Estabilização de compostos bioativos da própolis usando nanopartículas de amido: uma alternativa para fortificação de balas de gelatina

Abstract

A própolis é uma resina natural que contém diversos compostos e elevada concentração em polifenóis com propriedades benéficas à saúde, como atividade antioxidante e antimicrobiana. No entanto, a sua aplicação em produtos alimentares é limitada devido à sua baixa solubilidade em água e baixa biodisponibilidade. Nesse sentido, a estabilização de compostos bioativos da própolis pela técnica de nanoprecipitação antissolvente usando amidos como material de parede surge como alternativa para preservar as propriedades bioativas, aumenta a hidrossolubilidade, e minimiza os efeitos sensoriais negativos. Assim, este trabalho teve como objetivo produzir nanopartículas de amido com cristalinidade do tipo A (amido de mandioca) e do tipo B (amido de batata) para estabilizar os compostos bioativos da própolis, utilizando uma técnica de nanoprecipitação antissolvente, bem como caracterizar as propriedades físico-químicas das nanopartículas e aplicadas em alimentos utilizando balas de gelatina como modelo. Para alcançar o objetivo, uma pesquisa foi realizada em etapas conforme apresentado a seguir. Capítulo três: como nanopartículas de amido de batata e de mandioca foram produzidas a partir de diferentes concentrações de etanol/água; capítulo quatro: extratos de própolis (EP) produzidos em diferentes concentrações de etanol/água homogeneizado em banho ultrassônico, e caracterizados quanto ao conteúdo de fenólicos totais e atividade antioxidante antioxidante (ABTS, DPPH). Adicionalmente, estudou-se a estabilização dos compostos bioativos da própolis em nanopartículas de amido, o efeito da concentração da fase orgânica nas propriedades físico-químicas das nanopartículas de amido/própolis produzidas por nanoprecipitação antissolvente. O EP marrom na concentração de etanol/água (96:04, v/v) foi o que apresentou maior concentração de compostos fenólicos (27,63±1,17). As nanopartículas foram definidas quanto à morfologia, propriedades térmicas, físico-químicas e funcionais. Os resultados mostraram que as nanopartículas tiveram distribuição bimodal com tamanho de partícula inferior a 600 nm. Além disso, as nanopartículas apresentavam estrutura amorfa e alta solubilidade em água a 30 ºC (S>69%) e a 90 ºC (S>80%). A concentração de etanol utilizada na solução hidroetanólica acidificada afetou a eficiência de recuperação e as propriedades físico-químicas das nanopartículas de amido, como tamanho de partícula e carga superficial. A espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e a difração de Raios-X (DRX) confirmaram a estabilização do extrato de própolis, com eficiência de estabilização de >54, 91%. Neste capítulo, embora os compostos bioativos da própolis tenham sido estabilizados nos amidos, mas esses nanomateriais não apresentaram atividade antimicrobiana. Capítulo cinco: EP verde na concentração de etanol/água (96:04, v/v), a qual apresentou os melhores resultados no capítulo 4, foi utilizado para o estudo da atividade antimicrobiana e estudo de digestibilidade in vitro. O EP apresentou atividade antimicrobiana frente a bactéria Gram-positiva Litéria monocytogenes com concentração mínima inibitória (CMI) de 0,5 mg/mL e concentração mínima bactericida (CMB) de 1,0 mg/mL. Já as nanopartículas continham concentração mínima inibitória de variação de 500 mg/mL a 750 mg/mL. Além disso, as nanopartículas liberadas dos compostos bioativos durante a digestão in vitro, com valores para os compostos fenólicos entre 25,48 e 27,71 mg de EAG/g de nanopartículas. Capítulo seis: foi realizada a aplicação das nanopartículas de amido fornecidas com EP verde na produção de balas à base de gelatina. Nesta etapa, as balas foram comprovadas quanto suas propriedades físico-químicas, perfil de textura e estabilidade dos compostos bioativos durante 60 dias de armazenamento. As balas apresentam estabilidade no cor, nos compostos fenólicos totais, e no perfil de textura durante o armazenamento. A partir dos resultados obtidos pode-se concluir que os amidos utilizados como material de parede foram eficazes para estabilizar os compostos bioativos do EP. Essas nanopartículas possuem atividades antimicrobianas e antioxidantes e podem ser utilizadas para fortificação de alimentos, tendo como modelo balas de gelatina.

Abstract: Propolis is a natural resin made up of several compounds and a high concentration of polyphenols with beneficial health properties, such as antioxidant and antimicrobial activity. However, its application in food products is limited due to its low water solubility and low bioavailability. In this sense, the stabilization of propolis bioactive compounds by the antisolvent nanoprecipitation technique using starches as a wall material appears as an alternative to preserve the bioactive properties, increase water solubility, and minimize negative sensory effects. Thus, this work aimed to produce starch nanoparticles with crystallinity type A (cassava starch) and type B (potato starch) to stabilize the bioactive compounds of propolis, using the technique of antisolvent nanoprecipitation, as well as to characterize the properties physical-chemical nanoparticles and apply them to food using gelatin candies as a model. To achieve the objective, the research was carried out in stages as shown below. Chapter three: potato and cassava starch nanoparticles were produced from different concentrations of ethanol/water; chapter four: extracts of brown propolis (EP) were produced in different concentrations of ethanol/water homogenized in an ultrasonic bath and characterized in terms of total phenolic content and antioxidant activity (ABTS, DPPH). Additionally, the stabilization of propolis bioactive compounds in starch nanoparticles, the effect of the concentration of the organic phase on the physicochemical properties of starch/propolis nanoparticles produced by antisolvent nanoprecipitation were studied. The brown EP in the ethanol/water concentration (96:04, v/v) showed the highest concentration of phenolic compounds (27.63±1.17). The nanoparticles were characterized in terms of morphology, thermal, physical-chemical and functional properties. The results showed that the obtained nanoparticles presented a bimodal distribution with a particle size smaller than 600 nm. In addition, the nanoparticles showed an amorphous structure and high solubility in water at 30 ºC (S>69%) and 90 ºC (S>80%). The ethanol concentration used in the acidified hydroethanolic solution affected the recovery efficiency and the physicochemical properties of the starch nanoparticles, such as particle size and surface charge. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and X-Ray Diffraction (XRD) confirmed the stabilization of the propolis extract, with a stabilization efficiency of >54.91%. In this chapter, although the bioactive compounds of propolis were stabilized in starches, but these nanomaterials did not show antimicrobial activity. Chapter five: Green PE at ethanol/water concentration (96:04, v/v), which showed the best results in chapter 4, was used for the study of antimicrobial activity and in vitro digestibility study. EP showed antimicrobial activity against the Gram-positive bacterium Literia monocytogenes with a minimum inhibitory concentration (MIC) of 0.5 mg/mL and a minimum bactericidal concentration (MBC) of 1.0 mg/mL. The nanoparticles, on the other hand, presented a minimum inhibitory concentration ranging from 500 mg/mL to 750 mg/mL. In addition, the nanoparticles released bioactive compounds during in vitro digestion, with values for phenolic compounds between 25.48 and 27.71 mg of EAG/g of nanoparticles. Chapter six: the application of starch nanoparticles loaded with green EP in the production of gelatin-based candies was carried out. At this stage, the candies were analyzed for their physicochemical properties, texture profile and stability of bioactive compounds during 60 days of storage. The candies showed stability in color, total phenolic compounds, and texture profile during storage. From the results obtained, it can be concluded that the starches used as wall material were effective in stabilizing the bioactive compounds of the EP. These nanoparticles have antimicrobial and antioxidant activities and can be used for food fortification, using gelatin candy as a model.