Síntese de nanossistemas à base de biopigmentos extraídos de resíduos de matrizes vegetais e suas aplicações como corantes naturais

Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Pós-Graduação em Nanociência e Nanobiotecnologia, 2021.A atual demanda mercadológica por produtos alimentícios mais saudáveis acarretou na exploração de alternativas seguras para a produção de corantes naturais. A respeito disso, resíduos vegetais e seus subprodutos, como cascas, bagaços, e sementes passaram a ser considerados como potenciais fontes para a obtenção de pigmentos naturais. No entanto, o uso de biopigmentos ainda apresenta desafios, visto que há uma carência de fontes adequadas para a sua extração, assim como uma baixa estabilidade desses compostos quando expostos a variações extremas de temperatura, luz, pH e oxigênio. Neste sentido, faz-se necessário a descoberta de fontes com alto teor de pigmentos aplicáveis em produtos alimentícios, bem como o desenvolvimento de estratégias para minimizar o processo de degradação dessas substâncias naturais. A partir disso, o presente estudo foi dividido em duas etapas. A primeira delas teve por objetivo identificar diferentes resíduos vegetais como potenciais candidatos para a obtenção de pigmentos naturais, avaliando-os quanto à sua aplicabilidade para o desenvolvimento de corantes naturais nanoestruturados. Já a segunda visava a avaliar, junto à população brasileira, o padrão atual de consumo de corantes artificiais e naturais presentes em alimentos, bem como a preferência de compra e/ou consumo entre amostras de gelatinas coloridas artificialmente e amostras incorporadas com os pigmentos naturais nanoestruturados. Sendo assim, para o desenvolvimento da primeira etapa foram realizadas extrações eco amigáveis variando a solução extrativa e a concentração de resíduo. Os extratos estudados foram obtidos de diferentes matrizes vegetais e a quantificação das cores dos extratos foi feita pelo modelo de cor RGB. Como resultado, constatou-se que tais variáveis influenciaram no perfil de cor RGB dos pigmentos naturais obtidos. Ademais, folhas externas de Brassica oleracea L. var. capitata f. rubra e cascas de Cucurbita maxima, de Cucurbita maxima × Cucurbita moschata e de Beta vulgaris L. se mostraram ótimos recursos naturais para a extração de pigmentos naturais com cores e escalas tonais variadas. A partir desses resultados, lipossomas, micelas e nanopartículas poliméricas foram produzidos como alternativas para o melhoramento da estabilidade desses compostos. Como resultado, foram obtidos nanossistemas com tamanhos variados e heterogêneos. Ademais, esses demonstraram ser alternativas viáveis para o aumento da estabilidade de pigmentos naturais ao longo do tempo de armazenamento. Para a realização da segunda etapa do presente estudo, um questionário virtual foi aplicado, junto à população brasileira. Como resultado, constatou-se que a grande maioria dos entrevistados acredita que corantes artificiais fazem mal à saúde, caso sejam consumidos em excesso, e mais da metade declarou possuir um nível de preocupação elevado e/ou razoável quanto à presença desses compostos em alimentos. A respeito de corantes naturais e a relação com a saúde, a grande maioria não os considera como potenciais fontes de risco e gostaria que houvesse mais opções de produtos alimentícios no mercado com a adição desses. Além disso, a maioria dos entrevistados se mostrou a favor do reaproveitamento de resíduos vegetais para o desenvolvimento de novos produtos e produção de corantes naturais. Por fim, a maioria das gelatinas coloridas com os pigmentos naturais nanoestruturados despertou maior preferência de compra e/ou consumo em relação àquelas contendo corantes artificiais. Sendo assim, pigmentos naturais obtidos de resíduos vegetais se apresentam como fontes naturais promissoras por serem economicamente e tecnologicamente viáveis para a produção de corantes nanoestruturados.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).The current market demand for healthier food products has led to the exploration of safe alternatives for producing natural dyes. In this regard, vegetal residues, and their by-products, such as peels, pomace, seeds, etc., came to be considered as potential sources for obtaining natural pigments. However, the use of biopigments presents challenges, due to the lack of adequate sources, as well as low stability of these compounds when it is exposed to extreme variations in temperature, light, pH, and oxygen. In this sense, it is necessary to discover sources with high contents of applicable pigments in food products, as well as developing strategies to minimize these natural substances' degradation process. From this, the present study was divided into two stages. The first of them aimed to identify different vegetal residues as potential candidates for obtaining natural pigments, evaluating them as to their applicability for developing nanostructured natural dyes. The second aimed to assess the current Brazilian consumption pattern of artificial and natural dyes present in foods, as well as the preference of purchase and/or consumption between samples of artificially colored gelatins and samples incorporated with the nanostructured natural pigments. Thus, for the development of the first stage, eco-friendly extractions were carried out, varying the extractive solution and residue concentrations. The studied extracts were obtained from different vegetal matrices, and the quantification of the extract colors was done by the RGB color model. As a result, it was found that such variables influenced the RGB color profile of the obtained natural pigments. In addition, outer leaves of Brassica oleracea L. var. capitata f. rubra, and peels of Cucurbita maxima, Cucurbita maxima × Cucurbita moschata, and Beta vulgaris L. proved to be excellent natural resources for extracting pigments containing varied colors and tonal scales. From these results, liposomes, micelles, and polymeric nanoparticles were produced as alternatives for improving these compounds' stability. As a result, nanosystems with heterogeneous sizes were obtained. Furthermore, they proved to be good alternatives for increasing natural pigments' stability over storage time. To carry out the second stage of the present study, a virtual questionnaire was applied to the Brazilian population. As a result, the vast majority believe that artificial colorings are not good for health if consumed in excess, and more than half of the respondents reported having a high and/or reasonable level of concern about the presence of these compounds in food. In respect of natural dyes and their relationship with health, the vast majority do not consider them as a risk potential source. In addition, most respondents would like to have, in the market, more options of food products containing natural colorants. Finally, most gelatins colored with nanostructured natural pigments had greater purchase and/or consumption preference compared to those containing artificial dyes. Therefore, natural pigments obtained from vegetal residues are promising natural sources for being economically and technologically viable to produce nanostructured dyes