Preparation and characterization of microcapsules obtained by polymerization Ionica feeding of fish larvae

Resumo: Este trabalho visou a produção de microcápsulas capazes de reter proteínas, para serem utilizadas na tentativa de substituição dos organismos vivos usados na alimentação de larvas de peixes. Quatro diferentes polissacarídeos: alginato, carragena, goma gela na e pectina; todos com capacidade de formação de gel por polimerização iônica foram utilizados, individualmente e em associação, para obtenção de cápsulas e microcápsulas. A fabricação se deu através de uma bomba peristáltica (cápsulas) e de um aspersor capilar com alta pressão (microcápsulas). Foram construídos diagramas de fase para determinação das regiões sol, gel e sinerése. Parâmetros como flutuabilidade, solubilidade, morfologia e tamanho das cápsulas e microcápsulas foram avaliados, sendo determinantes na posterior escolha e utilização de cápsulas e microcápsulas para fins voltados ao cultivo de peixes. A capacidade de liberação de proteína pela microcápsula foi investigada em matrizes úmidas e secas por liofilização, em períodos pré-determinados utilizando caseína (proteína modelo) e um sistema composto desta proteína com a introdução de gordura vegetal hidrogenada. Ensaios de digestibilidade in vitro foram conduzidos para verificar o acesso enzimático à proteína encapsulada. Os resultados apresentados pelos digramas de fase mostraram a capacidade da goma gelana e carragena de formarem géis sem adição de cálcio a partir das concentrações poliméricas de 0,75 e 1,2%, respectivamente. Os diagramas também indicaram a predominância de um dos polímeros componente da mistura (binária, ternária ou quaternária) utilizadas na fabricação das microcápsulas. Todas as microcápsulas estudadas mostraram insolúveis após a geleificação e cura. A flutuabilidade das cápsulas úmidas sem recheio variou de 21,7s (pectina-alginato) a 6,5s (carragena-alginato). A flutuabilidade das microcápsulas úmidas e secas por liofilização contendo proteína e gordura foram superiores a 4 horas. O tamanho variou de variou de 1,5 a 2 mm para cápsulas (microscópio estereoscópico) e de 8 a 870 mm (Iaser scattering) com média de 1501-1 para microcápsulas. Quanto a morfologia, as cápsulas e microcápsulas apresentaram formas esféricas em sua maioria, multinucleadas com distribuição do recheio por toda extensão da matriz. A secagem em liofilizador causou uma perda parcial da forma esférica das microcápsulas mantendo, no entanto, sua integridade física. Os sistemas poliméricos envolvendo somente proteína revelaram diferentes perfis de liberação proteíca, com maior liberação observada para matriz de alginato (100%) e menor para matriz obtida da mistura ternária pectina-gelana-alginato (10%), após 240 minutos em solução. Com a inclusão da gordura no sistema foi observada uma redução significativa (p<0,05) na liberação de proteína pela microcápsula. A menor liberação foi observada para as microcápsulas liofilizadas. A digestibilidade in vitro das microcápsulas indicou o acesso das enzimas à proteína encapsulada com níveis consideráveis (medida proteolítica >40% e queda de pH >70%) de digestibilidade comparada a caseína livre, para todos os sistemas estudadosAbstract: This research aimed at producing microcapsules capable of retaining proteins, with the objective of substituting the live organisms used in larval fish feed. Four different polysaccharides: alginate, carrageenan, gelan gum and pectin were used, all having the capacity to form gels by ionic polymerization both individually and in association, in order to produce capsules or microcapsules. The capsules were produced using a peristaltic bomb and the microcapsules using high -pressure capillary aspersion. Phase diagrams were constructed to determine the regions of sol, gel and syneresis. Parameters such as floatability, solubility, morphology and capsule/microcapsule size were evaluated, these parameters determining the subsequent choice and use of capsule or microcapsule in fish breeding. The protein liberating capacity of the microcapsule were investigated in moist and freeze-dried matrices after pre-determined periods, using casein (model protein) and a system composed by casein with the introduction of hydrogenated vegetable fat. In vitro digestibility trials were carried out to verify enzyme access to the encapsulated protein. The results presented by the phase diagrams showed the capacity of both gelan gum and carrageenan to form gels as from polymeric concentrations of 0.75 and 1.2% respectively, without the addition of calcium. The diagrams also indicated the predominance of one of the component polymers of the mixture (binary, ternary or quaternary) used in the production of microcapsules. Ali the microcapsules studied were shown to be insoluble after jellification and curing. The floatability of the moist unfilled microcapsules varied from 21,7s (pectin-alginate) to 6,5s (carrageenan-alginate). The floatability of both moist and freeze-dried microcapsules containing protein and fat was greater than 4 hours. The size of the capsules varied from 1,5 to 2 mm (§tereoscopic microscopy) and that of the microcapsules from 8 to 870 ).lm (Iaser scattering) with a mean of 150).lm. With respect to morphology, both the capsules and microcapsules were mostly spherical and multinucleated, the filling being distributed throughout the matrix. Freeze-drying resulted in a partial loss of the spherical form of the microcapsules, which nevertheless retained their physical integrity. The polymeric systems filled with only protein showed different protein liberation profiles, with greater liberation being observed for the alginate matrix (100%) and lesser liberation by the ternary mixture of pectin-gelan-alginate (10%), after 240 minutes in solution. The inclusion of fat in the system resulted in a significant reduction (p<0.05) in protein liberation by the microcapsule. The lowest degree of liberation was observed for the freeze-dried microcapsules. The in vivo digestibility of the microcapsules indicated access of the enzymes to the encapsulated protein, with considerable levels of digestibility (proteolytic mean >40% and a pH fall of >70%) in all the systems studied, as compared to that of free casei