Encapsulamento de betalaínas e compostos fenólicos das brácteas da Bougainvillea glabra para uso como corante natural em alimentos

Abstract

A Bougainvillea glabra é uma planta nativa da América do Sul e suas brácteas são uma fonte pouco explorada de compostos fenólicos e principalmente de betalaínas. As betalaínas vêm sendo amplamente estudadas para uso como corante natural ou em alimentos funcionais devido às suas propriedades benéficas, tais como atividade anti-inflamatória, antioxidante e anticarcinogênica. Neste contexto, a etapa inicial deste trabalho teve por objetivo a extração de betalaínas e compostos fenólicos das brácteas da B. glabra utilizando métodos de extração “verde”, como a Extração Assistida por Micro-ondas (EAM) e Extração Assistida por Ultrassom (EAU), usando água como solvente. O uso da EAM resultou em menores tempos de extração proporcionando altos teores de betalaínas, fenólicos, capacidade antioxidante por ABTS e elevados percentuais de captura de radicais hidroxil. O ensaio de eletroforese revelou que o extrato obtido por EAU foi mais eficiente na proteção do DNA contra a ação dos radicais livres. A maior parte das betalaínas e fenólicos identificados por HPLC-MS nas brácteas da B. glabra foram de betacianinas aciladas e de flavonoides, respectivamente. Com base nos resultados, a melhor condição de extração obtida, EAM a 600 W × 13 min, foi selecionada para a segunda etapa do trabalho que consistiu em manter a estabilidade dos compostos fenólicos e betalaínas do extrato da B. glabra através do encapsulamento por atomização e liofilização utilizando as fibras prebióticas polidextrose (PD) e inulina (IN) e a albumina do ovo (ALB) como encapsulantes. O tipo de material encapsulante e os métodos de secagem resultaram em pós com diferentes características físico-químicas, permitindo diferentes aplicações. Na terceira etapa do trabalho, o extrato de B. glabra foi encapsulado por gelificação iônica com a adição de proteína isolada do soro do leite e albumina de ovo com o intuito de reforçar a estrutura das esferas. A adição das proteínas resultou nas maiores eficiências de encapsulamento de fenólicos e betalaínas. A caracterização estrutural das esferas demonstrou que a microestrutura de Ca-alginato foi afetada pelas proteínas, principalmente pela albumina. A adição das proteínas também resultou em esferas com diferentes propriedades mecânicas, favorecendo suas diferentes aplicações. A última etapa teve como objetivo a avaliação da estabilidade dos pós, produzidos na segunda etapa, que apresentaram os maiores teores de compostos fenólicos e betalaínas, bem como a simulação da digestão gastrointestinal. O pó atomizado com PD e os pós liofilizados PD, IN e PD+IN foram submetidos a umidade relativa de 43,2% e temperaturas de 30, 40 e 50 °C durante 42 dias. Apesar da acentuada degradação de fenólicos e betacianinas a 50 °C, retenções de 48 a 64% foram obtidas ao final do armazenamento. O pó liofilizado com PD apresentou maior estabilidade em temperaturas elevadas. Na digestão gastrointestinal, a maior liberação e estabilidade de betacianinas e fenólicos ocorreu na fase gástrica e de forma mais lenta nos pós contendo IN. No geral, de acordo com os dados obtidos, o pó liofilizado com PD e a combinação de PD+IN apresentaram os melhores resultados por conferir maior estabilidade às betacianinas e fenólicos das brácteas da B. glabra.

Bougainvillea glabra is a native plant of South America and its bracts are an underexploited source of phenolic compounds and mainly of betalains. Betalains have been widely studied for use as a natural dye or in functional foods due to their health benefits, such as anti-inflammatory, antioxidant, and anticarcinogenic properties. In this context, the initial step of this work aimed to extract betalains and phenolic compounds from B. glabra bracts using “green” extraction methods, such as Microwave-Assisted Extraction (MAE) and Ultrasound-Assisted Extraction (UAE). EAM resulted in shorter extraction times providing high contents of betalains, phenolics, antioxidant capacity by ABTS, and high percentages of hydroxyl radicals scavenging. The electrophoresis assay revealed that the extract obtained by UAE was more efficient in protecting the DNA against the action of free radicals. Most betalains identified in B. glabra bracts by HPLC-MS were acylated betacyanins and most phenolics were flavonoids. Based on the results, the best extraction condition obtained, EAM at 600 W × 13 min, was selected for the second step of the work, which consisted of maintaining the stability of the phenolic compounds and betalains from B. glabra extract through encapsulation by spray drying and freeze drying using the prebiotic fibers polydextrose (PD) and inulin (IN), and egg albumin (ALB) as encapsulating materials. The kind of encapsulating material and drying methods resulted in powders with different physicochemical characteristics, allowing different applications. In the third step of the work, the B. glabra bracts extract was encapsulated by ionic gelation with the addition of whey protein isolate and egg albumin to reinforce the beads structure The addition of proteins resulted in the highest encapsulation efficiencies of phenolics and betalains. The structural characterization of the beads demonstrated that the microstructure of Ca-alginate was affected by proteins, mainly by albumin. The addition of proteins also resulted in beads with different mechanical properties, enabling their different applications. The aim of the last step of this work was to evaluate the stability of the B. glabra powders, produced in the second step, which showed the highest contents of phenolic compounds and betalains, as well as simulating the gastrointestinal digestion. The spray dried powder with PD as encapsulating material and the freeze dried powders with PD, IN and PD+IN were subjected to a relative humidity of 43.2% and temperatures of 30, 40 and 50 °C for 42 days. Despite the accentuated degradation of phenolics and betacyanins at 50 °C, retentions of 48 to 64% were obtained at the end of storage. The freeze dried powder with PD showed the highest stability at high temperatures. In the gastrointestinal digestion, the greatest release and stability of betacyanins and phenolics occurred in the gastric phase and more slowly in powders containing IN. In general, according to the data obtained, the freeze dried powder with PD and the combination of PD+IN presented the best results for providing greater stability to the betacyanins and phenolics from B. glabra bracts.