O potencial do fucoidano extraído de algas pardas: aplicação em microencapsulação de antocianinas

Abstract

O fucoidano é um polissacarídeo sulfatado aniônico obtido de algas pardas (Sargassum cymosum C. Agardh), constituído predominantemente por L-fucose, com diversas atividades biológicas, incluindo ação anticancerígena. Outro polissacarídeo aniônico de algas pardas é o alginato de sódio, formado por blocos de β-D-manuronato (M) e α-L-guluronato (G) ligados por ligações (1,4), amplamente utilizado devido à sua biocompatibilidade e capacidade de gelificação na presença de Ca²⁺. As antocianinas são moléculas catiônicas com propriedades antioxidantes, porém instáveis frente ao pH, oxigênio e luz, tornando a encapsulação uma estratégia para sua preservação. Este estudo caracterizou e encapsulou antocianinas extraídas de amora-preta (Rubus spp.) utilizando alginato de sódio comercial e fucoidano extraído de Sargassum cymosum C. Agardh, associados à gelificação iônica externa e liofilização. Após a extração de antocianinas, a solução foi concentrada e liofilizada, sendo caracterizada quanto ao pH, acidez, antocianinas totais, compostos fenólicos, sólidos solúveis e umidade. O teor de antocianinas totais foi preservado após a liofilização (1461,15 mg cianidina-3-glicosídeo (C3G)/100 g b.u.). A solução concentrada exibiu alto teor de antocianinas totais (1248,68 mg cianidina-3-glicosídeo (C3G)/100 g b.s.), compostos fenólicos (757,13 mg ácido gálico/100 g b.s.), umidade de 95,56%, acidez de 1,67 % e concentração de sólidos solúveis de 5,70 °Brix. Foram preparadas formulações contendo fucoidano (0,25%, 0,50%, 0,75% e 1%), alginato (2%) e antocianina liofilizada (1%). As formulações foram caracterizadas por potencial zeta, diâmetro hidrodinâmico, índice de polidispersão (PDI), pH e reologia. A formulação com 0,50% de fucoidano apresentou potencial zeta de -51,44 mV, PDI de 0,4 e diâmetro hidrodinâmico de 4,5 µm, que indicam um sistema coloidal estável. Todas as formulações apresentaram comportamento pseudoplástico (n<1), com aumento do índice de consistência e redução do índice de comportamento do fluido conforme o aumento da concentração de fucoidano. As esferas foram avaliadas quanto ao intumescimento, solubilidade, eficiência de encapsulação e carregamento, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de infravermelho por transformada de fourier com refletância total atenuada (FTIR-ATR). As formulações de fucoidano 0,5%, 0,75% e 1% apresentaram as maiores taxas de intumescimento, sendo 58,29% (0,5%), 60,46% (0,75%) e 61,12% (1%). Os menores valores de solubilidade também foram obtidos para essas concentrações de fucoidano, correspondendo a 56,09% (0,5%), 39,96% (0,75%) e 39,02% (1%), indicando elevada resistência e reticulação. A eficiência de encapsulação e carregamento foi de 68,86% – 29,20% (0,5%), 70,86% – 30,50% (0,75%) e 71,20% – 41,04% (1%). A microscopia eletrônica de varredura revelou menor deformação superficial nas esferas com 0,5% – 0,75% de fucoidano, enquanto a espectroscopia no infravermelho confirmou os principais grupos funcionais de alginato, fucoidano e antocianinas, além de evidenciar interações intermoleculares. A encapsulação por gelificação iônica externa associada à liofilização mostrou-se uma estratégia promissora para utilização do fucoidano como agente encapsulante de antocianinas, com potencial aplicação nas áreas alimentícia e farmacêutica.

Fucoidan is an anionic sulfated polysaccharide obtained from brown algae (Sargassum cymosum C. Agardh), predominantly composed of L-fucose, with several biological activities, including anticancer activity. Another anionic polysaccharide from brown algae is sodium alginate, composed of blocks of β-D-mannuronate (M) and α-Lguluronate (G) linked by (1,4) glycosidic bonds, widely used due to its biocompatibility and gel-forming ability in the presence of Ca²⁺. Anthocyanins are cationic molecules with antioxidant properties; however, they are unstable when exposed to pH, oxygen, and light, making encapsulation a strategy for their preservation. This study characterized and encapsulated anthocyanins extracted from blackberry (Rubus spp.) using commercial sodium alginate and fucoidan extracted from Sargassum cymosum C. Agardh, combined with external ionic gelation and freeze-drying. After anthocyanin extraction, the solution was concentrated and freeze-dried, and characterized in terms of pH, acidity, total anthocyanins, phenolic compounds, soluble solids, and moisture. Total anthocyanin content was preserved after freeze-drying (1461.15 mg cyanidin-3glucoside (C3G)/100 g w.w). The concentrated solution exhibited a high total anthocyanin content (1248.68 mg cyanidin-3-glucoside (C3G)/100 g d.w.), phenolic compounds (757.13 mg gallic acid/100 g d.w.), 95.56% moisture, 1.67% acidity and 5.70 °Brix soluble solids concentration. Formulations containing fucoidan (0.25%, 0.50%, 0.75%, and 1%), alginate (2%), and freeze-dried anthocyanin (1%) were prepared. The formulations were characterized by zeta potential, hydrodynamic diameter, polydispersity index (PDI), pH, and rheology. The formulation containing 0.50% fucoidan exhibited a zeta potential of −51.44 mV, PDI of 0.4, and hydrodynamic diameter of 4.5 µm, which indicate a stable colloidal system. All formulations exhibited pseudoplastic behavior (n<1), with an increase in the consistency index and a reduction in the flow behavior index as the fucoidan concentration increased. The spheres were evaluated for swelling, solubility, encapsulation efficiency and loading capacity, scanning electron microscopy (SEM), and Fourier transform infrared spectroscopy with attenuated total reflectance (FTIR-ATR). The formulations containing 0.5%, 0.75%, and 1% fucoidan exhibited the highest swelling rates, corresponding to 58.29% (0.5%), 60.46% (0.75%), and 61.12% (1%). The lowest solubility values were also obtained for these fucoidan concentrations, corresponding to 56.09% (0.5%), 39.96% (0.75%), and 39.02% (1%), indicating high resistance and crosslinking. Encapsulation efficiency and loading capacity were 68.86% – 29.20% (0.5%), 70.86% – 30.50% (0.75%), and 71.20% – 41.04% (1%). Scanning electron microscopy revealed lower surface deformation in spheres containing 0.5% – 0.75% fucoidan, while infrared spectroscopy confirmed the main functional groups of alginate, fucoidan, and anthocyanins, in addition to evidencing intermolecular interactions. Encapsulation by external ionic gelation combined with freeze-drying proved to be a promising strategy for the use of fucoidan as an encapsulating agent for anthocyanins, with potential applications in the food and pharmaceutical fields.