Obtenção e caracterização de nanopartículas pelo método de multicamadas de quitosana/alginato carregadas com antocianinas

Abstract

As antocianinas são pigmentos hidrossolúveis com propriedades antioxidantes. Além disso, o desejo por ingredientes naturais levou ao aumento do uso de antocianinas como corantes naturais em produtos alimentícios. Embora haja um aumento no interesse pelas antocianinas em alimentos funcionais, seu uso como ingrediente é limitado por sua instabilidade. Desta forma, a encapsulação é uma alternativa para proteger este composto bioativo de um ambiente desfavorável. Diante disso, o objetivo deste trabalho foi desenvolver suspensões de nanocápsulas de quitosana/alginato pelo método camada por camada (LbL) usando molde sacrificial de nanopartículas de poliestireno (100 nm), seguido da encapsulação de antocianina. As interações eletrostáticas entre os grupos amina protonados de quitosana (+59 mV) e os grupos carboxílicos de alginato (-48 mV) são a força de atração que permite a elaboração de camadas bem ordenadas no substrato esférico. A remoção do núcleo se dá pela imersão das nanopartículas em tetrahidrofurano, que, por sua vez, permite a obtenção de nanocápsulas ocas de multicamadas de quitosana/alginato. A encapsulação ocorre por difusão de antocianinas no interior das cápsulas após a sua formação. As nanopartículas obtidas foram caracterizadas em todas as fases de montagem em relação ao tamanho médio de partícula, índice de polidispersão e potencial zeta em equipamento Zetasizer Nano Series a 173º, obtendo tamanhos crescentes de partículas, variando de 182,0 ± 1,0 nm para primeira camada (quitosana) e 221,9 ± 1,6 nm quando se acrescenta a segunda camada (alginato). Com a remoção do núcleo de poliestireno (PS), as cápsulas ocas de multicamadas entumecem, apresentando tamanhos de 394,4 ± 12,0 nm. Os resultados de polidispersibilidade foram menores do que 0,280 para estas amostras, indicando uma distribuição unimodal (IP <0,300). Todas as formulações apresentaram uma excelente estabilidade (potencial zeta < ±30 mV), incluindo as nanopartículas carregadas com antocianinas, pois apesar de apresentarem um tamanho médio maior do que a cápsula oca (controle) de aproximadamente 449,0 ± 7,2 nm e um índice de polidispersão de 0,294 ± 0,023, apresentou uma boa estabilidade. Morfologicamente as nanopartículas foram analisadas por microscopia eletrônica de transmissão e apresentaram formato esférico e com estrutura capsular em todas as fases. Para a confirmação da remoção do núcleo, foi realizado espectroscopia de infravermelho, confirmando a diminuição das bandas de PS em nanocápsulas ocas e carregadas. Também foi avaliada a atividade antioxidante das nanopartículas carregadas com antocianinas, mostrando que houve habilidade de sequestrar o radical DPPH e ABTS mesmo utilizando uma concentração de antocianina baixa. Deste modo os resultados mostraram que as nanocápsulas ocas e carregadas com composto bioativo foram preparadas com sucesso através da técnica de camada por camada (LbL), com polissacarídeos naturais, a quitosana e o alginato, através de um molde sacrificial de nanopartículas de poliestireno.<br>

Abstract: Anthocyanins are water soluble pigments with antioxidant properties. In addition, the desire for natural ingredients has led to the increased use of anthocyanins as natural dyes in food products. Although there is an increasing interest in anthocyanins in functional foods, their use as an ingredient is limited by their instability. Therefore, encapsulation is an alternative to protect this bioactive compound from an unfavorable environment. Therefore, the objective of this work was to develop chitosan / alginate nanocapsule suspensions by layer-by-layer (LbL) method using sacrificial polystyrene nanoparticles (100 nm), followed by anthocyanin encapsulation. The electrostatic interactions between the protonated chitosan amino groups (+59 mV) and the alginate carboxylic groups (-48 mV) are the attractive force that allows the formation of well-ordered layers in the spherical substrate. The removal of the nucleus occurs by immersing the nanoparticles in tetrahydrofuran, which in turn allows the obtainment of hollow chitosan / alginate multilayer nanocapsules. Encapsulation occurs by diffusion of anthocyanins inside the capsules after their formation. The nanoparticles obtained were characterized in all assembly phases in relation to the average particle size, polydispersion index and zeta potential in Zetasizer Nano Series equipment at 173º, obtaining increasing particle sizes, ranging from 182.0 ± 1.0 nm to first layer (chitosan) and 221.9 ± 1.6 nm when the second layer (alginate) is added. With the removal of the polystyrene core (PS), the multilayer hollow capsules swell to a size of 394.4 ± 12.0 nm. Polydispersity results were less than 0.280 for these samples, indicating a unimodal distribution (IP <0.300). All formulations showed excellent stability (zeta potential <± 30 mV), including anthocyanin-loaded nanoparticles, as despite having an average size larger than the hollow capsule (control) of approximately 449.0 ± 7.2 nm and A polydispersity index of 0.294 ± 0.023 showed good stability. Morphologically the nanoparticles were analyzed by transmission electron microscopy and presented spherical shape and capsular structure in all phases. To confirm the removal of the nucleus, infrared spectroscopy was performed, confirming the decrease of PS bands in hollow and charged nanocapsules. The antioxidant activity of the anthocyanin-loaded nanoparticles was also evaluated, showing that there was an ability to sequester the DPPH and ABTS radical even using a low anthocyanin concentration. Thus, the results showed that the hollow and bioactive compound-loaded nanocapsules were successfully prepared by layer-by-layer (LbL) technique with natural polysaccharides, chitosan and alginate, by a sacrificial mold of polystyrene nanoparticles.