Development of biopolymeric coated particles to vehiculate bioactive compounds

Orientador: Ana Carla Kawazoe SatoDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de AlimentosResumo: Hidrogéis são redes tridimensionais que podem ser obtidas a partir de interações eletrostáticas associativas entre misturas de polissacarídeos e proteínas. A estabilidade pode ser melhorada por meio de uma deposição de filmes poliméricos/polieletrólitos ao redor dos hidrogéis, além da adição de "fillers". Neste trabalho foram desenvolvidos microgéis biopoliméricos para veicular antocianina e colágeno hidrolisado (CH), considerando as propriedades estruturantes destes peptídeos bioativos. Primeiramente, as partículas foram produzidas por gotejamento para otimizar as concentrações de colágeno hidrolisado, goma gelana e amido. Além disso, avaliou-se a adição de uma camada externa de gelana. Posteriormente, os géis foram produzidos em microescala usando o processo de atomização para estudar sua aplicação em uma matriz alimenticia e o comportamento frente às condições gastrointestinais simuladas. Verificou-se que em pH 2,5, houve a melhor condição para interações eletrostáticas entre gelana e colágeno hidrolisado. Alta eficiência de encapsulação de antocianina (EE) e adsorção de CH foram notados. No entanto, observou-se uma diminuição na adsorção de peptidos após o revestimento com gelana, sendo este efeito mais pronunciado para micropartículas. Esta perda de peptídeos foi evidenciada por microscopia confocal e por microscopia eletrônica de varredura (MEV). As micropartículas revestidas com gelana mostraram uma estrutura lisa, compacta e escamosa, enquanto as demais exibiram uma rede enrugada. Além disso, foram observadas rachaduras nas superfícies de microgéis recobertos adicionados com amido. Este fato poderia explicar o aumento na viscosidade relativa das suspensões de microgéis para essas partículas, que são mais propensas a absorver a água dentro de suas estruturas. O amido também influenciou a formação da rede biopolimérica. Imagens de MEV sugeriram que o amido promoveu a formação de estruturas mais porosas e com poros maiores, criando uma estrutura menos coesa e menos densa, com menor resistência à compressão. Com relação à simulação gastrointestinal, foi demonstrado que todas as formulações de microgéis apresentaram bastante estabilidade frente às condições oral e gástricas. Embora o colágeno hidrolisado tenha sido submetido à ação da enzima pepsina, não foi observada desintegração das micropartículas antes da fase entérica. Os resultados forneceram informações importantes sobre as interações entre misturas de proteína-polissacarídeo. Ao entender a composição das estruturas na formação de partículas e as propriedades associadas como mostrado neste estudo, torna-se possível modular os sistemas de entrega controlada e seu desempenho, alcançando a melhor aplicaçãoAbstract: Hydrogels are three-dimensional network that can be obtained from associative electrostatic interactions between polysaccharides and proteins mixtures. Its stability can be improved by a deposition of polymeric/polyelectrolyte films around the hydrogels, besides fillers addition. In this work, biopolymer hydrogels were developed to vehiculate anthocyanin and hydrolyzed collagen (HC), considering the structuring properties of this bioactive peptide. Firstly, particles were produced by dripping to optimize hydrolyzed collagen, gellan gum and starch concentrations. Moreover, the addition of an outer gellan layer was evaluated. Secondly, the gels were produced in microscale using atomization process in order to study its application in a food matrix and the behavior against simulated gastrointestinal conditions. It was found that pH 2.5 was the best condition for electrostatic interaction between gellan and hydrolyzed collagen. High encapsulation efficiency of anthocyanin (EE) and adsorption of HC were noted. However, a decrease in the adsorption of the peptide after gellan coating was observed, with this effect more pronounced for microparticles. This loss of peptides was evidenced by confocal microscopy and by scanning electron microscopy (SEM). Microparticles coated with gellan showed a smooth, compact, squamous structure, while the others exhibited a wrinkled network. In addition, cracks were observed on the surfaces of coated microgels added with starch. This fact was associated to the increase of the relative viscosity of the microgel suspensions of these particles, which are more likely to absorb water within their structures. Starch also influenced the biopolymeric network formation. SEM images suggested that the starch promoted a formation of more porous structure with larger pores, creating a less cohesive and less dense structure, with lower resistance to compression. Regarding the gastrointestinal simulation, it was demonstrated that all the microgels formulations presented stability to the oral and gastric conditions. Although the hydrolyzed collagen was subjected to the pepsin action, no disintegration of the microparticles was observed before the enteric phase. The results provided important information about interactions between protein-polysaccharide blends. By understanding the composition of the structures on particles formation and the associated properties as shown in this study, it becomes possible to modulate the controlled delivery systems and their performance, achieving the best applicationMestradoEngenharia de AlimentosMestra em Engenharia de AlimentosCAPE