Estabilização de óleos vegetais poli-insaturados (Punica granatum e Glicine max) por microencapsulamento em spray dryer.

O beneficiamento da romã para produção de sucos produz como resíduos cascas e sementes. As sementes possuem um óleo especial com propriedades anti-inflamatórias e terapêuticas, rico em ácido púnicico, um ácido graxo único. Apesar de altamente sensível à oxidação, o óleo de sementes de romã tem sido muito estudado na prevenção e tratamento de diversas doenças. A soja, utilizada integralmente na formulação de alimentos, tem papel importante no desenvolvimento agroindustrial brasileiro, e seu óleo, rico em ácido linoleico, é o óleo alimentar mais consumido no Brasil. A mistura de óleos vegetais é uma tendência recente na tentativa de disponibilizar lipídeos com propriedades bioativas e equilibrar a ingestão de ácidos graxos poli-insaturados, essenciais para o metabolismo humano. Entretanto, óleos contendo ácidos graxos com duas ou mais insaturações em suas moléculas são altamente reativos e facilmente oxidáveis. O microencapsulamento por spray drying é uma das técnicas recomendadas para proteger lipídeos poli-insaturados e aumentar sua vida útil. Além dos materiais de parede, a variação dos parâmetros da secagem por spray pode exercer grande influência nas características finais do produto microencapsulado e é comumente negligenciada. Adicionalmente, a análise da eficiência energética é importante para conciliar qualidade a um menor consumo de energia. Neste contexto, o principal objetivo deste estudo foi desenvolver um ingrediente bioativo estável e rico em ácidos graxos essenciais a partir de uma mistura dos óleos de semente de romã e de soja prensados, microencapsulados por spray drying. Para isso, inicialmente os óleos foram caracterizados quanto ao perfil de ácidos graxos e compostos fenólicos por cromatografia gasosa e líquida, respectivamente. Os agentes encapsulantes (amido modificado, maltodextrina e goma arábica) foram selecionados a partir de um planejamento estatístico de misturas. Numa segunda etapa, a melhor formulação foi utilizada para avaliar a influência da temperatura de secagem (entre 110 e 150 °C) e vazão de entrada do ar (entre 20 e 40 kg/h) nas propriedades das micropartículas (capacidade antioxidante ? DPPH e estabilidade oxidativa ? Rancimat), morfologia das partículas (microscopia eletrônica de varredura ? MEV), eficiência de encapsulamento e na eficiência energética do processo. As curvas de perda de calor foram obtidas a partir de equações de conservação de massa e energia aplicadas às correntes de entrada e saída do processo, cujos dados termodinâmicos foram acompanhados continuamente durante a operação do spray dryer. O teor de ácido punícico e ácido linoleico no óleo de romã e de soja foram, respectivamente, 75% e 54%. A combinação do amido modificado tanto com a goma arábica quanto com a maltodextrina (75:25) como material da parede proporcionou as melhores respostas para a estrutura das micropartículas e estabilidade oxidativa do produto. Comparado ao blend líquido, o pó microencapsulado apresentou maior estabilidade oxidativa e maior capacidade antioxidante. Isto ocorreu devido às características antioxidantes do principal carreador aplicado (amido modificado). No estudo de vida de prateleira, a estabilidade oxidativa das micropartículas não apresentou uma variação significativa até 60 dias de armazenamento à temperatura ambiente, indicando que o processo estabelecido é uma alternativa adequada para ampliar a aplicação de lipídeos poli-insaturados em novas formulações. Portanto, a combinação da seleção de materiais de parede associada ao estudo da vazão e das propriedades termodinâmicas do ar foi fundamental para estabelecer as melhores condições de processo, tendo em vista a qualidade das micropartículas e redução do consumo de energia. A formulação contendo amido modificado:maltodextrina (75:25), operando-se com temperatura de entrada do ar de 130 °C e vazão de 20 kg/h foi a melhor condição operacional para microencapsulamento de lipídeos poli-insaturados. A variação simultânea da vazão e das propriedades termodinâmicas do ar de entrada permitiu a diminuição da temperatura de secagem (130 °C) quando comparada com dados da literatura (entre 160 e 220 °C) considerando, simultaneamente, a redução no consumo energético e a qualidade das micropartículas. The processing of pomegranate to produce juices generates as residues bark and seeds. The seeds contain a special oil with anti-inflammatory properties, rich in punicic acid, a unique fatty acid. Despite the high degree of oxidation, pomegranate seed oil has been widely studied for the prevention and treatment of various diseases. Soybean, integrally used in food formulation, plays an important role in Brazilian agroindustrial development and its oil, rich in linoleic acid, is the most consumed food oil in Brazil. The mixture of vegetable oils is a recent trend in the attempt to provide lipids with bioactive properties and to balance the intake of polyunsaturated fatty acids, essential for human metabolism. However, oils containing fatty acids with two or more unsaturations in their molecules are highly reactive and easily oxidizable. Microencapsulation by spray drying is one of the recommended techniques to protect polyunsaturated lipids and increase their shelf life. In addition to wall materials, the variation of spray drying parameters may exert a great influence on the final characteristics of the microencapsulated product and is commonly neglected. In addition, energy efficiency analysis is important to associate quality with lower energy consumption. In this context, the main objective of this study was to develop a stable bioactive ingredient rich in essential fatty acids from a mixture of pressed pomegranate and soybean oil microencapsulated by spray drying. For this purpose, initially the oils were characterized as to the profile of fatty acids and phenolic compounds by gas and liquid chromatography, respectively. The encapsulating agents (modified starch, maltodextrin and gum arabic) were selected from a statistical mix design. In a second step, the best formulation was used to evaluate the influence of drying temperature (between 110 and 150 °C) and air inlet flow (between 20 and 40 kg/h) on the properties of the microcapsules (antioxidant capacity ? DPPH and oxidative stability ? Rancimat), particle morphology (scanning electron microscopy ? SEM), encapsulation efficiency and the energy efficiency of the process. The heat loss curves were obtained from mass and energy conservation equations applied to the process input and output currents, whose thermodynamic data were continuously monitored during the operation of the spray dryer. The content of punicic acid and linoleic acid in pomegranate and soybean oil were, respectively, 75% and 54%. The combination of the modified starch with either gum arabic or maltodextrin (75:25) as wall material provided the best responses to the structure of the microcapsules and oxidative stability of the product. Compared to the liquid blend, the microencapsulated powder presented higher oxidative stability and higher antioxidant capacity. In this case, this occurred due to the antioxidant characteristics of the main carrier applied (modified starch). In the shelf-life study, the oxidative stability of the microcapsules did not show a significant variation up to 60 days of storage at room temperature, indicating that the established process is a suitable alternative to extend the application of polyunsaturated lipids in new formulations. Therefore, the combination of the selection of wall materials associated to the study of the flow and the thermodynamic properties of the air was fundamental to establish the best process conditions, considering the quality of microcapsules and reduction of energy consumption. The formulation containing modified starch:maltodextrin (75:25), operating at an inlet air temperature of 130 °C and a flow rate of 20 kg/h was the best operational condition for microencapsulation of polyunsaturated lipids. The simultaneous variation of the flow and thermodynamic properties of inlet air allowed the reduction of the drying temperature (130 °C) as compared to the ones recommended in literature (160 to 220 °C), considering, simultaneously, the reduction in energy consumption and the quality of the microcapsules.Tese (doutorado) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola de Química, Programa de Pós Graduação em Engenharia de Processos Químicos e Bioquímicos, 2018. Orientadora: Suely Pereira Freitas (UFRJ). Coorientadora: Regina Isabel Nogueira (CTAA)