Estudo de formulações hidrofílicas do corante natural curcumina para aplicação em iogurtes

Mestrado de dupla diplomação com a UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do ParanáA utilização de aditivos naturais está em expansão na indústria alimentar, devido à maior exigência dos consumidores que procuram produtos com qualidade diferenciada e benefícios para a saúde. Entre os vários aditivos, a utilização de corantes em alimentos tem a finalidade de deixar o produto com melhor aparência tornando-o mais apelativo. A curcumina (E100) é um corante natural que, além de conferir cor, possui atividades biológicas, servindo de alternativa a alguns corantes sintéticos que apresentam efeitos alergénicos, carcinogénicos ou de défice de atenção e aumento de hiperatividade em crianças, por exemplo. Por ser um corante hidrofóbico é necessário proceder à sua modificação e/ou compatibilização com o meio aquoso para melhorar a sua estabilidade e possibilitar a sua aplicação em matrizes alimentares hidrofílicas. Assim, métodos como a encapsulação e a preparação de emulsões são exemplos de metodologias que podem ser usadas para a incorporação de agentes ativos em diversos produtos, garantindo a compatibilidade com a matriz alimentar onde são incorporados, tornando-os solúveis e estáveis, aumentando a sua biodisponibilidade e melhorarando a libertação no meio desejado. Neste contexto, o objetivo deste trabalho consistiu na realização de um estudo visando a aplicação de formulações de curcumina (E100) em iogurtes (matriz hidrofílica). Para tal, selecionaram-se diferentes formas de curcumina (comerciais e preparadas em laboratório), nomeadamente curcumina em pó (PC, comercial, conteúdo em curcumina 65%, hidrofóbica), curcumina dispersável em água (DC, comercial, conteúdo em curcumina 4,7-5,3%, hidrofílica) e curcumina nanoencapsulada (NC, laboratorial, conteúdo em curcumina 8,3%, hidrofílica). Foi ainda desenvolvida uma formulação hidrofílica de curcumina que teve por base a sua emulsificação em água por dissolução numa fase óleo apropriada (curcumina emulsificada, EC), utilizando para o efeito a técnica de emulsificação de alta pressão. As diferentes formulações apresentaram propriedades bioativas nomeadamente, atividade antioxidante, antibacteriana e citotóxica em células tumorais, de acordo com a seguinte ordem PC>NC>DC. A cor conferida pelas diferentes formulações manteve-se durante a vida útil dos iogurtes. No entanto, houve diferenças na tonalidade conseguida pela aplicação de cada uma das formulações, demostrando potencial de utilização em iogurtes com diferentes aromas/sabores (características sensoriais que o consumidor associa à cor). O perfil nutricional dos iogurtes preparados manteve-se de acordo com as especificações do rótulo da amostra controlo, cumprindo o ingrediente corante xvi adicionado apenas a função de conferir cor. Quanto à preparação da curcumina emulsificada, após ensaios preliminares foi possível chegar à seleção de um sistema químico hidrofílico estável sendo este composto por um óleo de grau alimentar (Miglyol 812, triglicerídeo com ácidos gordos de cadeia média e com um conteúdo de curcumina de 10,0 mg/10 ml de Miglyol). Os estudos de preparação de uma formulação hidrofílica emulsionada realizados mostraram que a melhor opção corresponde à utilização do Miglyol como fase óleo, quando se usa uma razão óleo/água (O/A) 50/50. A utilização de 6 ciclos de passagem a alta pressão originam emulsões estáveis durante o período de armazenamento e com tamanho de gotícula inferior. No geral, os resultados demonstraram a viabilidade de aplicação do corante natural curcumina (E100), sob diferentes formulações, em matrizes alimentares. O estudo efetuado para desenvolver o novo produto (curcumina emulsificada), embora preliminar, valida a estratégia utilizada. Apresenta como desvantagens o baixo conteúdo em curcumina incorporado e como vantagens o uso de concentrações de emulsionante baixas.The use of natural additives is expanding in the food industry due to the increased demand of consumers seeking products with differentiated quality and health benefits. Among the several additives, the use of dyes in foods has the goal of making the product look better, by making it more appealing. Curcumin (E100) is a natural dye that, in addition to conferring color, has biological activity, serving as an alternative to some synthetic dyes that have allergenic, carcinogenic effects or disturbs the attention deficit and increased hyperactivity in children, for example. As a hydrophobic dye its modification/compatibilization with the aqueous medium is required to improve its stability and enable its application in hydrophilic food matrices. Thus, methods such as encapsulation and preparation of emulsions are examples of methodologies that can be used for the incorporation of active agents into several products, ensuring their compatibility with the food matrix, making them soluble and stable, increasing their bioavailability and enhancing their release in the desired medium. In this context, the objective of this work was to carry out a study aiming the application of curcumin (E100) formulations into yogurt (hydrophilic matrix). For this, different forms of curcumin (commercial and laboratorial samples) were selected, namely curcumin powder (PC, commercial, curcumin content 65%, hydrophobic), water-dispersible curcumin (DC, commercial, curcumin content 4,7-5,3%, hydrophilic) and nanoencapsulated curcumin (NC, laboratorial sample, curcumin content 8,3%, hydrophilic). A hydrophilic formulation of curcumin was also developed based on its emulsification in water by dissolving it in an appropriate oil phase (emulsified curcumin, EC), using the high pressure emulsification technique. The different formulations presented bioactive properties namely, antioxidant, antibacterial and cytotoxic activity in tumor cells, according to the following order PC> NC> DC. The color conferred by the different formulations was maintained during the yogurts lifeshell. However, there were differences in the color tone achieved by the application of each of the formulations, showing potential of use in yoghurt with different flavors / tastes (sensorial characteristics that the consumer associates with color). The nutritional profile of the prepared yoghurts was maintained according to the specifications of the control sample, the dye ingredient added fulfills only the color-conferring function. For the preparation of emulsified curcumin, after preliminary tests it was possible to select a stable hydrophilic chemical system, which is composed by a xviii food grade oil (Miglyol 812, triglyceride with medium chain fatty acids and a curcumin content of 10,0 mg/10 ml. The studies of the emulsion preparation showed the formulation that uses Miglyol as the oil phase in a 50/50 oil/water (O/W) ratio, subjected to 6 cycles of high pressure as the best solution. This system gave emulsions with good stability during storage and with lower droplet size. Overall, the results demonstrated the feasibility of applying the natural curcumin dye (E100) under different formulations in food matrices. The study carried out to develop the new product (emulsified curcumin), although preliminary, validates the strategy used. It presents as disadvantages the low content in curcumin incorporated as advantages the use of low emulsifier concentrations.Este trabalho foi em parte financiado por: Fundação para a Ciência e a Tecnologia no âmbito do seu financiamento ao CIMO (UID/AGR/00690/2013). Projeto POCI-01-0145-FEDER-006984 - LA LSRE-LCM - financiado pelo FEDER, através do POCI-COMPETE2020 e por fundos nacionais através da FCT. Projeto NORTE-01-0145-FEDER-000006 financiado pelo Norte 2020, através do FEDER e FSE, com o Acordo de Parceria PT2020

Bioactive evaluation and application of different formulations of the natural colorant curcumin (E100) in a hydrophilic matrix (yogurt)

Curcumin (E100) is a natural colorant that, besides conferring color, has bioactivity, serving as an alternative to some artificial colorants. As a hydrophobic colorant, its modification/compatibilization with the aqueous medium is required to improve stability and enable its application in hydrophilic food matrices. Herein, different formulations of curcumin (curcumin powder: PC, water-dispersible curcumin: DC: and nanoencapsulated curcumin: NC) were evaluated as yogurt colorants. PC showed the strongest bioactivity in all assays (EC50 values: 63±2 to 7.9±0.1 μg.mL-1; GI50 values: 48±1 to 17±1 μg.mL-1 and MIC values: 0.0625 to 0.5 mg.mL-1), which might indicate that DC and NC reduce the short-term accessibility to curcumin. The tested curcumin formulations produced yogurts with different appearance, specifically associated with their color parameters, besides presenting slight changes in nutritional composition and free sugars and fatty acids profiles. The water compatible formulations (DC and NC) showed advantages over hydrophobic (PC) having a wider industrial utilization.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Perfis cromatográficos de açúcares livres e ácidos gordos em amostras de iogurtes aditivadas com o corante natural curcumina

A aplicação de corantes em alimentos visa tornar os produtos mais atrativos para o consumidor. A curcumina, um diaril-heptanoide extraído dos rizomas de Curcuma longa Linn., apresenta coloração laranja-amarelada e elevado potencial para substituir corantes artificiais, compostos associados muitas vezes a efeitos colaterais adversos. A encapsulação da curcumina configura uma alternativa para ultrapassar a baixa solubilidade em água e controlar a coloração (dependente do pH). Neste estudo, utilizaram-se diferentes formulações de curcumina: i) forma pura (PC); ii) nanoencapsulada em poli(vinil pirrolidona) (PVP) pela técnica de dispersão sólida (NC); iii) forma dispersável em água, comercialmente disponível (DC). Estas formulações foram posteriormente utilizadas como agentes funcionais/corantes numa matriz de iogurte natural que foi posteriormente comparada quanto ao teor de ácidos gordos (GCFID) e açúcares livres (HPLC-RI) (controlo: formulação sem curcumina) para três tempo de armazenamento a 4ºC (TA: 0, 7 e 15 dias). No que concerne aos diferentes tipos de iogurte (TI: PC, NC e DC), e considerando os resultados obtidos para os três tempos, verificou-se que as diferenças foram apenas significativas para os teores de lactose (máxima para TI=PC), C10:0 (máximo para TI=DC), C12:0 (máximo para TI=DC) e MUFA (máximos nos iogurtes com PC). Igualmente, o efeito induzido por TA nos diferentes TI foi apenas significativo nos casos da lactose, C10:0 (máxima para T=15 dias), C12:0 (máxima para T=15 dias) e MUFA (máxima para T=0 dias). Não se registou qualquer diferença significativa, quer em TI quer em TA, para os teores de glucose, C6:0, C14:0, C16:0, C18:0, C18:1n9c, C18:2n6c, SFA e PUFA. A manutenção destes parâmetros valida o uso eficaz das nanocápsulas de PVP/ curcumina na funcionalização de iogurte, cujo perfil em açúcares livres e ácidos gordos, com especial destaque para o C18:1n9c e C18:2n6c, se mantém.FEEI através do NORTE 2020 (Projetos DeCodE (NORTE-01-0145-FEDER-023289), AIProcMat@N2020 (NORTE-01-0145-FEDER-000006) e Mobilizador ValorNatural®); FEDER através do POCI-COMPETE2020 e FCT (POCI-01-0145-FEDER-006984 (LSRE-LCM) e UID/AGR/00690/2013 (CIMO)).info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Propriedades bioativas de formulações hidrofílicas de curcumina: aplicação em iogurte

A curcumina tem reconhecidas propriedades bioativas e corantes. Porém, a sua aplicação em produtos alimentares é dificultada pela sua baixa solubilidade em meios hidrofílicos. De forma a ultrapassar esta limitação, foram preparadas nanopartículas de poli(vinil-pirrolidona) (PVP, 40.000g/mol)/curcumina com base na técnica de dispersão sólida, utilizando Tween 80 como estabilizante e etanol como solvente. As nanopartículas foram caracterizadas quanto à morfologia (microscopia eletrónica de transmissão) indicando forma esférica e tamanho (dispersão dinâmica de luz) com índice de polidispersão = 0,050±0,009 e diâmetro médio em intensidade = 377±15 nm. As propriedades térmicas (análise termogravimétrica, TG), interações químicas (Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier, FTIR). As análises por TG revelaram que as nanopartículas não apresentaram perda de humidade (não se observou nenhuma transição antes dos 100 ºC), justificada pelo facto de os pontos de ligação da PVP à água terem dado origem a interações com a curcumina na sequência da encapsulação [1]. A análise por FTIR comprovou este facto dado a ausência da banda característica a 3510 cm-1 na zona do estiramento dos OHs. As propriedades bioativas (atividade antioxidante, atividade anti-inflamatória e citotoxicidade) das nanopartículas de PVP/curcumina (NC) foram comparadas às da curcumina pura utilizada no procedimento de nanoencapsulação (PC) (Sigma Aldrich) e às de uma amostra comercial dispersável (DC) (CHR Hansen, Vegex Tumeric WS5). Os valores de EC50 (μg/mL) para a atividade antioxidante (DPPH, poder redutor, β-caroteno e TBARS) evidenciaram o seguinte perfil de atividade: PC>NC>DC, similarmente à resposta anti-inflamatória (concentração responsável por 50% da inibição da produção de óxido nítrico em comparação com o controlo negativo). Quanto à citotoxicidade, a PC revelou uma atividade superior em todas as linhas celulares, tendo os valores de GI50 (μg/mL) indicado atividade NC>DC apenas nos casos das linhas HeLa, HepG2 e PLP2 e indistinta nas MCF-7 e NCI-H460. Na etapa seguinte, as formulações PC, NC e DC foram aplicadas em iogurtes, para os quais se avaliou o perfil nutricional (humidade, cinzas, gordura, proteínas, hidratos de carbono e energia) e os parâmetros de cor (L*, a* e b*) ao longo do tempo de armazenamento (TA = 0, 7 e 15 dias, 4 ºC). Independentemente de TA, os iogurtes com DC apresentaram os teores de cinza, gordura, energia e L* superiores, enquanto os valores a* e b* foram superiores para os com PC. O teor máximo de proteína foi registado para os iogurtes com NC e o teor máximo de hidratos de carbono para as amostras controlo. Quanto a TA, as amostras armazenadas durante 7 dias caracterizaram-se por teores superiores de proteína, cinza (tal como as amostras armazenadas durante 15 dias), hidratos de carbono e energia, enquanto as amostras analisadas no dia de preparação registaram os valores mais elevados para gordura e a*. O efeito do tempo de armazenamento não foi significativo nos parâmetros L* e b*. Em síntese, e apesar de se terem observado algumas diferenças significativas nos indicadores nutricionais e parâmetros de cor, pode concluir-se que as nanopartículas de PVP/curcumina são uma boa estratégia para coloração do iogurte, não se tendo registado sem alterações relevantes do seu valor nutricional e aparência. Adicionalmente, e dado a bioatividade evidenciada, a sua utilização resultará em benefícios adicionais não conseguidos com a PC (baixa solubilidade em meio hidrofílico).FEEI através do NORTE 2020 (Projetos DeCodE (NORTE-01-0145-FEDER-023289), AIProcMat@N2020 (NORTE- 01-0145-FEDER-000006) e Mobilizador ValorNatural®); FEDER através do POCI-COMPETE2020 e FCT (POCI-01- 0145-FEDER-006984 (LSRE-LCM) e UID/AGR/00690/2013 (CIMO)).info:eu-repo/semantics/publishedVersio