Orientador: Lucimara Gaziola de la Torre

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: Este trabalho teve como objetivo principal o desenvolvimento e otimização de um processo escalonável de produção de lipossomas contendo ?-caroteno, visando sua posterior aplicação em produtos de interesse da indústria alimentícia. Para tanto, os efeitos das variáveis que influenciam o...

Resumo: Este trabalho teve como objetivo principal o desenvolvimento e otimização de um processo escalonável de produção de lipossomas contendo ?-caroteno, visando sua posterior aplicação em produtos de interesse da indústria alimentícia. Para tanto, os efeitos das variáveis que influenciam o processo foram analisados, proporcionando um maior conhecimento a respeito da fenomenologia envolvida na produção dos nanoagregados e maior controle sobre as respostas produzidas pelo sistema. O ?-caroteno é um antioxidante natural, pró-vitamínico e que pode ser empregado como corante natural em formulações alimentícias. Porém sua elevada hidrofobicidade dificulta a aplicação em alimentos de base aquosa. Dentre as metodologias disponíveis para produção de lipossomas, o método de injeção de etanol apresenta-se como o mais facilmente adaptável as necessidades da indústria, possuindo baixo custo de implantação e operação. Na primeira etapa deste trabalho o método de injeção de etanol foi investigado visando a otimização dos parâmetros operacionais para a produção de nanoagregados tendo como objetivo obter propriedades físico químicas tais como diâmetro médio e polidispersidade de forma. Análises estatísticas dos resultados foram realizadas para determinação dos efeitos de cada variável e modelos foram desenvolvidos para predição do comportamento do sistema em diferentes condições de processo. Em seguida, a incorporação de ?-caroteno nos lipossomas obtidos na melhor condição foi avaliada em razões ?-caroteno/lipídio pré-definidas. Ensaios de incorporação de ?-caroteno aos lipossomas revelaram que proporções molares ?-caroteno/lipídio de até 0,5% mostram-se estáveis e solúveis em meio aquoso, resultado confirmado pelos ensaios de monocamadas de Langmuir realizados. A formulação otimizada foi submetida a testes de estabilidade em condições controladas de stress e, em um segundo momento, incorporada a nanofibras de álcool polivinílico e óxido de polietileno através de processo de electrospinning, conferindo proteção extra ao ?-caroteno internalizado. Estas nanofibras produzidas foram caracterizadas quanto a morfologia, diâmetro, presença de fosfolipídios, homogeneidade da distribuição de ?-caroteno e estabilidade a exposição a luz ultravioleta. Testes de rehidratação destas nanofibras foram conduzidos, verificando através de microscopia eletrônica de transmissão a liberação de lipossomas na fase aquosa. Dessa forma, a partir dos resultados obtidos conclui-se que o método de injeção de etanol foi otimizado, sendo que os efeitos de cada uma das variáveis de processo foram elucidados, contribuindo para o desenvolvimento tecnológico da técnica. Os ensaios de aplicação de condições de stress mostram que existe uma barreira a ser vencida no que diz respeito a estabilidade de lipossomas em formulações alimentícias complexas, principalmente para situações de elevada concentração de sacarose e altos teores de NaCl. Por fim, os testes de incorporação em nanofibras mostraram-se bastante promissores, mostrando a viabilidade e benefícios que podem ser agregados ao sistema através da utilização de técnica de eletrofiação contribuindo no desenvolvimento de novos materiais e produtos a serem utilizados pelo setor industrial alimentício

Abstract: The main goal of the present work was the development and optimization of a scalable process for production of ?-carotene loaded liposomes, aiming its application in the food industry. In that way, the effects of the variables that have influence on the process were analysed, providing...

Abstract: The main goal of the present work was the development and optimization of a scalable process for production of ?-carotene loaded liposomes, aiming its application in the food industry. In that way, the effects of the variables that have influence on the process were analysed, providing greater information about the phenomenology evolving the production of these nano aggregates and improved control over the system responses. ?-carotene is a natural antioxidant, pro-vitaminic, and can be employed as a natural colorant in food formulations. However, its high hydrophobicity makes it difficult to be applied in water based foods. The development of feasible processes that can be implemented in the food industry for ?-carotene encapsulation is a actual research challenge. On the first step of this work the ethanol injection method was investigated aiming process parameters optimization for liposomes production with controlled size and polidispersity. Statistical analyses of the results were performed for variables effects determination and mathematical models development for system behaviour prediction. Then, ?-carotene incorporation on liposomes produced at the optimized condition was evaluated studying different ?-carotene/lipid ratios. ?-carotene incorporation experiments revealed that 0.5% ?-carotene/lipid ratios show to be stable and soluble in aqueous media, result confirmed by Langmuir monolayer experiments. The optimized formulation was submitted to stability tests under controlled stress conditions and, in a second stage, incorporated to polyvinyl alcohol and polyethylene oxide nanofibers using electrospinning technique for extra ?-carotene protection. The produced nanofibers were characterized regarding morphology, diameter, phospholipids presence, ?-carotene homogeneity and stability to UV light exposure. Nanofibers rehydration tests were conducted, verifying using transmission electron microscopy that liposomes were released in the aqueous media. In that way, from the obtained results we can conclude that the ethanol injection method was successfully optimized and the evaluation of the effects of each variable was elucidated, contributing to the technological development of the technique. Experiments regarding application of different stress conditions to liposomes formulations show that there is a barrier that must be overcome related to stability of liposomes to complex food formulations. Finally, incorporation tests on nanofibers showed to be promising, demonstrating the feasibility and benefits that can be aggregated to the system by using electrospinning, contributing to the development of new materials and products to be used by the food processing industries