Estudos de purificação, estabilidade oxidativa, encapsulamento e aplicação do licopeno como protetor da degradação de vitaminas em leite
Itaciara Larroza Nunes
TESE
Português
(Broch.)
T/UNICAMP N922e
[Purification studies, oxidative stability, encapsulation and application of lycopene as as protective of the vitamin degradation in milk]
Campinas, SP : [s.n.], 2005.
113 p. : il.
Orientador: Adriana Zerlotti Mercadante
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos
Resumo: Na primeira etapa deste trabalho foi desenvolvido e otimizado um método, através de planejamento experimental fatorial, para a obtenção de licopeno a partir de descarte de tomate. Foi necessária uma etapa preliminar para retirada de água do tomate, a qual consistiu de 4 extrações de 30...
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Resumo: Na primeira etapa deste trabalho foi desenvolvido e otimizado um método, através de planejamento experimental fatorial, para a obtenção de licopeno a partir de descarte de tomate. Foi necessária uma etapa preliminar para retirada de água do tomate, a qual consistiu de 4 extrações de 30 minutos cada uma com 30 mL de etanol comercial, seguido de descarte do solvente. Os carotenóides foram extraídos durante 120 minutos com acetato de etila (relação massa/volume 1:0,7) sob agitação a 150 rpm à temperatura ambiente, sendo necessário 4 extrações para obtenção de maior concentração de carotenóides totais. Este método foi utilizado para obtenção de extrato rico em licopeno a partir de 6 lotes de descarte de tomate, coletados na CEASA-Campinas no período de junho de 2002 a março de 2003. O teor de carotenóides médio, calculado como licopeno, foi de 59,2 ± 21,8 µg/g de descarte de tomate. Através da avaliação de cor (escala CIELAB) foi verificado que o parâmetro a* foi o que mostrou melhor correlação (0,86) com a concentração de licopeno das amostras de descarte de tomate. O extrato de carotenóides rico em licopeno foi submetido a duas cristalizações sucessivas com diclorometano/etanol (1:4). A morfologia dos cristais obtidos no presente estudo e dos cristais sintéticos da DSM Nutritional Products foi avaliada por microscopia óptica polarizada e microscopia eletrônica de varredura. Ambos cristais apresentaram formas irregulares, prismáticas e alongadas. Análise por cromatografia líquida de alta eficiência com detector de arranjo de diodos (CLAE-DAD) em coluna C30 polimérica (3µm, 250 x 4,6 mm) mostrou que a pureza do all-trans-licopeno dos cristais obtidos de tomate foi de 98%, devido à presença de 5-cis, 5,5¿-dicis e 13-cis-licopeno. Na etapa seguinte, foi avaliada a separação de isômeros geométricos de licopeno em cristais isomerizados termicamente e em cristais sintéticos, e de padrões sintéticos de luteína e zeaxantina, por (CLAE), utilizando colunas C18 (monomérica, 4µm, 300 x 3,9mm) e C30 (polimérica, 3µm, 250 x 4,6 mm) e diferentes fases móveis com eluição isocrática e gradiente. As melhores condições cromatográficas foram obtidas em coluna C30 com temperatura de 33oC, eluição isocrática a 1 mL/min e fase móvel com metanol (0,1% trietilamina)/éter tert-metil butílico (1:1) para separar isômeros de licopeno e (95:5) para separar luteína e zeaxantina na linha de base. A oxidação foto-sensitizada de licopeno natural com azul de metileno (MB) como sensitizador foi avaliada em sistemas-modelo orgânicos, sob diferentes temperaturas (10, 15 e 20ºC) e atmosferas (ar e nitrogênio). Através da análise por CLAE-DAD-espectrometria de massas (EM) foram identificados quatro tipos de produtos, todos derivados do licopeno: apo-carotenóides, compostos adicionados de uma ou duas moléculas com 32 unidades de massa, epóxidos e isômeros geométricos de licopeno. Em todos os sistemas o consumo do all-trans-licopeno seguiu um modelo cinético de primeira ordem. Na presença de MB e ar, o consumo de licopeno decaiu com o aumento da concentração inicial do pigmento. Na presença de antioxidante os produtos de degradação formados foram os mesmos, por outro lado, em soluções saturadas de N2 com MB e sob condições de iluminação idênticas, foi observada menor degradação do all-trans-licopeno, e os produtos de oxidação apo-6¿-licopenal e epóxidos foram formados apenas em quantidades traço. Na ausência de azul de metileno houve acréscimo apenas do 13-cis-licopeno. Técnicas de encapsulamento de licopeno por ¿spray-dryer¿ utilizando goma arábica (GA)/sacarose como material de parede e inclusão com ß-ciclodextrina (ß-CD) também foram avaliadas. O processo de encapsulamento atingiu rendimento de 51 ± 1% e eficiência de 95 ± 1%. As micro-cápsulas apresentaram superfícies indentadas e formas irregulares, típicas de cápsulas de GA, porém sem falhas ou aberturas na superfície. A pureza do licopeno (% área do all-trans-licopeno) obtida por CLAE-DAD em coluna C30 foi de 96,4% antes e de 98,1% após o encapsulamento por ¿spray-dryer¿, devido à redução das áreas do 9-cis-, 13-cis e 1,2-epóxi-licopeno. A formação do complexo por inclusão de licopeno-ß-CD ocorreu apenas quando utilizada razão molar de 1:4 e o pó obtido por liofilização apresentou coloração rósea. O licopeno não complexado ficou em torno de 50%. O pó de licopeno-ß-CD apresentou estruturas volumosas, bem definidas e similares às observadas na ß-CD livre liofilizada. O licopeno apresentou pureza de 97,7% antes e de 91,3% após a obtenção do pó, devido ao aumento na área do pico correspondente aos isômeros 13-cis + 15-cis-licopeno.Na última etapa deste estudo foi avaliado o efeito da adição de licopeno encapsulado para prevenir a degradação das vitaminas A e D em leite exposto à luz. Amostras de leite desnatado comercialmente fortificadas com 4,3 µg/mL de vitamina D3 e 0,6 µg/mL de vitamina A foram expostas à luz fluorescente (¿ 8000 lux) ou mantidas no escuro a 8 ± 1ºC e 21 ± 2º ºC, na presença de ar. Ambas vitaminas mostraram-se estáveis no escuro, enquanto sob luz a velocidade de degradação da vitamina A foi maior (kobs 8oC =0,24 h-1) do que da vitamina D3 (kobs 8oC = 0,02 h-1), sendo os dados ajustados a um modelo cinético de primeira ordem. Licopeno encapsulado (ca. 2µM), obtido como descrito acima, disperso em solução aquosa contendo 0,5% de sorbato de potássio, e exposto à luz a 8ºC apresentou kobs = 0,03 h-1, também seguindo um modelo cinético de primeira ordem. A adição de licopeno encapsulado (ca. 2µM) aumentou cerca de 1,8 vezes a estabilidade das vitaminas. Entretanto, devido ao fato de que a fração de moléculas de vitamina protegidas (fVit ¿ 0,46) foi maior do que o valor da fração de oxigênio singlete desativada pelo licopeno (f?) e como o mesmo absorve luz na mesma região que a riboflavina, pode-se concluir que o licopeno atua combinadamente como antioxidante e filtro de luz, desativando oxigênio singlete e inibindo a formação de riboflavina no estado triplete excitado
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Abstract: In the first part of this thesis, a method to obtain lycopene from tomato waste was developed and optimized using a factorial experimental design. In order to remove water, a preliminary step was necessary and consisted of four 30-minute extractions, each with 30 mL commercial ethanol,...
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Abstract: In the first part of this thesis, a method to obtain lycopene from tomato waste was developed and optimized using a factorial experimental design. In order to remove water, a preliminary step was necessary and consisted of four 30-minute extractions, each with 30 mL commercial ethanol, followed by discard of the solvent. The carotenoids were extracted during 120 minutes with ethyl acetate (mass/volume ratio of 1:0.7) by stirring at 150 rpm at room temperature, being 4 extractions necessary to obtain high carotenoid concentration. This method was applied to produce carotenoid extract rich in lycopene from 6 batches of tomato waste, collected at CEASA-Campinas during June 2002 to March 2003. The average carotenoid content found, calculated as lycopene, was 59.2 ± 21.8 µg/g of tomato waste. Colour evaluation (CIELAB scale) was carried out and the parameter a* showed the best correlation (0.86) with lycopene concentration in the tomato waste samples. The carotenoid extract rich in lycopene was submitted to two consecutive crystallizations from dichloromethane/ethanol (1:4). The morphology of the lycopene crystals obtained in the present study and the synthetic crystals from DSM Nutritional Products was evaluated by polarized optical microscopy and scanning electronic microscopy. Both crystals showed irregular, elongated and prismatic forms. Analysis by high-performance liquid chromatography-diode array detector (HPLC-PDA) on a polymeric C30 column (3µm, 250 x 4,6 mm) showed that the purity of the all-trans-lycopene crystals obtained from tomato was 98%, due to the presence of 5-cis, 5-,5¿-dicis and 13-cis-lycopene. In the next step, the separation of geometric isomers of lycopene crystals thermically isomerized and in synthetic crystals, and of synthetic standards of lutein and zeaxanthin, was evaluated by HPLC on C18 (monomeric, 4µm, 300 x 3.9mm) and C30 (polymeric, 3µm, 250 x 4.6 mm) columns using different mobile phases in isocratic or gradient elution modes. The best chromatographic conditions were obtained with the C30 column operating at 33oC, isocratic elution at 1 mL/min of methanol (0.1% triethyilamine)/tert-butyl methyl ether at 1:1 ratio to separate lycopene isomers and at 95:5 to achieve baseline separation of lutein and zeaxanthin. The photosensitized oxidation of natural lycopene with methylene blue (MB) as sensitizer was evaluated in organic solvents, under different temperatures (10, 15 and 20ºC) and atmosphere (air and nitrogen). The HPLC-PDA-mass spectrometric (MS) analysis allowed the identification of four types of products, all derived from lycopene: apo-carotenals, compounds with one and two 32 mass units incorporated, epoxides and geometric isomers. In all systems the consumption of all-trans-lycopene followed a first-order reaction kinetic model. In the presence of the MB and air, the rate for the lycopene consumption decreased with the increased initial carotene concentration. In the presence of a radical scavenger identical degradation products were observed, on the other hand, in N2-saturated solutions with MB and under identical illumination conditions, a slower photosensitized degradation of all-trans-lycopene was observed, and the oxidation products apo-6¿-carotenal and epoxides were formed only in trace amounts. In the absence of MB solely 13-cis-lycopene increased. Techniques of lycopene encapsulation by spray-dryer with gum arabic (GA)/sucrose as wall material and inclusion with ß-cyclodextrin (ß-CD) were carried out. The encapsulation process showed yield of 51 ± 1% and efficiency of 95 ± 1%. The micro-capsules presented superficial indentations and an irregular form, typical of GA capsules, as well as lack of cracks and breakages. The lycopene purity (% all-trans-lycopene area), obtained by HPLC-PDA on C30 column, was found to be 96.4% before and 98.1% after the spray-drier encapsulation, due to reduction of the areas from 9-cis-, 13-cis- and 1,2-epoxy-lycopene. The formation of the inclusion complex of lycopene-ß-CD occurred only with the use of a 1:4 molar ratio, and the powder obtained by freeze-drying presented a light pink colour. The lycopene not included remained as 50%. The lycopene-ß-CD powder presented well defined bulky structures similar to those observed for free freeze-dried ß-CD. The lycopene purity (% all-trans-lycopene area) showed to be 97.7% before and 91.3% after the production of the powder, due to the increased peak area corresponded to 13-cis + 15-cis isomers of lycopene. In the last part of this study, the effect of added encapsulated lycopene to prevent vitamins A and D degradation in milk exposed to light was evaluated. Samples of skimmed milk commercially fortified with 4.3 µg/mL vitamin D3 and 0.6 µg/mL vitamin A were exposed to fluorescent light (? 8000 lux) or stored in the dark at 8 ± 1ºC and 21 ± 2º ºC, in the presence of air. Both vitamins were found to be stable in dark conditions, whereas under light the first-order degradation rate of vitamin A was higher (kobs 8oC = 0.24 h-1) than that of vitamin D3 (kobs 8oC = 0.02 h-1). Encapsulated lycopene (ca. 2µM), obtained as described above, dispersed in water containing 0.5% potassium sorbate and exposed to light at 8ºC, showed kobs = 0.03 h-1, also calculated by a first-order kinetic model. The addition of encapsulated lycopene (ca. 2µM) increased the vitamins stability in 1.8 times. In fact, since the fraction of protected vitamin molecules (fVit ¿ 0.46) was higher than the fraction of singlet oxygen deactivated (f?) by lycopene, and as lycopene absorbs light in the same region as riboflavin, the lycopene showed a combined action as antioxidant and light filter, with both inhibition the formation of the reactive triplet excited state of riboflavin and quenching singlet oxygen
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Mercadante, Adriana Zerlotti, 1962-
Orientador
Bobbio, FO, 1925-2011
Avaliador
Bragagnolo, Neura, 1954-
Avaliador
Marquez, Ursula Maria Lanfer
Avaliador
Estudos de purificação, estabilidade oxidativa, encapsulamento e aplicação do licopeno como protetor da degradação de vitaminas em leite
Itaciara Larroza Nunes
Estudos de purificação, estabilidade oxidativa, encapsulamento e aplicação do licopeno como protetor da degradação de vitaminas em leite
Itaciara Larroza Nunes
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