Microencapsulação de Lactobacillus acidophilus utilizando extrato de soja e maltodextrina

• Main Author: Menezes, Leidiane Andreia Acordi
• Other Authors: Drunkler, Deisy Alessandra
• Language: Portuguese; English
• Published: Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2016
• Subjects: Probióticos; Proteínas; Proteínas de soja; Probiotics; Proteins; Soy proteins
• Online Access: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/1541

Dissertação composta por 03 artigos científicos. === A microencapsulação é uma tecnologia de revestimento de partículas, pela qual são obtidas pequenas cápsulas. Dentre os métodos de microencapsulação, o spray drying destaca-se por ser uma técnica simples e barata, que tem sido estudada com o objetivo de melhorar a sobrevivência de microrganismos probióticos incorporados em alimentos. Entretanto, a proteção oferecida pelo método de spray drying às células probióticas depende, dentre outros fatores, do material empregado na formação das microcápsulas, que deve manter o microrganismo ativo até o momento do consumo, protegendo-o de condições hostis de produção e estocagem do alimento, bem como durante sua passagem pelo trato digestório. As proteínas vegetais, em especial soja, ervilha, milho, trigo e girassol tem ganhado destaque por serem materiais renováveis e de baixo custo, além de possuírem diversas propriedades funcionais, sendo consideradas potencialmente adequadas para o uso como material de parede na microencapsulação de componentes ativos. As proteínas de soja têm se destacado na indústria de alimentos como o melhor substituto para proteínas de origem animal, devido às suas propriedades funcionais e ao seu alto valor nutricional. O extrato de soja é composto em maior proporção por proteínas e carboidratos, contendo também oligossacarídeos que podem atuar como prebióticos no estímulo do crescimento de microrganismos. Além da composição do material de parede, as condições de processo nas quais ocorre a microencapsulação exercem importante influência sobre a viabilidade da bactéria encapsulada. Diante disso, o estudo objetivou a otimização da microencapsulação por spray drying de L. acidophilus La-5, utilizando extrato de soja e maltodextrina como agentes encapsulantes, por meio da seleção das condições ótimas de temperatura de entrada do ar de secagem, razão maltodextrina/extrato de soja na composição do material de parede e vazão de alimentação do sistema, a fim de maximizar a sobrevivência do microrganismo à microencapsulação, bem como caracterizar as microcápsulas obtidas e acompanhar a viabilidade celular durante armazenamento refrigerado. Os efeitos das variáveis sobre a sobrevivência do microrganismo foram estudados por meio da aplicação de planejamento experimental do tipo Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR). As microcápsulas foram submetidas às análises de tamanho e morfologia, umidade, atividade de água, higroscopicidade e Espectrometria na Região do Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR). O comportamento térmico das partículas foi avaliado por Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) e Termogravimetria (TG). O estudo da estabilidade das microcápsulas compreendeu a enumeração de células viáveis de L. acidophilus e a determinação da atividade de água das amostras durante 45 dias de armazenamento a 4ºC. O rendimento máximo da microencapsulação foi de 83% e as condições de processo que permitiram maior viabilidade celular corresponderam à temperatura de entrada de ar de 87ºC, razão maltodextrina/extrato de soja de 2:3 (m:m) e vazão de alimentação de 0,54 L.h-1. O modelo obtido com aplicação do DCCR foi validado experimentalmente. As variáveis empregadas no planejamento experimental tiveram efeito significativo sobre o rendimento da microencapsulação e sobre as características físicas do pó obtido. Proporções de extrato de soja superiores às de maltodextrina na composição do material de parede foram favoráveis à sobrevivência da cultura. Por outro lado, temperaturas de entrada de ar e vazões de alimentação elevadas diminuíram o rendimento da microencapsulação. A temperatura do ar de secagem e a vazão também reduziram a atividade de água e a umidade das microcápsulas, enquanto a maltodextrina melhorou as propriedades higroscópicas das partículas. As microcápsulas apresentaram diâmetro médio entre 4,97 μm e 8,82 μm, formato arredondado e superfície irregular com presença de concavidades e achatamentos, caraterísticas comuns a produtos secos por spray drying. Por meio das análises de DSC, TG e FTIR verificou-se uma possível interação entre os agentes encapsulantes e as células de L. acidophilus. As partículas foram termicamente estáveis em temperaturas abaixo de 100ºC e os resultados sugeriram que as microcápsulas podem proteger os microrganismos frente ao calor e a desidratação. Durante o período de armazenamento, a redução da viabilidade celular de L. acidophilus foi menor nas microcápsulas que continham maior proporção de extrato de soja na composição do material de parede. A atividade de água manteve-se dentro dos valores recomendados em todos os tratamentos até o trigésimo dia de estocagem. Ao final do período de estocagem, as microcápsulas produzidas nas condições ótimas apontadas pelo planejamento experimental apresentaram atividade de água apropriada e viabilidade celular elevada, indicando que o extrato de soja, associado à maltodextrina, é um material de parede eficiente na manutenção da viabilidade de L. acidophilus e um potencial agente encapsulante para o desenvolvimento de microcápsulas de probióticos com alta estabilidade. === Microencapsulation is a particle coating technology, whereby smaller capsules are obtained. Among the microencapsulation methods, the spray drying is distinguished by being simple and inexpensive technique, that has been studied with the aim of improving the survival of probiotic microorganisms incorporated into foods. However, the protection offered by spray drying to the probiotic cells depends, among other factors, on the material used in the formation of microcapsules, which should keep the active microorganism until the time of consumption, protecting it from hostile conditions of production and storage of food, and during their passage through the digestive tract. Vegetable proteins, especially soy, pea, maize, wheat and sunflower has gained prominence because they are low-cost and renewable materials, in addition to having different functional properties are considered potentially suitable for use as wall material in the microencapsulation of active compounds . Soy proteins have been prominent in the food industry as the best substitute for animal protein due to its functional properties and its high nutritional value. The soybean extract powder is composed in major proportion of protein and carbohydrates, also containing oligosaccharides that may act as prebiotic stimulation of the growth of microorganisms. Besides the wall material composition, process conditions under which the microencapsulation happens have an important influence on the viability of encapsulated bacteria. Thus, the study aimed to optimize the microencapsulation by spray drying of L. acidophilus La-5, using soybean extract powder and maltodextrin as encapsulating agents, by selecting the optimal conditions of drying air inlet temperature, maltodextrin/soybean extract powder ratio in the composition of the wall material and system feed flow, in order to maximize the microorganism survival to the microencapsulation, as well as characterize the microcapsules and monitor cell viability during storage. The effects of the variables on the survival of the microorganism were studied through the application of experimental design, Central Composite Rotatable Design (CCRD). The microcapsules were submitted to analysis of size and morphology, moisture content, water activity, hygroscopicity and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). The thermal behavior of the particles was evaluated by Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Thermogravimetry (TG). The study of the microcapsules stability included the enumeration of viable cells of L. acidophilus and determining the water activity of the samples for 45 days storage at 4 ° C.The maximum yield of the microencapsulation was 83% and the process conditions that allow higher cell viability corresponded to 87ºC air inlet temperature, maltodextrin/soy extract powder ratio 0.67 (w.w-1) and feed flow rate of 0.54 L.hr-1. The adequacy of the model obtained through the CCRD was validated experimentally. The variables used in the experimental design had a significant effect on the yield microencapsulation and on the physical characteristics of powder obtained. Soy extract ratios superior to maltodextrin in the wall material composition were favorable to the survival of the culture. On the other hand, high air inlet temperatures and feed flow rate decreased the yield of microencapsulation. The drying air temperature and the feed flow rate also reduced water activity and moisture of the microcapsules, while the maltodextrin improved the hygroscopic properties of the particles. The microcapsules had a mean diameter of 4.97 μm and 8.82 μm, rounded shape and irregular surface with presence of concavities and flattening, common characteristics of dried products by spray drying. Through the DSC, TG and FTIR analyzes it was observed a possible interaction between the agents encapsulating and the cells of L. acidophilus. The particles are thermally stable at temperatures below 100ºC and the results suggested that microcapsules can protect microorganisms against heat and dehydration. During the storage period, the reduction in cellular viability of L. acidophilus was lower in microcapsules containing a higher proportion of soybean extract in the composition of the wall material. The water activity was within the recommended values in all treatments until the thirtieth day of storage. At the end of the storage period, the microcapsules produced in optimal conditions indicated by the experimental design showed appropriate water activity and high cell viability, indicating that soybean extract, combined with maltodextrin is an effective wall material in keeping the viability of L. acidophilus and a potential encapsulating agent for the development of probiotics microcapsules with high stability. === 5000-01-01