Nanoemulsões de β-caroteno e óleos vegetais: estabilidade física durante o armazenamento

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Alimentos

Autores

Borba, C. (FURG) ; Tavares, M. (FURG) ; Dora, C. (FURG) ; Burkert, J. (FURG)

Resumo

Uma forma de tornar os carotenoides mais estáveis e biodisponíveis é incorporá-los a nanoemulsões, sendo que muitos fatores interferem na estabilidade física dessas emulsões, entre eles o tipo de óleo utilizado no preparo. Sendo assim, o presente trabalho possui como objetivo avaliar estabilidade física de nanoemulsões de β-caroteno formulados om óleo de arroz, milho e soja. As nanoemulsões preparadas com os diferentes óleos não apresentaram diferenças significativas (p>0,05) nos parâmetros tamanho de partícula, potencial-ζ e índice de polidispersão durante 90 dias de armazenamento a 4 °C. Esta estabilidade física é de grande importância para definição de futuras aplicações destas nanopartículas em alimentos, visto que sistemas instáveis podem interferir na qualidade final dos produtos.

Palavras chaves

nanotecnologia; carotenoides; estabilidade

Introdução

A aplicação da nanotecnologia é uma realidade nos mais diversos setores industriais e econômicos (MANGEMATIN; WALSH, 2012). Nanoestruturas têm sido estudadas na área farmacêutica, por exemplo, no tratamento de doenças como herpes (ARGENTA et al., 2017), desenvolvimento de protetores solares (BUTNARIU; GLUCHICI, 2011) e repelentes (NUCHUCHUA et al., 2009). Já na área alimentícia essas estruturas vêm sendo aplicadas no desenvolvimento de embalagens com atividade antimicrobiana para recobrimento de queijos (ARTIGAS, FANI; BELLOSO, 2017), carreadores de compostos antioxidantes para conservação de filés de peixes (ÖZOGUL et al., 2016)) e fortificação de alimentos (GHORBANZADE et al., 2017). Dentre os sistemas nanométricos, estão as nanoemulsões, que consistem em dispersões nanométricas de gotículas oleosas em uma fase aquosa, estabilizadas por um sistema tensoativo (WANG et al., 2008). As nanoemulsões vêm ganhando destaque por sua capacidade de veicular substâncias/fármacos lipofílicos em um sistema disperso aquoso e por serem sistemas de transporte mais eficientes do que macroemulsões, devido a seu tamanho reduzido o que proporciona uma elevada superfície de contato com as membranas biológicas (BEDIN, 2011). Diversas técnicas podem ser utilizadas para produzir partículas nanométricas, dentre elas a homogeneização à alta pressão (HAP), um método de alta energia (DOMÍNGUEZ-HERNÁNDEZ et al., 2016), que não requer a utilização de solventes (SUN et al., 2015) e permite a adição de maiores quantidades de compostos comparada a outras técnicas de nanoencapsulamento (TAN et al., 2016). Além disso, os homogeneizadores a alta pressão são equipamentos já utilizados em escala industrial (DOMÍNGUEZ-HERNÁNDEZ et al, 2016). Óleos vegetais são tradicionalmente utilizados na indústria de alimentos e farmacêutica, sendo que, a presença de diferentes compostos químicos naturais, como os tocoferóis, favorece inúmeras atividades biológicas dessa matéria-prima assim como a vida útil de uma formulação (AHSHWAT; SARAF, 2008; JORGE, 2009 HETTIARACHCHI, et al., 2010). Outra classe de compostos que apresentam grande importância para a indústria alimentícia e farmacêutica são os carotenoides, pigmentos utilizados na elaboração de alimentos e cosméticos. Fatores como calor, acidez e luz podem promover sua isomeração desses pigmentos, o que acarreta a perda de cor, da atividade provitamina A e da capacidade antioxidante (DAMODARAN, PARKIN, FENNEMA, 2010, RODRIGUEZ-AMAYA, 2001). Uma forma de tornar esses compostos mais estáveis e biodisponíveis é incorporá-los a nanoemulsões. Sendo que para a maioria das aplicações comerciais é bastante importante que essas nanoemulsões mantenham sua estabilidade física (CHANG; McLANDSBORTOUGH; McClements, 2015) que pode sofrer interferência de diferentes fatores, entre eles o tipo de óleo utilizado em seu preparo. Sendo assim, o presente trabalho possui como objetivo avaliar estabilidade física de nanoemulsões de β-caroteno com óleos de arroz, milho e soja durante estocagem a 4 °C.

Material e métodos

Para o preparo das nanoemulsões, a fase oleosa foi composta por 70 % (m m^-1) de óleo (arroz, milho ou soja) e 30 % (m m^-1) de Span® 80 e a fase aquosa foi composta por 10 mL de água e 0,1 % (m m^-1) de Tween 20. As fases oleosa e aquosa foram aquecidas a 60°C e 80°C, respectivamente, ambas sob agitação magnética. Depois da completa dissolução das fases, a fase aquosa foi vertida na fase oleosa sob agitação magnética constante (700 rpm). A emulsão formada foi homogeneizada por 2 min a 14.500 rpm em Ultra-turrax® (T10 basic, IKA) e na sequência foi submetida a seis ciclos de 10.000 psi em homogeneizador a alta pressão (EmulsiFlex-C3, Avestin) (MARTÍNEZ, 2016). As amostras foram então coletadas em frascos âmbar e estocadas a 4 °C por 90 dias. O β-caroteno foi disperso na fase oleosa para uma concentração final de 0,5 mg mL^-1. O tamanho de partícula e o índice de polidispersão (IPD) foram determinados por espalhamento de luz dinâmico utilizando-se o equipamento Zetasizer Nano Series (Malvern Instruments, Worcestershire, RU). As medições de tamanho de partícula foram realizadas a 25 °C após diluição adequada das amostras em NaCl 1mM (1:100). Cada análise de tamanho teve a duração de 300 s e foi realizada com ângulo de detecção de 90°. O potencial zeta foi avaliado por anemometria laser doppler, utilizando-se o equipamento Zetasizer Nano Series (Malvern Instruments, Worcestershire, RU). Para as medições do potencial zeta, as amostras foram colocadas na célula electroforética, onde um potencial de ± 150 mV foi estabelecido. Os experimentos e análises foram realizados em triplicata e os dados analisados por análise de variância e se necessário submetidos a teste de Tukey (p<0,05).

Resultado e discussão

Após o preparo, as emulsões apresentaram boa estabilidade visual, sem observação de separação de fases. Nas Figuras 1 e 2 estão apresentados os valores de tamanho médio de partícula, potencial-ζ e IPD das nanoemulsões de β-caroteno com óleo de arroz, milho e soja, durante 90 dias de armazenamento a 4 °C. A estabilidade física, comportamento reológico e outras propriedades das emulsões são determinados pelo tamanho das gotas da fase dispersa (JIAO; BURGESS, 2003). No presente trabalho, as médias dos tamanhos de partícula variaram entre 296,18 e 343,50 nm, sendo que, durante o período de 90 dias não foram verificadas diferenças estatísticas significativas (p>0,05) entre as amostras. Estes tamanhos de partículas das emulsões estão dentro da faixa descrita por Bouchemal et al. (2004), que é de 100-600 nm, podendo ser então consideradas como nanemulsões. Sun et al. (2015) utilizando azeite de oliva e óleo de linhaça com HAP sem aquecimento obtiveram partículas com diâmetros médios de 365 e 360 nm, respectivamente, similares ao encontrado pelo presente trabalho. O tamanho das nanoemulsões pode ser afetado por diferentes fatores, dentre eles a composição da formulação. Segundo Guan; Wu; Zhong, (2016), a combinação de surfactantes lipofílicos e hidrofílicos, como o utilizado no presente trabalho, leva a redução da tensão interfacial do sistema e por consequência do tamanho de partícula. Donsi et al. (2015) desenvolveram nanoemulsões de óleo de mandarim com adição de óleo de girassol, o qual reduziu os fenômenos de agregação, não sendo observadas diferenças significativas no tamanho de partículas ao longo do armazenamento sob refrigeração (4 °C), como observado no presente trabalho. O potencial ζ representa o grau de repulsão entre partículas de mesma carga na dispersão, assim quanto maior o potencial-ζ, tanto positivo como negativo, maior a estabilidade elétrica das emulsões (ZAMBRANO-ZARAGOZA et al., 2011). As médias do potencial-ζ das nanoemulsões variaram entre -27,79 e -42,06 mV, sendo observada diferença significativa (p<0,05) somente nas nanoemulsões formuladas com óleo de arroz, onde o potencial no tempo de estocagem de 60 dias apresentou valores mais negativos do que os encontrados para os demais tempos de armazenagem das mesmas amostras. Os surfactantes utilizados na formulação das nanoemulsões (Tween 20 e Span® 80) são não-iônicos, assim esta elevada carga negativa é, provavelmente, advinda de impurezas presentes nos surfactantes e nos óleos, como ácidos graxos livres. Potenciais ζ negativos (-20 mV), em nanoemulsões preparadas com o mesmo surfactante não-iônico (Tween 20) utilizado neste trabalho, já haviam sido descritos por Trancoso; Aguilera; McClements (2012). Os valores de IPD indicam a homogeneidade de sistemas coloidais e variam de 0 a 1 (YUAN et al., 2008), sendo que no presente trabalho esses valores apresentaram médias entre 0,12 e 0,20, sem diferenças estatísticas significativas (p>0,05) ao longo do armazenamento. Sistemas com valores baixos de IPD (≤0,2) são menos susceptíveis ao fenômeno de Ostwald ripening, considerado o maior mecanismo de instabilidade de sistemas na escala nano (ANARJAN; TAN, 2013). Esses valores de IPD baixos e por consequência a alta homogeneidade dos sistemas formulados no presente trabalho, são provavelmente, consequência das condições utilizadas no preparo das nanoemulsões, como por exemplo, a utilização da HAP, que fornece grande quantidade de energia ao sistema (ANARJAN et al., 2010). Comparando-se os diferentes óleos não foram observadas diferenças estatísticas significativas no comportamento das nanoemulsões pelo período de armazenamento, provavelmente pela similaridade da composição química dos óleos utilizados, sendo os três provenientes de fontes vegetais e ricos em ácidos graxos de cadeia longa, dentre eles o ácido oleico, presente também no surfactante Span 80. Segundo Gomes et al. (2017), essa semelhança na composição das cadeias dos óleos e do surfactante auxilia a interpenetração da porção hidrofóbica do surfactante nas cadeias de triglicerídeos, permitindo à formação de interfaces fechadas com menor tendência a desestabilização. Outo fator que auxilia na estabilidade das nanoemulsões é a associação entre o pequeno tamanho das partículas e seu movimento browniano característico, o que leva a uma diminuição da atuação da força da gravidade reduzindo processos de instabilidade (BEDIN, 2011).

Média ± desvio padrão (n=3). *p<0,05 entre os dias


Média±desvio padrão (n=3)

Conclusões

As nanoemulsões de β-caroteno formuladas com óleos vegetais de grau alimentício apresentaram excelente estabilidade física durante o armazenamento sob refrigeração durante 3 meses. Esta estabilidade física, demonstrada pelas nanoemulsões, é de grande importância para definição de futuras aplicações destas nanopartículas em alimentos, visto que sistemas instáveis podem interferir na qualidade final dos produtos.

Agradecimentos

Os autores agradecem a CAPES, CNPq, Fapergs e FURG pelo auxílio financeiro.

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