esta matéria prima possui características promissoras para o emprego como material
de parede para proteção de extratos vegetais pela técnica de eletronspinning.

Metodologia

Materiais

Para a realização do presente estudo serão utilizadas jabuticabas oriundas de Viçosa/MG , safra de 2022, armazenadas em embalagem de polietileno tereftalato, mantidas sob refrigeração .

Delineamento experimental
As soluções poliméricas de amido de semente de abacate serão preparadas nas concentrações de 10, 20 e 30% em ácido fórmico 75% , e agitadas por 24 h, para garantir a completa gelatinização do amido. As soluções serão avaliadas pelas determinações de viscosidade e condutividade elétrica. Posteriormente, as soluções poliméricas serão submetidas ao processo de electrospinning. E analisadas quanto seu ângulo de contato; perfil espectroscópico no infravermelho com transformada de Fourier; análise termogravimétrica; eficiência de encapsulação por cromatografia líquida de alta eficiência; atividade antioxidante por captura dos radicais DPPH e ABTS; compostos fenólicos totais e vitamina C.

Extração do extrato da casca de jabuticaba
Para a obtenção do extrato de casca de jabuticaba (ECJ), a extração será realizada de acordo com a metodologia descrita por Prietto et al. (2018), com algumas adaptações. Serão utilizados 1000 mL da solução extratora de etanol 96% (v/v,), acidificado com ácido clorídrico (pH 1), para cada 100 gramas de casca de jabuticaba fresca. As cascas serão trituradas, misturadas ao solvente, utilizando um mixer de bancada (Mondial, M-03, China) e após a mistura será levada a agitação mecânica (agitador magnético Fisatom, modelo 752, Brasil) por 2 horas a 22 °C, ao abrigo da luz. Na sequência, será filtrada e acondicionada em frascos âmbar sob refrigeração (4 ºC).

Análises do ECJ
Para determinação de cor do extrato, será utilizado um colorímetro MINOLTA CR 400, através do sistema de leitura CIELAB (Comission Internatinale de clairage).
A determinação do conteúdo de antocianinas, se procederá a extração durante 1h ao abrigo da luz, sob agitação. Na sequência será filtrada com papel filtro, recolhendo o filtrado em um balão volumétrico de 100 mL, por fim, o volume será completado com etanol. A leitura da absorbância será executada em Espectrofotômetro, no comprimento de onda de 520 nm. O teor de antocianinas será expresso em mg 100 g-1 (LEES; FRANCIS,1972).
A atividade antioxidante por ABTS e DPPH será realizada de acordo com RUFINO et al., 2007 e Brand-Williams, Cuvelier, Berset 1995, respectivamente e será expressa em % de inibição.

Os compostos fenólicos totais serão realizadas em espectrofotômetro utilizando o comprimento de onda de 724 nm (SINGLETON et al.,1965).
O teor de vitamina C será titulada com solução de iodato de potássio 0,02 mol L -1 até coloração azul escura. Os resultados serão expressos em mg 100 g -1 de amostra (IAL, 2008).

Viscosidade e condutividade elétrica da solução polimérica
A viscosidade será determinada com a utilização de um viscosímetro (Modelo EC150, Simpla, China), sendo o resultado expresso em cP. A condutividade será medida com o auxílio de um condutivímetro (Tecnopon, Brasil), na temperatura de 25 ºC, expressa em µS.cm-1 .

Processo de obtenção das fibras por electrospinning será realizada utilizando uma estação de electrospinning constituída por uma fonte de alimentação de alta tensão (INSTOR, INSES-HV30, Brasil), bomba de infusão de seringas e um coletor de aço inoxidável coberto com folha de alumínio para a deposição do material produzido. As soluções poliméricas serão colocadas individualmente em seringa de plástico de 5 mL. Os parâmetros utilizados no processo como: vazão de bombeamento das soluções poliméricas, tensão aplicada e distância da ponta da agulha ao coletor serão avaliados em testes preliminares. A umidade relativa controlada em 45±5% utilizando um desumidificador e temperatura ambiente em 21±2 ºC.

A morfologia das fibras, com e sem ECJ, será avaliada por microscopia eletrônica de varredura. Uma pequena porção do material será fixada em stubs com fita de carbono e recoberta com ouro, utilizando um metalizador, para análise será empregada uma aceleração de tensão de 10 kV. O diâmetro médio e a distribuição de tamanho serão obtidos através das imagens de MEV, utilizando o software ImageJ versão 2015.

Ângulo de contato será realizado utilizando goniômetro em temperatura ambiente (22 ±2 °C). Uma gota de água destilada de 7 µL será disposta sobre a amostra. O tempo para absorção da água será determinado com câmera digital por registro fotográfico, após 45 segundos em que a gota permanecer em contato com a membrana.

O perfil espectroscópico das fibras de amido de caroço de abacate e com e sem ECJ será obtido por espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier. Os espectros serão obtidos na região de 4000-400 cm-1, sendo recolhidas 30 leituras com resolução de 4 cm-1 .

A análise termogravimétrica e sua primeira derivada (DTG) das fibras com e sem extrato, serão avaliadas em triplicata através do analisador termogravimétrico. As amostras (cerca de 5 mg) serão submetidas ao aquecimento em cápsulas de platina na faixa de 30 a 600 ºC, sob um fluxo de nitrogênio de 50 mL min-1 , a uma taxa de aquecimento de 10 ºC min-1 .

Eficiência de encapsulação será avaliada por cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC). A identificação dos compostos oriundos do extrato, presentes nas fibras de amidos, será confirmada pela comparação dos espectros de massas com o composto livre (não encapsulado), e através de uma curva analítica de calibração (FONSECA et al., 2020). A eficiência de encapsulação será apresentada em porcentagem (%).

Atividade antioxidante e os compostos fenólicos das fibras carregadas com ECJ por ABTS e DPPH serão realizadas conforme descrito anteriormente.

Aplicação como embalagem inteligente para verificar a viabilidade de usos das fibras em embalagem inteligente, inicialmente, as fibras produzidas serão submetidas ao contato com soluções tampão de diferentes pH, para avaliação da faixa de pH que as mudanças de cor serão mais visíveis. Posteriormente, o efeito das fibras carregadas com o extrato em embalagens inteligentes, será determinado por meio da exposição a exsudados de vegetais minimamente processados e/ou de produto cárneo, acondicionados em bandejas de polietileno tereftalato (PET), sob refrigeração (4 ºC) ao longo de 5 dias, sendo determinadas as mudanças de cor das fibras, as quais serão relacionadas às alterações

O pH do alimento e das fibras na embalagem será determinado potenciometricamente (Kasvi, K39-2014B, China) (IAL, 2008).

Possibilidade de aplicação como embalagem a verificação do possível efeito das fibras em embalagens ativas, será avaliada a capacidade de liberação de compostos bioativos para o alimento, que atuem ampliando a vida útil ou enriquecendo os alimentos, tanto de origem animal como de origem vegetal, a partir de avaliações de algumas características dos alimentos, relacionadas a vida útil, quando mantidos sob refrigeração (4 ºC), ao longo de 5 dias.

Perda de massa do vegetal será determinada através da diferença entre a massa inicial do vegetal e a massa obtida ao final do tempo de armazenamento, de acordo com a equação 4. Os resultados serão expressos em porcentagem de perda de massa.

Firmeza (vegetal) o teste realizado será de compressão para medir a firmeza ou força para ocasionar a ruptura do vegetal. A firmeza será automaticamente registrada mediante o software Texture Exponent 32. A leitura será realizada na região central equatorial do vegetal, sendo os resultados expressos em Newton (N).
Acidez titulável será determinada por titulação com solução de NaOH 0,1 mol.L -1 , sendo os resultados expressos em porcentagem (IAL, 2008).]

Sólidos solúveis (vegetal) A determinação será realizada em refratômetro de bancada do tipo Abbé (Quimis model Q-109B, Brasil), a 20ºC, sendo os resultados expressos em ºBrix.

Contagem de bactérias psicrotróficas serão realizadas as diluições seriadas das amostras em água peptonada tamponada 0,1%, até a diluição 10 -4 , e efetuado o plaqueamento em Ágar Padrão para Contagem (PCA). As placas serão incubadas a 7 °C por 10 dias. Os resultados serão expressos em UFC.g -1 .

Atividades antioxidante – DPPH e ABTS, estas análises serão realizadas conforme descrito para analise dos estrado e das fibras

Análise estatística: os dados serão avaliados através da análise de variância (ANOVA), complementados pelo teste de Tukey ou Test t-Student, com nível de significância de 5% (p ≤ 0,05).

Indicadores, Metas e Resultados

Tem-se como meta a produção de conhecimento em relação a aplicação de
semente de abacate na obtenção de fibras poliméricas, que possam carrear extrato
rico em antocianinas, pela técnica de electrospinnig, bem como, produzir novas
possibilidades de embalagens inteligentes para alimentos.
Espera-se que os resultados obtidos indiquem a potencialidade do amido da
semente do abacate para atuar como material de parede na produção de fibras, pela
técnica de electrospinning, bem como, produzam informações sobre as características
das fibras formadas, em especial quando forem carregadas com extrato de casca de
jaboticaba. Ademais, seja evidenciada a viabilidade da utilização destas fibras
carregadas em embalagens inteligentes e/ou ativas de alimentos, indicando possíveis
alterações do alimento que resultem em mudança de pH e/ou na liberação de
compostos bioativos que atuem como antioxidante, ampliando a vida útil.
Somam-se aos impactos científicos deste projeto:
a) o desenvolvimento de uma dissertação;
b) a atuação de dois bolsistas de iniciação científica nos temas do projeto;
c) diversas comunicações em congressos nacionais e internacionais;
d) pelo menos 2 artigos publicados em periódicos indexados da área;
e) a extensão do tema para desenvolvimento de outros trabalhos.

Equipe do Projeto

NomeCH SemanalData inicialData final
CARLA ROSANE BARBOZA MENDONCA2
Diego Araujo da Costa
ELESSANDRA DA ROSA ZAVAREZE1
RAPHAELLY ALMEIDA FERNANDES
ROSANA COLUSSI4
SABRINA FEKSA FRASSON

Fontes Financiadoras

Sigla / NomeValorAdministrador
PROAP/CAPES / Coordenação de Aperfeiçoamento de Nível SuperiorR$ 2.069,50Coordenador

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