Soro ácido: de resíduo industrial ao uso como solvente alternativo para a extração de antocianinas

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2022.A consciência ambiental dos consumidores está se expandindo e as metas da Agenda 2030 para o Desenvolvimento Sustentável incluem a utilização eficiente dos recursos naturais e a gestão ambientalmente amigável de substâncias químicas e todos os resíduos ao longo de seu ciclo de vida. Um grande corpo de evidências aqui apresentadas mostra que subprodutos e resíduos agroindustriais de alimentos são fontes sustentáveis para obtenção de compostos bioativos de alto valor para a indústria, dentro dos conceitos de upcycling e economia circular. No entanto, para tornar os subprodutos alimentares e os resíduos viáveis como fonte sustentável de compostos bioativos, é imperativa a seleção e otimização de abordagens de extração ecologicamente corretas que permitam a recuperação das moléculas alvo. Neste contexto, o objetivo geral deste estudo foi avaliar o soro ácido como um solvente alternativo, para a extração de antocianinas de folhas de repolho roxo descartadas. Diferentes métodos de extração foram testados empregando o soro ácido em comparação com o solvente convencional etanol acidificado: Extração por Agitação e Aquecimento (EAA), Extração Assistida por Ultrassom (UAE) e Extração por Líquido Pressurizado (PLE). O método PLE (T = 80 °C; t = 15 min; vazão = 3mL/min) permitiu os maiores valores de compostos fenólicos totais (1236,47 g EAG/100g) e atividade antioxidante in vitro, DPPH (14639,31µmol ET/100g) e ABTS (14006,49 µmol ET/100g) para os extratos, em relação aos outros métodos (UAE e EAA), além dos maiores teores de antocianinas (293,37 mg C3G/100g). Entre as antocianinas identificadas, a cianidina-3-O-(feruloil)-soforosídeo-5-O-glicosídeo (949 m/z) (3,68 mg/g) foi a majoritária. No entanto, os ensaios de atividade antioxidante baseados em células indicaram fraca atividade para ambos os extratos (EA e SA). As amostras não apresentaram efeitos citotóxicos em células saudáveis de rim de macaco, o que indica a ausência de toxicidade nestas formulações bioativas, sendo de extrema importância para aplicações industriais nas áreas alimentícia e farmacológica. Ainda, para o extrato PLE, foi performado um estudo de estabilidade de compostos bioativos pela concentração a baixa temperatura. A crioconcentração proporcionou aumento na concentração de antocianinas com eficiência de 67 % em dois ciclos de processo. O microencapsulamento das antocianinas foi feito pela estabilização do extrato concentrado seguida de secagem por liofilização. Maltodextrina DE:20 foi usada para o microencapsulamento, com a confirmação via microscopia eletrônica de varredura e fluorescência, as quais permitiram verificar a morfologia das microcápsulas e a localização dos compostos. Os estudos da estabilidade indicaram que as antocianinas obtidas pela extração com soro de leite ácido apresentaram maior estabilidade em pH 3,5 e temperatura de 60 °C. Além disso, a maltodextrina demostrou efeito protetor ao extrato, proporcionando aumento na energia de ativação. A partir das análises colorimétricas, foi observado que os pós microencapsulados apresentaram a cor roxa. A aplicação do corante natural na formulação de marshmallow foi bem-sucedida, com ótimos efeitos na coloração e melhora das propriedades de dureza e mastigabilidade. O produto alimentício apresentou propriedades química satisfatórias. Tomados em conjunto, os resultados sugerem que as microcápsulas produzidas com extrato rico em antocianinas de repolho roxo constituem uma alternativa de corantes naturais.Abstract: Environmental awareness among consumers has been rising, and the 2030 Agenda for Sustainable Development includes effective use of natural resources, and environmentally responsible management of chemicals, and all waste throughout its life cycle, among other objectives. The evidence presented here demonstrates that agroindustrial residues are sustainable sources of high-value bioactive compounds for the industry, in accordance with the concepts of an upcycling and circular economy. However, in order for these raw materials to be viable as a sustainable source of bioactive, environmentally sound extraction methods that allow for the recovery and sustainability of the target molecules are required. The aim of this study was to evaluate acid whey as an alternative solvent for the extraction of anthocyanins from discarded red cabbage leaves. Different extraction techniques using the acid serum in comparison to the common solvent (acidified ethanol) were tested: Heating and Stirring Extraction (HSE), Ultrasound-Assisted Extraction (UAE), and Pressurized Liquid Extraction (PLE). The PLE method (T = 80 °C; t = 15 min; flow rate = 3 mL/min) expressed the highest values of total phenolic compounds (1236.47 g EAG/100g) and in vitro antioxidant activity, DPPH (14639.31µmol ET/100 g) and ABTS (14006,49 µmol ET/100 g) for the extracts, in relation to the other methods (UAE and HSE), also the higher levels of anthocyanins (293.37 mg C3G/100g). The majority of the anthocyanins found in red cabbage residue extracts were cyanidin-3-O-(feruloyl)-sophoroside-5-O-glycoside (949 m/z) (3.68 mg/g). However, cell-based antioxidant activity assays indicated weak activity for both extracts (EA and EAW). The samples had no cytotoxic effects on monkey kidney cells, indicating the absence of toxicity in these bioactive formulations, which is critical for industrial applications in the food and pharmacological fields. A stability study of bioactive compounds in low concentration at temperature was also performed on the PLE extract. In two process cycles, cryoconcentration increased anthocyanin concentration with a 67% efficiency. The microencapsulation of anthocyanins was accomplished by first stabilizing the concentrated extract and then drying by lyophilization. Maltodextrin DE:20 was used for encapsulation, with scanning electron microscopy and fluorescence confirming the morphology of the microcapsules and the location of the compounds. Stability studies revealed that anthocyanins extracted with acid whey were more stable at pH 3.5 and a temperature of 60 °C. Furthermore, maltodextrin provided a protective effect to the extract by increasing activation energy. The microencapsulated powders had a purple hue, according to the colorimetric analysis. Natural dye was used successfully in marshmallow formulation, with significant effects on coloring as well as hardness and chewability improvements. The food product's chemical properties were satisfactory. Taken together, the findings suggest that anthocyanin-rich red cabbage extract microcapsules could be used as an alternative to natural dyes